Sursauts radio rapides par chocs magnétisés relativistes dans les magnétosphères des magnétars // Fast Radio Burst Generation by Relativistic Magnetized Shocks in Magnetar Magnetospheres

Les sursauts radio rapides (FRBs) sont de brillants flashs d'ondes radio de l'ordre de la milliseconde, provenant principalement de l'extérieur de notre galaxie. Ces signaux présentent une grande variété de propriétés inédites et leur interprétation est complexe. Bien que plusieurs origines distinctes soient envisageables, certains indices suggèrent qu'une partie de ces sursauts est associée à des magnétars.

Compte tenu de la diversité des sursauts observés, il est probable que le mécanisme d'émission sous-jacent ne soit pas unique. Néanmoins, des observations récentes appuient une origine magnétosphérique pour une partie d'entre eux. Parmi les preuves figurent des motifs de scintillation et des variations de l'angle de polarisation, qui indiquent tous deux une émission se produisant dans la région dipolaire de la magnétosphère d'un magnétar. Motivé par ces observations, l'objectif de ce projet est d'améliorer notre compréhension du processus physique dissipatif dominant à l'origine des FRB: les «ondes de choc relativistes magnétisées».

Dans ces environnements extrêmes, où les champs magnétiques atteignent couramment 10^15 G au sein d'un plasma dilué d'électrons et de positrons, l'onde de choc est induite par des effets collectifs du plasma, tels que les solitons magnétosoniques rapides, susceptibles d'émettre dans la bande radio et d'être interprétés comme des sursauts radio rapides (FRB). À l'aide du code particulaire (PIC) open-source ENTITY, indépendant des coordonnées et fonctionnant sur CPU et GPU, cette thèse de doctorat vise à caractériser la dynamique de ces ondes de choc, leur évolution à long terme et leur signature observationnelle.

Cette thèse est financée par une bourse 'PSL Young Researcher Starting' et réalisée au sein de l'unité de recherche LUX de l'Observatoire de Paris.

Contact: arno.vanthieghem@obspm.fr
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Fast Radio Bursts (FRBs) are bright millisecond flashes of radio waves, mainly from outside our galaxy. These signals display a wide range of properties that have never been observed before and are challenging to interpret. Although several distinct origins are conceivable, there are indications that some of these bursts are associated with magnetars.

Given the diversity of observed bursts, it is likely that the underlying emission mechanism is not unique. Nevertheless, recent observations support a magnetospheric origin for a fraction of them. Evidence includes scintillation patterns and polarization angle swings, both pointing to emission occurring within the dipolar region of a magnetar's magnetosphere. Motivated by these observations, the goal of the project is to improve our understanding of the most successful leading physical dissipative process at the origin of FRBs: 'relativistically magnetized shock waves'.

In such extreme environments, where magnetic fields routinely reach 10^15 G within a dilute electron-positron plasma, the shock wave is mediated by collective plasma effects, such as fast magnetosonic solitons, which may emit in the radio band and be interpreted as FRBs. Using the open-source CPU-GPU coordinate-agnostic particle-in-cell (PIC) code ENTITY, the aim of the doctoral thesis is to characterize the dynamics of these shock waves, their long-term evolution, and their observational signature.

The doctoral thesis is funded by a PSL Young Researcher Starting Grant, conducted within the LUX research unit at the Paris Observatory.

Contact: arno.vanthieghem@obspm.fr
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Début de la thèse : 01/10/2026
WEB : https://entity-toolkit.github.io/wiki/

Autre financement ou appel a projet

Observatoire de Paris

127 Astronomie et Astrophysique d'Ile de France

Le projet requiert de solides compétences numériques (C++, HPC, CPU/GPU) pour l'utilisation et la contribution au développement du code open source Particle-In-Cell ENTITY. Les développements théoriques seront axés sur la physique des plasmas et de l'hydrodynamique relativiste en milieu extrême (magnétars).
The project requires strong numerical skills (C++, HPC, CPU/GPU) for the use of and contribution to the development of the open-source Particle-In-Cell code ENTITY. Theoretical developments will focus on plasma physics and relativistic hydrodynamics in extreme environments (magnetars).