Détection et caractérisation de transitoires radio (exo)planétaires aux basses fréquences avec NenuFAR // Detection and characterization of low-frequency (exo)planetary radio transients observed with NenuFAR

Les émissions radio aux basses fréquences constituent une sonde unique des mécanismes d'accélération et des environnements magnétiques planétaires et exoplanétaires, en particulier pour l'étude des interactions plasma–champ magnétique et des populations de particules énergétiques. La publication récente de premières détections de signatures radio associées à des interactions Étoile-Planète souligne le potentiel scientifique de ce domaine, tout en mettant en évidence la nécessité de méthodes robustes permettant la détection et l'association non ambiguë de tels signaux aux systèmes exoplanétaires.
L'objectif scientifique principal de cette thèse est d'améliorer la détection et la caractérisation des émissions radio planétaires et exoplanétaires aux basses fréquences, et d'évaluer leur occurrence et leur variabilité à partir d'observations radio interférométriques de certaines cibles représentatives. La thèse s'appuie en particulier sur l'étude de transitoires radio, dont la nature (planétaire, stellaire, galactique ou anthropique) reste souvent ambiguë dans le domaine spatial, temporel et fréquentiel.
Pour atteindre ces objectifs, la thèse exploitera les données du survey basse fréquence du ciel réalisé avec le radiotélescope NenuFAR ainsi que des observations ciblées non résolues de Jupiter aux basses fréquences. Ces données constituent un cadre privilégié pour l'étude statistique des sources radio et la recherche de phénomènes transitoires, en complément d'observations ciblées et de données existantes issues d'autres instruments radio et spatiaux.
La thèse s'articulera autour de trois axes scientifiques principaux :
- 1) Étude des émissions radio planétaires et exoplanétaires : caractérisation des signatures radio attendues, de leur variabilité temporelle et spectrale, et de leur détectabilité aux basses fréquences. Le cas d'étude proposé est la variabilité à court et long terme de l'émission synchrotron de Jupiter, encore inexplorée aux basses fréquences. Une attention particulière sera portée aux émissions candidates d'exoplanètes récemment rapportées, ainsi qu'aux contraintes observationnelles associées.
- 2) Détection et identification des transitoires radio : développement de méthodes de détection et de classification permettant de distinguer de manière robuste les émissions de transitoires astrophysiques et des perturbations anthropiques. Les techniques d'apprentissage automatique et profond (développées dans le sein du projet EXTRACT) seront utilisées sur des données composites et réelles pour valider leur qualité.
- 3) Jupiter comme source transitoire de référence
Les émissions radio de Jupiter, incluant les émissions décamétriques (< 40 MHz) et les émissions décimétriques associées aux ceintures de radiation (jusqu'à plusieurs GHz), apparaissent comme non résolues et d'intensité variable aux fréquences observées par NenuFAR (< 80 MHz). Malgré de nombreuses observations, des questions fondamentales demeurent concernant leur variabilité temporelle et leur évolution spectrale aux basses fréquences, en lien avec les mécanismes de transport, d'accélération et de pertes des électrons énergétiques dans la magnétosphère interne de Jupiter. Ces émissions constituent par ailleurs des cas d'étude particulièrement pertinents de transitoires radio ponctuels, variables et mobiles par rapport au fond du ciel, offrant un cadre idéal pour le développement, le test et la validation des méthodes de détection automatique et d'imagerie rapide. Les résultats obtenus seront confrontés à des observations complémentaires réalisées à plus hautes fréquences par des instruments tels que le VLA, MeerKAT et le GMRT.
Les résultats attendus incluent une meilleure compréhension des émissions radio planétaires et exoplanétaires aux basses fréquences, ainsi que des outils et méthodes modernes de détection applicables aux grands surveys radio actuels et futurs.
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Low-frequency radio emissions constitute a unique probe of particle acceleration mechanisms and of planetary and exoplanetary magnetic environments, in particular for the study of plasma–magnetic field interactions and energetic particle populations. The recent publication of first detections of radio signatures associated with star–planet interactions highlights the scientific potential of this field, while also emphasising the need for robust methods enabling the non-ambiguous detection of such signals and their association with exoplanetary systems.
The main scientific objective of this PhD project is to improve the detection and characterisation of planetary and exoplanetary radio emissions at low frequencies, and to assess their occurrence and variability based on interferometric radio observations of a set of representative targets. The project relies in particular on the study of radio transients, whose nature (planetary, stellar, galactic, or anthropogenic) often remains ambiguous in the spatial, temporal, and spectral domains.
To achieve these objectives, the PhD will exploit data from the low-frequency sky survey conducted with the NenuFAR radio telescope, as well as targeted unresolved low-frequency observations of Jupiter. These datasets provide a privileged framework for the statistical study of radio sources and the search for transient phenomena, in complement to targeted observations and existing data from other ground-based and space-borne radio instruments.
The PhD project will be structured around three main scientific axes:
1 Study of planetary and exoplanetary radio emissions: characterization of the expected radio signatures, their temporal and spectral variability, and their detectability at low frequencies. The proposed case study is the short- and long-term variability of Jupiter's synchrotron emission, which remains unexplored at low frequencies. Particular attention will be given to recently reported candidate exoplanetary radio emissions and to the associated observational constraints.
2 Detection and identification of radio transients: development of detection and classification methods aimed at robustly distinguishing astrophysical transient emissions from anthropogenic disturbances. Machine learning and deep learning techniques (developed within the EXTRACT project) will be applied to composite and real datasets to validate their performance.
3 Jupiter as a reference transient source:
Jupiter's radio emissions, including decametric emissions (< 40 MHz) and decimetric emissions associated with radiation belts (up to several GHz), appear unresolved and variable in intensity at the frequencies observed by NenuFAR (< 80 MHz). Despite numerous observations, fundamental questions remain regarding their temporal variability and spectral evolution at low frequencies, in connection with the transport, acceleration, and loss mechanisms of energetic electrons in Jupiter's inner magnetosphere. These emissions also constitute particularly relevant case studies of point-like, variable, and mobile radio transients with respect to the sky background, providing an ideal framework for the development, testing, and validation of automated detection and rapid imaging methods. The results will be compared with complementary observations at higher frequencies obtained with instruments such as the VLA, MeerKAT, and GMRT.
The expected results include an improved understanding of low-frequency planetary and exoplanetary radio emissions, as well as modern detection tools and methods applicable to current and future large radio surveys.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Contrat doctoral

Concours d'accès aux contrats doctoraux

Université Paris Cité

127 Astronomie et Astrophysique d'Ile de France

- Connaissances élémentaires en plasmas spatiaux. - Connaissances de base en instrumentation observationnelle générale (PSF, convolution, calibration). - Un bon niveau de programmation en python est demandé. - Un bon niveau d'anglais scientifique pour les échanges avec les collègues et présentation en colloques/conférences - Notions de filtrage numérique et goût pour la résolution de problèmes inverses et l'optimisation. - L'étudiant-e peut justifier d'une expérience de recherche (stages M1 et/ou M2) sur une problématique liée à la planétologie et/ou aux plasmas spatiaux. - Un intérêt pour l'exploration scientifique du Système solaire est fortement encouragé.
- Basic knowledge of space plasmas. - Basic knowledge of general observational instrumentation (PSF, convolution, calibration). - A good level of Python programming is required. - A good level of scientific English for exchanges with colleagues and presentations at symposiums/conferences. - Knowledge of digital filtering and an interest in inverse problem solving and optimization. - The student must have research experience (M1 and/or M2 internships) on a topic related to planetology and/or space plasmas. - An interest in the scientific exploration of the Solar System is strongly encouraged.