Développement et exploitation de la caméra POLARYS : Caractérisation instrumentale et extraction du signal astrophysique // Development and operation of the POLARYS camera: instrumental characterization and extraction of the astrophysical signal

Comprendre comment le gaz et les poussières du milieu interstellaire se transforment en étoiles et en systèmes planétaires constitue un enjeu majeur de l’astrophysique moderne. Les champs magnétiques jouent un rôle important dans ces processus, mais leur influence reste encore mal comprise. La mesure de la polarisation de l’émission thermique des poussières, dans le domaine submillimétrique, permet de cartographier l’organisation de ces champs magnétiques au sein des nuages moléculaires.

La caméra POLARYS, développée au CEA et destinée au télescope APEX au Chili, permettra de réaliser ces observations à 350 µm avec une sensibilité accrue. Elle utilisera une nouvelle génération de détecteurs cryogéniques, intrinsèquement sensibles à la polarisation, dont l’exploitation scientifique reste à démontrer.

L’objectif de cette thèse est de caractériser ces détecteurs et de développer les méthodes permettant d’extraire efficacement le signal astrophysique polarisé. Le travail associera des mesures expérimentales en laboratoire (sensibilité, bruit, réponse polarimétrique), la modélisation de la chaîne de détection et le développement d’outils de traitement du signal, notamment pour séparer l’émission astrophysique de la contribution atmosphérique. Il s’agira également d’optimiser les modes d’observation et les stratégies de calibration de la caméra.

La dernière partie de la thèse sera consacrée à l’exploitation des premières observations de POLARYS sur le ciel, prévues en 2030. Ce travail, à l’interface entre instrumentation et astrophysique, contribuera également à préparer l’exploitation de futurs instruments spatiaux, notamment ceux de la mission PRIMA.
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Understanding how gas and dust in the interstellar medium evolve into stars and planetary systems is a major challenge in modern astrophysics. Magnetic fields play an important role in these processes, but their influence remains poorly understood. Measuring the polarization of thermal dust emission at submillimeter wavelengths provides a powerful way to map the structure of magnetic fields within molecular clouds.

The POLARYS camera, developed at CEA for the APEX telescope in Chile, will enable such observations at 350 µm with improved sensitivity. It will use a new generation of cryogenic detectors that are intrinsically sensitive to polarization, whose scientific potential remains to be fully demonstrated.

The main objective of this PhD project is to characterize these detectors and develop methods to efficiently extract the polarized astrophysical signal. The work will combine experimental measurements in the laboratory (sensitivity, noise, polarimetric response), modeling of the detection chain, and the development of signal-processing tools, particularly to separate the astrophysical emission from atmospheric contamination. The project will also focus on optimizing the camera’s observing modes and calibration strategies.

The final stage of the PhD will involve analyzing the first on-sky observations with POLARYS, planned for 2030. Combining instrumental development and astrophysical research, this work will also contribute to preparing the scientific exploitation of future space instruments, particularly those of the PRIMA mission.
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Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service : Direction d’Astrophysique
Laboratoire : Laboratoire des spectro-Imageurs spatiaux
Date de début souhaitée : 01-10-2027
Ecole doctorale : Astronomie et Astrophysique d’Île de France (ED A&A)
Directeur de thèse : RODRIGUEZ Louis
Organisme : CEA
Laboratoire : DRF/IRFU/DAP/LSIS

Financement public/privé

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service : Direction d’Astrophysique

Master 2 en astrophysique ou physique, optique, traitement du signal.