Analyse des observations de suivi par LST-1 de KM3 230213A et mise en service du prototype NectarCAM

L’Observatoire Cherenkov Telescope Array (CTAO) est un projet international visant à construire l’instrument terrestre de nouvelle génération pour l’astronomie des rayons gamma de très haute énergie [1, 2]. CTAO comprendra plusieurs dizaines de télescopes Cherenkov à imagerie atmosphérique (IACT) de différents diamètres de miroir — 4 m, 12 m et 23 m — et sera déployé sur deux sites, un dans chaque hémisphère : La Palma, dans les îles Canaries, et Paranal, au Chili.

L’observatoire sera capable de couvrir une gamme d’énergies sans précédent, de 20 GeV à 300 TeV, en détectant la lumière Cherenkov émise par les gerbes de particules chargées produites lorsque des rayons gamma primaires interagissent dans la haute atmosphère. Grâce à ses performances exceptionnelles, CTAO s’attaquera à des questions fondamentales encore ouvertes en astrophysique, telles que l’origine des rayons cosmiques de haute et d’ultra-haute énergie. Identifier les sources des rayons cosmiques est un défi majeur, car les particules chargées sont déviées par les champs magnétiques et ne pointent donc pas directement vers leur origine. Cependant, les rayons cosmiques peuvent produire des photons et des neutrinos par des interactions hadroniques dans l’environnement du site d’accélération. Contrairement aux rayons cosmiques chargés, ces messagers secondaires ne sont pas déviés et peuvent retracer directement la localisation des accélérateurs de rayons cosmiques.

En 2023, le détecteur de neutrinos sous-marin KM3NeT a enregistré le neutrino le plus énergétique jamais observé (KM3 230213A), avec une énergie estimée à environ 220 PeV [3]. Grâce à l’initiative du groupe CTAO du CPPM, au cours de l’automne prochain, le premier télescope opérationnel de CTAO, le Large-Sized Telescope (LST-1), sera utilisé pour une campagne d’observations visant la région du ciel correspondant à la direction mesurée de KM3 230213A.

Au cours de sa thèse de doctorat, le/la candidat(e) participera à l’analyse des observations de suivi effectuées par LST-1 à la suite de l’événement KM3 230213A. Ce travail consistera à appliquer les techniques standards d’analyse de données pour les observations IACT, dans le but de rechercher une contrepartie électromagnétique à l’événement neutrino et, en cas de détection, de caractériser la source. En l’absence de détection, il sera possible de contraindre les contreparties potentielles. Le/la candidat(e) participera également à la publication scientifique issue de ce travail.

Le/la candidat(e) participera activement à la mise en service du premier prototype du télescope de taille moyenne (Medium-Sized Telescope, MST) — couvrant le cœur de la gamme d’énergie de CTAO, d’environ 150 GeV à 5 TeV — le NectarCAM Pathfinder, dont l’installation à Paranal est prévue pour la fin de l’année 2026. En particulier, le/la candidat(e) contribuera à la vérification scientifique du prototype en préparant les fonctions de réponse instrumentale (Instrument Response Functions) du télescope à l’aide de simulations Monte Carlo et en analysant les premières données acquises sur la nébuleuse du Crabe, lesquelles seront essentielles pour comprendre les performances de l’instrument.

Des connaissances de base en programmation Python, utilisée pour les outils d’analyse, sont requises.

References :

[1] Science with the Cherenkov Telescope Array: https://arxiv.org/abs/1709.07997

[2] https://www.cta-observatory.org/

[3] Observation of an ultra-high-energy cosmic neutrino with KM3NeT (KM3NeT Collaboration et al., 2025): https://inspirehep.net/files/59b8d2e40c820202e8a7e4aac87eb9c4