Observation Et Modélisation Des émissions D'annihilation Des Positrons Galactiques

**Observation et modélisation des émissions d'annihilation des positrons galactiques // Observation and modeling of the galactic positron annihilation emissions**: - Réf **ABG-128476** **ADUM-60174** - Sujet de Thèse - 12/02/2025 - Contrat doctoral - Université de Toulouse - Lieu de travail- TOULOUSE CEDEX 4 - France - Intitulé du sujet- Observation et modélisation des émissions d'annihilation des positrons galactiques // Observation and modeling of the galactic positron annihilation emissions - Champs scientifiques- Terre, univers, espace - Mots clés- astrophysique, astrophysique nucléaire, astroparticules, observation, modélisation astrophysics, nuclear astrophysics, astroparticles, observation, modeling **Description du sujet**: - Depuis sa découverte dans les années 1970, une émission d'annihilation de positrons (l'antiparticule de l'électron) a été observée dans les régions centrales de notre Galaxie par différents télescopes à rayons gamma. L'origine de ces positrons reste un mystère ; les sources considérées à ce jour (isotopes radioactifs, jets d'objets compacts, rayons cosmiques, matière noire...) ne permettent pas d'expliquer complètement les propriétés de l'émission d'annihilation. Les dernières observations réalisées avec le spectromètre SPI à bord de l'observatoire spatial INTEGRAL au milieu des années 2010 montrent que l'émission provient principalement du bulbe galactique, avec une contribution diffuse du disque. Même si la morphologie de l'émission n'est pas encore bien contrainte, cette distribution spatiale, qui n'a pas d'équivalent à d'autres longueurs d'onde, ne ressemble à aucune distribution de source connue. Sur le plan spectral, l'émission d'annihilation est composée d'une raie à 511 keV, d'un continuum orthopositronium à une énergie photonique inférieure à 511 keV (dû à l'annihilation des états liés positron-électron) et d'un continuum à haute énergie (>511 keV) dû à l'annihilation en vol des positrons relativistes. Si les deux premières composantes ont été clairement observées, l'annihilation en vol n'a pas encore été détectée. Sa détection permettrait de connaître l'énergie maximale des positrons responsables de l'émission d'annihilation. La forme de la raie et la fraction de l'émission dans le continuum orthopositronium dépendent des conditions physiques (température, fraction d'ionisation, abondances) du milieu dans lequel les positrons s'annihilent. L'objectif de ce doctorat est de préparer l'analyse scientifique des observations des émissions d'annihilation des positrons avec COSI (COmpton Spectrometer & Imager), le futur télescope à rayons gamma de la NASA, qui sera mis en orbite en août 2027. Cette préparation consiste d'une part à modéliser l'émission spatiale et spectrale des rayons gamma provenant de l'annihilation de positrons sur la base des connaissances actuelles des propriétés de la galaxie et de la physique de l'annihilation. Les modèles que le doctorant développera seront basés sur la simulation du transport et de l'annihilation des positrons dans le milieu interstellaire. Ils nécessiteront une étude détaillée des différents modes de transport (diffusion, advection, propagation balistique, etc ) et leur modélisation, en tenant compte des conditions physiques (turbulence, vents, champs magnétiques, etc...) du milieu interstellaire. Le modèle spectral sera mis à jour avec les sections efficaces les plus récentes. L'objectif de cet effort est de disposer de modèles d'annihilation des positrons galactiques à la pointe de nos connaissances qui seront fondamentaux pour l'interprétation des données de la mission COSI. D'autre part, le doctorant confrontera ses modèles aux données du télescope INTEGRAL/SPI afin d'obtenir les meilleures contraintes (pré-COSI) sur l'annihilation des positrons galactiques. L'une des tâches consistera à rechercher la signature de l'émission de l'annihilation en vol et à fournir des contraintes sur l'énergie cinétique maximale des positrons. Sur la base de plus de 20 ans de données, le doctorant obtiendra la détermination la plus précise de la morphologie des émissions d'annihilation. Il réalisera aussi des analyses spectrales qui permettront de contraindre les conditions physiques des milieux où les positrons s'annihilent dans plusieurs régions de notre galaxie. Les travaux de modélisation et d'analyse des données devraient donner lieu à plusieurs publications inédites. En outre, l'observatoire INTEGRAL sera arrêté à la fin de 2024 et le doctorant effectuera une analyse de la base de données complète qui a été collectée tout au long de la mission, fournissant ainsi les caractéristiques les plus abouties de l'émission d'annihilation de positrons galactiques. Since its discovery in the 1970s, a positron (the anti-particle of the electron) annihilation emission has been observed in the central regions of our Galaxy by various gamma-ray telescopes. The origin of these positrons remains a mystery; the sources considered to date (radioactive