LESIA - Observatoire de Paris

Soutenance de thèse de Iaroslavna Vasylieva le lundi 7 décembre 2015

lundi 30 novembre 2015

La soutenance aura lieu le lundi 7 décembre 2015 à 14h30 dans l’amphithéâtre du bâtiment 18, à l’Observatoire de Paris, site de Meudon.

Titre de la thèse

Recherche de pulsars, transitoires et exoplanètes à basses fréquences avec le radiotélescope UTR-2 : méthodes et premiers résultats

Directeurs de thèse

Vyacheslav Zakharenko (IRA NASU - Kharkov) et Philippe Zarka (LESIA)

Résumé

La recherche et l’étude de sources radio transitoires, en particulier à basses fréquences, est un des projets clés de la nouvelle génération de radiotélescopes comme SKA et ses précurseurs, parmi lesquels LOFAR, NenuFAR et GURT. Ces sources incluent les étoiles à neutrons - produisant un signal périodique, détectées comme pulsars -, d’autres objets très magnétisés compacts ou des événements très dynamiques ou explosifs - produisant des transitoires non périodiques -, et des exoplanètes - dont certaines sont, comme Jupiter, susceptibles d’émettre des sursauts radio décamétriques.

Les "surveys" observations systématiques à basses fréquences peuvent révéler des pulsars proche, "manqués" par les surveys à plus hautes fréquences en raison de l’orientation "défavorable" de leurs cônes d’émission, qui s’élargissent aux basses fréquences. Ils devraient également permettre de mieux caractériser le spectre des pulsars détectés à la fois à hautes et basses fréquences. Les surveys de transitoires non périodiques peuvent révéler des phénomènes astrophysiques uniques, tels que les mystérieux "sursauts radio rapides" d’origine extragalactique ou leurs analogues galactiques. L’existence de sursauts radio produits par les magnétosphères exoplanètaires ou les interactions plasma exoplanète- étoile a été prédite par la théorie, en particulier aux basses fréquences (comme l’émission décamétrique de Jupiter). Mais aucun n’a été détecté jusqu’à présent. La première détection, et les études qui la suivront, ouvriront à une meilleure compréhension des processus d’émission radio et à des mesures uniques des champs magnétiques des exoplanètes, avec des répercussions sur leur habitabilité.

L’objectif de cette thèse était (i) effectuer un survey de sources d’émissions radio pulsées et transitoires, et (ii) tenter de détecter l’émission de radio d’une exoplanètes connue (découverte par mesures optiques), en utilisant le radiotélescope décamètrique UTR-2 en Ukraine, en mode de réseau phasé. Les deux sujets impliquent le traitement de grands volumes de données, avec notamment des étapes d’élimination des RFI (parasites radio), d’étalonnage du signal, et de détection de sursauts faible. J’ai développé des outils logiciels génériques à partir desquels j’ai construit un pipeline de traitement automatisé des données d’UTR-2, qui peut être facilement adapté à d’autres radiotélescopes observant en mode réseau phasé (LOFAR, NenuFAR et GURT).


Title

Pulsars and transients survey and exoplanet search at low-frequencies with the UTR-2 radio telescope : methods and first results.

Advidors

Vyacheslav Zakharenko - IRA NASU (Kharkov),
Philippe Zarka - LESIA (Meudon)

Abstract

The search and study of transient sources of radio emission, especially at low frequencies, is one of the key projects for the new generation of radio telescopes such as SKA and its precursors among which LOFAR, NenuFAR and GURT. These sources include neutrons stars - producing a rotation modulated signal and detected as pulsars -, other compact highly magnetized objects or very dynamic or explosive events - producing non-periodic transients -, and exoplanets - some of which are expected to emit Jupiter-like decameter-wave radio bursts. Low-frequency surveys are expected to reveal nearby pulsars "missed" by highfrequency surveys, due to the "unfavorable" orientation of their emission cones, that broaden at low frequencies, and to better characterize the spectrum of pulsars detected at both high and low frequencies. Surveys of non-periodic transients may reveal unique astrophysical phenomena, such as the mysterious extragalactic "fast radio bursts" or their galactic analogs. Radio bursts from the magnetospheres of exoplanets or from exoplanet-star plasma interaction has been theoretically predicted to exist preferably at low frequencies (as Jupiter’s decameter-wave radio emission), although none has been detected so far ; first detection and subsequent study will result in better understanding of emission processes and unique measurements of exoplanets’ magnetic fields, that have implications on their habitability. The aim of this work was (i) to carry out a survey for sources of transient and pulsed radio emission, and (ii) to attempt to detect radio emission from known exoplanets (discovered from optical measurements), by using the decameter radio telescope UTR-2 in Ukraine in beamformed (phased array) mode. Both topics imply to process large volumes of data, including RFI (Radio Frequency Interference) mitigation, calibration, and detection of low intensity bursts. Thus, I developed generic software tools from which I built an automated processing pipeline for UTR-2 data, that can be easily adapted to other radio telescopes observing in beamformed mode (LOFAR, NenuFAR and GURT).