La formation par la recherche

Intitulé de sa thèse : Mesures et observations en polarimétrie aux longueurs d’ondes millimétriques avec des KIDS

Problématique et enjeux scientifiques

La polarisation du rayonnement électromagnétique constitue un vecteur d'information crucial pour sonder les processus physiques de l'Univers, de l'échelle galactique à l'échelle cosmologique. Son analyse permet de cartographier le champ magnétique dans les nuages moléculaires et d'étudier les modes de polarisation du fond diffus cosmologique (CMB), vestiges des phases primordiales de l'Univers. La détection de ces signaux, souvent extrêmement faibles, impose des contraintes drastiques sur la sensibilité des détecteurs et la maîtrise des biais instrumentaux.

Développement technologique : la filière LEKID

Le cœur de la thèse de Sofia repose sur l'utilisation de détecteurs de type LEKID (Lumped Element Kinetic Inductance Detector), une technologie supraconductrice innovante pour l'astronomie millimétrique. L'approche expérimentale a couvert l'intégralité de la chaîne de développement :

• Conception et fabrication : réalisation des détecteurs en salle blanche selon des architectures adaptées aux objectifs scientifiques.
• Caractérisation en laboratoire : évaluation des performances en environnement cryogénique à l'aide de simulateurs de ciel pour valider la sensibilité et la réponse en polarisation.
• Validation spatiale : les performances obtenues ont été approuvées par le CNES, confirmant l'adéquation de ces détecteurs avec les exigences des futures missions spatiales de cosmologie.

Calibration et instrumentation : le projet COSMOCal

Afin de garantir l'intégrité des mesures de polarisation, une part importante des recherches de Sofia a été dédiée à la métrologie instrumentale et au développement de références fiables. Dans ce contexte, une source millimétrique de référence a été conçue et mise au point pour simuler un signal céleste entièrement polarisé, tel qu'un quasar. Ce système de calibration a fait l'objet de validations rigoureuses en laboratoire avant d'être intégré à un environnement opérationnel. Son couplage avec la caméra NIKA2 au télescope de 30 mètres de l'IRAM a permis de démontrer sa pertinence pour les observations réelles en améliorant significativement la fiabilité des mesures de l'angle de polarisation. Ce dispositif est désormais destiné à être embarqué sur satellite.

Exploitation scientifique : dynamique de la région W43

La mise en œuvre de ces outils technologiques a trouvé son application directe dans l'étude des processus de formation stellaire. Une campagne d'observation menée avec l'instrument NIKA2 a permis d'explorer en détail la région W43, une zone particulièrement active de formation d'étoiles massives. Grâce aux données de polarisation récoltées, la structure du champ magnétique a été cartographiée avec une précision inédite pour analyser son influence sur la dynamique du gaz. Les travaux de Sofia ont permis de démontrer, pour la première fois, qu'un champ magnétique plus intense est corrélé à un taux de fragmentation plus élevé dans les nuages moléculaires.

Conclusion et Perspectives

Les travaux de Sofia démontrent l'efficacité d'une approche intégrée, liant l'instrumentation fondamentale à l'analyse de données astrophysiques. Au-delà de l'apport en astrophysique fondamentale, les technologies de détection développées présentent un potentiel de transfert vers d'autres domaines de haute précision, tels que l'imagerie médicale ou les nouvelles technologies énergétiques.

Mots clés : polarisation, instrumentation, détecteurs à inductance cinétique