Nous proposons un stage pour un(e) étudiant(e) de Master 2 au sein de l’Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP), pour travailler sur l’étude du phénomène de reconnexion magnétique, et en particulier sur la nongyrotropie des électrons dans un évènement de reconnexion asymétrique.

Contexte

La reconnexion magnétique est un processus plasma aux conséquences très importantes quant au transport et à l’accélération/chauffage des plasmas astrophysiques. Découverte par son impact majeur dans le cadre de la physique solaire et magnétosphérique, on pense aujourd’hui que la reconnexion magnétique joue également un rôle de premier plan dans de nombreux phénomènes tels que par exemple les éruptions dans les couronnes stellaires ou de disques d’accrétion, dans le transport du moment cinétique dans ces mêmes disques, dans les mécanismes d’accélération de particules à de très hautes énergies.

Le milieu héliosphérique est un milieu très privilégié car l’observation in situ de la reconnexion magnétique y est possible. La communauté internationale, NASA en tête, va lancer en octobre 2014, la mission Magnetospheric MultiScale (MMS), constituée de 4 satellites en formation serrée (jusqu’à 10km !), dont l’objectif prioritaire est l’étude des mécanismes contrôlant la reconnexion magnétique. La très haute résolution d’MMS pose un sérieux défi à la communauté numérique, qui doit rendre ses modèles plus réalistes en vue d’une comparaison future avec les données in situ.

Durant sa phase 1, l’orbite de la mission MMS évoluera pour étudier la reconnexion à la face avant de la magnétosphère, appelée la magnétopause. Sur la gauche, on peut voir le résultat d’une simulation plasma où la nongyrotropie des électrons est affichée en code couleur (adapté de Aunai et al. 2013), sur lequel les 4 satellites de la mission MMS sont schématiquement représentés. C’est actuellement un enjeu important prédire les signatures qu’MMS observera s’il traverse un site de reconnexion magnétique, et de comprendre les mécanismes physiques sous-jacents.

Objectifs du stage

Le but de ce stage est de déterminer la qualité d’un paramètre appelé «nongyrotropie» vis à vis de la détection d’un site de reconnexion. L’étudiant(e), devra utiliser un code Particle-In-Cell parallèle, écrit à la NASA, pour réaliser des simulations de reconnexion magnétique, dans lesquelles les signatures de nongyrotropie seront étudiées. L’étudiant(e) devra, dans un premier temps, comprendre où de fortes signatures de nongyrotropie apparaissent dans la simulation. Ensuite, il s’agira de comprendre les mécanismes physique à l’origine de cette nongyrotropie, et enfin déterminer comment ces structures et mécanismes évoluent lorsque le rapport de masse électrons/ions est rendu plus réaliste (il est souvent réduit dans les modèles pour des raisons de temps de calcul). L’analyse de vraies données in-situ de la mission ESA/Cluster sera également envisagée.

Travail technique

Techniquement, l’étudiant(e) devra avoir une aisance et un goût pour la programmation, le plus gros du travail consistera à utiliser des routines (python) d’analyse déjà existantes et en développer de nouvelles. De légères modifications dans le code de simulations (fortran) sont également à prévoir, ainsi que l’utilisation d’IDL pour l’analyse des données spatiales.

Ce stage est susceptible de ce prolonger en thèse dont un financement ANR est déjà acquis.