Les nanoparticules interstellaires sont une composante cruciale des galaxies, car elles absorbent et ré-émettent le rayonnement stellaire, contrôlent le chauffage et le refroidissement du gaz, catalysent des réactions chimiques et régulent la formation d'étoiles. L'abondance, la composition, la structure et la distribution de taille de ces petites particules solides, qui sont mélangées au gaz interstellaire, sont cependant mal connues. Elles évoluent en effet dans le milieu interstellaire et présentent des différences systématiques parmi les galaxies. Il est donc crucial d'obtenir des contraintes détaillées et analysées en détail sur ces propriétés. Les progrès dans ce domaine sont absolument nécessaires pour interpréter correctement les observations de régions de formations d'étoiles proches et les galaxies distantes, ainsi que pour modéliser précisément la physique interstellaire.

Les propriétés optiques à grande longueur d'onde du mélange de nanoparticules, dans le domaine millimétrique, ont un intérêt particulier. Cette fenêtre spectrale est actuellement la moins bien connue. Pourtant, l'opacité millimétrique des grains a une importance centrale, puisque les estimations de masse basée sur l'ajustement de la distribution spectrale d'énergie reposent principalement sur cette quantité. Un biais ou une évolution systématique de l'opacité millimétrique se traduira directement dans une inexactitude dans la masse de nanoparticules, qui est souvent utilisée pour inférer la masse de gaz d'une région ou d'une galaxie.

Notre programme de temps garanti, IMEGIN (Interpreting the Millimeter Emission of Galaxies at IRAM with NIKA2 ; resp. Madden ; 200 heures), avec la caméra NIKA2 au radiotélescope de 30-m de l'IRAM, a complètement cartographié 20 galaxies proches à 1.2 mm et 2 mm. De plus, notre temps de programme ouvert, SEINFELD (Submillimeter Excess In Nearby Fairly-Extended Low-metallicity Dwarfs ; resp. Galliano ; 36 heures), est en train de compléter notre échantillon à faible métallicité (la métallicité étant la fraction de masse des éléments plus lourds que l'hélium). Ces données nouvelles et exceptionnelles sont les première images de bonnes qualité de galaxies résolues aux longueurs d'onde millimétriques, et nous permettent d'étudier la manière dont varient les propriétés des grains avec les conditions physiques.

Le but de ce projet de thèse est de combiner ces observations avec d'autres données multi-longueurs d'onde, déjà existantes (en particulier, WISE, Spitzer et Herschel), dans le but de démontrer comment l'opacité millimétrique dépend des conditions physiques locales. La première étape consistera à traiter et homogénéiser les données. L'étudiant aura aussi l'opportunité de participer à notre campagne d'observations à Pico Veleta. Dans un second temps, l'étudiant modélisera l'émission spatialement résolue, en utilisant notre code bayésien hiérarchique à l'état de l'art, HerBIE. Cela permettra à l'étudiant de produire des cartes des propriétés des nanoparticules et de les comparer avec les cartes des conditions physiques. Finalement, ces résultats seront utilisés pour modéliser les échelles de temps caractéristiques d'évolution, sous les effets du champ de rayonnement et de l'accrétion de gaz. Les mesures de laboratoire récemment produites par le groupe de Toulouse seront mises à profit. Ce travail sera effectué au sein de la collaboration internationale IMEGIN.