Laboratoire Univers et Théories
Présentation
Le Laboratoire Univers et Théories (LUTH) est une unité mixte de recherche (UMR 8102) du CNRS, de l’Observatoire de Paris et de l’Université de Paris. Le laboratoire regroupe une cinquantaine de personnes dont une petite moitié de chercheurs statutaires (CNRS, Universités, CNAP). L’activité scientifique du laboratoire se concentre essentiellement sur l’étude théorique des systèmes astrophysiques et sur leur modélisation. Une part des activités concerne également le traitement des données des observations à hautes énergies.
Le LUTH est actuellement organisé autour de trois thématiques. Le groupe Cosmologie étudie la formation des grandes structures de l’Univers et en particulier l’influence de la matière noire sur ce processus. L’équipe Phénomènes aux hautes énergies se consacre à la modélisation et à l’observation de objets comme les pulsars ou les noyaux actifs de galaxies. Une partie des activités concerne également la préparation des futurs instruments et la gestion des bases de données liées aux observations. La thématique Relativité et Objets Compacts se propose de travailler sur les différentes situations astrophysiques où la gravité est intense et décrite par la théorie d’Einstein. On pense principalement aux supernovae, aux étoiles à neutrons et aux trous noirs.
Par la diversité des sujets abordés, le LUTH est un laboratoire faisant la part belle à la pluridisciplinarité. Il regroupe des chercheurs aux profils variés venant de l’astronomie, de la physique théorique ou encore de la physique nucléaire. Cette richesse est illustrée par le fait que le laboratoire soit rattaché à trois instituts du CNRS (INSU, INP et IN2P3).
Le laboratoire a une forte composante numérique. Il s’agit non seulement de réaliser des simulations ou des calculs par l’outil informatique mais également de développer des outils performants, le plus souvent mis à la disposition de la communauté scientifique. Cette tâche bénéficie du soutien de l’équipe informatique du laboratoire qui comprend des ingénieurs spécialisés dans ce domaine.
Le LUTH, tout en étant fidèle à son ADN de laboratoire dédié à la modélisation et à la théorie, n’est pas déconnecté des grandes avancées observationnelles de l’astrophysique. Ses membres sont actifs dans de nombreux projets sol ou spatial, aussi bien dans les phases de préparation que d’exploitation des données. Ces activités peuvent prendre la forme de participation officielles aux projets (CTA, Euclid, HESS, LISA) ou d’échanges scientifiques moins formels (Gravity, Planck, PTA, SKA, Virgo...)
L’enseignement et la formation par la recherche font partie intégrante des missions de LUTH. Les chercheurs sont impliqués dans l’enseignement de leur spécialités à presque tous les niveaux des cursus universitaires ou des grandes écoles. Une dizaine de doctorants effectuent leur thèse au sein du laboratoire.
Les chercheurs du LUTH sont conscients de l’importance de la diffusion de la connaissance scientifique en direction du grand public. Cela peut prendre la forme de rencontres avec des scolaires, de participation à des conférences, en passant par des interventions dans les médias pour commenter les nouvelles scientifiques du moment.
Thèmes de recherche
Phénomènes aux Hautes Energies (Equipe PHE)
L’équipe PHE se consacre à l’étude des sources astrophysiques aux hautes énergies et de la physique des milieux moléculaires hors équilibre thermodynamique.
Relativité et Objets Compacts (Equipe ROC)
Les thèmes de recherche de l'équipe ROC concernent la théorie et les tests de la gravitation, les ondes gravitationnelles, la formation et les propriétés des astres compacts (étoiles à neutrons, trous noirs). Le développement d'outils numériques ouverts et originaux y tient une place importante.
Cosmologie : structures et origines (Equipe COS)
L'activité de l'équipe COS couvre plusieurs sujets de recherche en cosmologie parmi lesquels l'étude de l'Energie Noire et ses empreintes sur la formation et évolution des grandes structures cosmiques, travaux qui sont réalisé à l'aide de simulations numériques a haute-performance.
[hal-04748420] Multi-instrumental analysis of large sprite events and their producing storm in southern France
Date: 25 10 月 2024 - 09:40
Desc: [...]
[hal-03759770] Search for Dark Matter Annihilation Signals in the H.E.S.S. Inner Galaxy Survey
Date: 24 8 月 2022 - 15:41
Desc: The central region of the Milky Way is one of the foremost locations to look for dark matter (DM) signatures. We report the first results on a search for DM particle annihilation signals using new observations from an unprecedented <math display="inline"><mrow><mi>γ</mi></mrow></math>-ray survey of the Galactic Center (GC) region, i.e., the Inner Galaxy Survey, at very high energies (<math display="inline"><mo>≳</mo><mn>100</mn><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mi>GeV</mi></math>) performed with the H.E.S.S. array of five ground-based Cherenkov telescopes. No significant <math display="inline"><mrow><mi>γ</mi></mrow></math>-ray excess is found in the search region of the 2014–2020 dataset and a profile likelihood ratio analysis is carried out to set exclusion limits on the annihilation cross section <math display="inline"><mo stretchy="false">⟨</mo><mi>σ</mi><mi>v</mi><mo stretchy="false">⟩</mo></math>. Assuming Einasto and Navarro-Frenk-White (NFW) DM density profiles at the GC, these constraints are the strongest obtained so far in the TeV DM mass range. For the Einasto profile, the constraints reach <math display="inline"><mo stretchy="false">⟨</mo><mi>σ</mi><mi>v</mi><mo stretchy="false">⟩</mo></math> values of <math display="inline"><mrow><mn>3.7</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mo>-</mo><mn>26</mn></mrow></msup><mtext> </mtext><mtext> </mtext><msup><mrow><mi>cm</mi></mrow><mrow><mn>3</mn></mrow></msup><mtext> </mtext><msup><mrow><mi mathvariant="normal">s</mi></mrow><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup></mrow></math> for 1.5 TeV DM mass in the <math display="inline"><msup><mi>W</mi><mo>+</mo></msup><msup><mi>W</mi><mo>-</mo></msup></math> annihilation channel, and <math display="inline"><mrow><mn>1.2</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mo>-</mo><mn>26</mn></mrow></msup><mtext> </mtext><mtext> </mtext><msup><mrow><mi>cm</mi></mrow><mrow><mn>3</mn></mrow></msup><mtext> </mtext><msup><mrow><mi mathvariant="normal">s</mi></mrow><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup></mrow></math> for 0.7 TeV DM mass in the <math display="inline"><msup><mi>τ</mi><mo>+</mo></msup><msup><mi>τ</mi><mo>-</mo></msup></math> annihilation channel. With the H.E.S.S. Inner Galaxy Survey, ground-based <math display="inline"><mi>γ</mi></math>-ray observations thus probe <math display="inline"><mo stretchy="false">⟨</mo><mi>σ</mi><mi>v</mi><mo stretchy="false">⟩</mo></math> values expected from thermal-relic annihilating TeV DM particles.
[hal-03583160] Evidence for γ-ray emission from the remnant of Kepler’s supernova based on deep H.E.S.S. observations
Date: 26 6 月 2022 - 09:15
Desc: Observations with imaging atmospheric Cherenkov telescopes (IACTs) have enhanced our knowledge of nearby supernova (SN) remnants with ages younger than 500 yr by establishing Cassiopeia A and the remnant of Tycho’s SN as very-high-energy (VHE) γ-ray sources. The remnant of Kepler’s SN, which is the product of the most recent naked-eye SN in our Galaxy, is comparable in age to the other two, but is significantly more distant. If the γ-ray luminosities of the remnants of Tycho’s and Kepler’s SNe are similar, then the latter is expected to be one of the faintest γ-ray sources within reach of the current generation IACT arrays. Here we report evidence at a statistical level of 4.6σ for a VHE signal from the remnant of Kepler’s SN based on deep observations by the High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) with an exposure of 152 h. The measured integral flux above an energy of 226 GeV is ∼0.3% of the flux of the Crab Nebula. The spectral energy distribution (SED) reveals a γ-ray emitting component connecting the VHE emission observed with H.E.S.S. to the emission observed at GeV energies with Fermi-LAT. The overall SED is similar to that of the remnant of Tycho’s SN, possibly indicating the same nonthermal emission processes acting in both these young remnants of thermonuclear SNe.Key words: gamma rays: general / supernovae: individual: Kepler / ISM: supernova remnants / radiation mechanisms: non-thermal⋆ The H.E.S.S. data points are only available at the CDS via anonymous ftp to cdsarc.u-strasbg.fr (130.79.128.5) or via http://cdsarc.u-strasbg.fr/viz-bin/cat/J/A+A/662/A65⋆⋆ Corresponding authors: e-mail: contact.hess@hess-experiment.eu
[hal-03596100] Time-resolved hadronic particle acceleration in the recurrent nova RS Ophiuchi
Date: 3 Mar 2022 - 14:57
Desc: Recurrent novae are repeating thermonuclear explosions in the outer layers of white dwarfs, due to the accretion of fresh material from a binary companion. The shock generated when ejected material slams into the companion star’s wind can accelerate particles. We report very-high-energy (VHE; ≳100 giga–electron volts≳100 giga–electron volts) gamma rays from the recurrent nova RS Ophiuchi, up to 1 month after its 2021 outburst, observed using the High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.). The temporal profile of VHE emission is similar to that of lower-energy giga–electron volt emission, indicating a common origin, with a 2-day delay in peak flux. These observations constrain models of time-dependent particle energization, favoring a hadronic emission scenario over the leptonic alternative. Shocks in dense winds provide favorable environments for efficient acceleration of cosmic rays to very high energies.
[hal-03785846] Gas-grain Modeling of Isocyanic Acid (HNCO), Cyanic Acid (HOCN), Fulminic Acid (HCNO), and Isofulminic Acid (HONC) in Assorted Interstellar Environments
Date: 23 9 月 2022 - 15:56
Desc: Isocyanic acid (HNCO) is a well-known interstellar molecule. Evidence also exists for the presence of two of its metastable isomers in the interstellar medium: HCNO (fulminic acid) and HOCN (cyanic acid). Fulminic acid has been detected toward cold and lukewarm sources, while cyanic acid has been detected both in these sources and in warm sources in the Galactic Center. Gas-phase models can reproduce the abundances of the isomers in cold sources, but overproduce HCNO in the Galactic Center. Here we present a detailed study of a gas-grain model that contains these three isomers, plus a fourth isomer, isofulminic acid (HONC), for four types of sources: hot cores, the warm envelopes of hot cores, lukewarm corinos, and cold cores. The current model is partially able to rationalize the abundances of HNCO, HOCN, and HCNO in cold and warm sources. Predictions for HONC in all environments are also made.
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