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.
L’équipe PHE se consacre à l’étude des sources astrophysiques aux hautes énergies et de la physique des milieux moléculaires hors équilibre thermodynamique.
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.
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.
Date: 28 Nov 2019 - 09:18
Desc: The aim of this paper is to point out and to discuss some features extracted from the study of helium migration in nuclear materials performed during the last fifteen years using ion beam analysis (IBA) measurements. The first part of this paper is devoted to a brief description of the two main IBA methods used, i.e. deuteron induced nuclear reaction for 3He depth profiling and high-energy heavy-ion induced elastic recoil detection analysis for 4He measurement. In the second part, we provide an overview of the different studies carried out on model nuclear waste matrices and model nuclear reactor structure materials in order to illustrate and discuss specific results in terms of key influence parameters in relation with thermal or radiation activated migration of helium. Finally, we show that among the key parameters we have investigated as able to influence the height of the helium migration barrier, the following can be considered as pertinent: the experimental conditions used to introduce helium (implanted ion energy and implantation fluence), the grain size of the matrix, the lattice cell volume, the Young's modulus, the ionicity degree of the chemical bond between the transition metal atom M and the non-metal atom X, and the width of the band gap.
Date: 12 Sep 2023 - 10:42
Desc: Spectral lines are among the most powerful signatures for dark matter (DM) annihilation searches in very-high-energy γ rays. The central region of the Milky Way halo is one of the most promising targets given its large amount of DM and proximity to Earth. We report on a search for a monoenergetic spectral line from self-annihilations of DM particles in the energy range from 300 GeV to 70 TeV using a two-dimensional maximum likelihood method taking advantage of both the spectral and spatial features of the signal versus background. The analysis makes use of Galactic center observations accumulated over ten years (2004–2014) with the H.E.S.S. array of ground-based Cherenkov telescopes. No significant γ-ray excess above the background is found. We derive upper limits on the annihilation cross section ⟨σv⟩ for monoenergetic DM lines at the level of 4×10-28 cm3 s-1 at 1 TeV, assuming an Einasto DM profile for the Milky Way halo. For a DM mass of 1 TeV, they improve over the previous ones by a factor of 6. The present constraints are the strongest obtained so far for DM particles in the mass range 300 GeV–70 TeV. Ground-based γ-ray observations have reached sufficient sensitivity to explore relevant velocity-averaged cross sections for DM annihilation into two γ-ray photons at the level expected from the thermal relic density for TeV DM particles.
Date: 5 Jul 2023 - 12:32
Desc: PKS 1830–211 is a known macrolensed quasar located at a redshift of z = 2.5. Its high-energy gamma-ray emission has been detected with the Fermi-Large Area Telescope (LAT) instrument and evidence for lensing was obtained by several authors from its high-energy data. Observations of PKS 1830–211 were taken with the High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) array of Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes in 2014 August, following a flare alert by the Fermi-LAT Collaboration. The H.E.S.S observations were aimed at detecting a gamma-ray flare delayed by 20–27 d from the alert flare, as expected from observations at other wavelengths. More than 12 h of good-quality data were taken with an analysis threshold of ∼67 GeV. The significance of a potential signal is computed as a function of the date and the average significance over the whole period. Data are compared to simultaneous observations by Fermi-LAT. No photon excess or significant signal is detected. An upper limit on PKS 1830–211 flux above 67 GeV is computed and compared to the extrapolation of the Fermi-LAT flare spectrum.
Date: 21 Jun 2023 - 14:29
Desc: Context. We present a detailed view of the pulsar wind nebula (PWN) HESS J1825–137. We aim to constrain the mechanisms dominating the particle transport within the nebula, accounting for its anomalously large size and spectral characteristics. Aims. The nebula was studied using a deep exposure from over 12 years of H.E.S.S. I operation, together with data from H.E.S.S. II that improve the low-energy sensitivity. Enhanced energy-dependent morphological and spatially resolved spectral analyses probe the very high energy (VHE, E > 0.1 TeV) γ-ray properties of the nebula. Methods. The nebula emission is revealed to extend out to 1.5° from the pulsar, ~1.5 times farther than previously seen, making HESS J1825–137, with an intrinsic diameter of ~100 pc, potentially the largest γ-ray PWN currently known. Characterising the strongly energy-dependent morphology of the nebula enables us to constrain the particle transport mechanisms. A dependence of the nebula extent with energy of R ∝ Eα with α = −0.29 ± 0.04stat ± 0.05sys disfavours a pure diffusion scenario for particle transport within the nebula. The total γ-ray flux of the nebula above 1 TeV is found to be (1.12 ± 0.03stat ± 0.25sys) × 10−11 cm−2 s−1, corresponding to ~64% of the flux of the Crab nebula. Results. HESS J1825–137 is a PWN with clearly energy-dependent morphology at VHE γ-ray energies. This source is used as a laboratory to investigate particle transport within intermediate-age PWNe. Based on deep observations of this highly spatially extended PWN, we produce a spectral map of the region that provides insights into the spectral variation within the nebula
Date: 2 Jun 2023 - 17:22
Desc: A hotspot at a position compatible with the BL Lac object 1ES 2322−409 was serendipitously detected with H.E.S.S. during observations performed in 2004 and 2006 on the blazar PKS 2316−423. Additional data on 1ES 2322−409 were taken in 2011 and 2012, leading to a total live-time of 22.3 h. Point-like very-high-energy (VHE; |$E\gt 100\, \mathrm{GeV}$|) γ-ray emission is detected from a source centred on the 1ES 2322−409 position, with an excess of 116.7 events at a significance of 6.0σ. The average VHE γ-ray spectrum is well described with a power law with a photon index Γ = 3.40 ± 0.66_stat ± 0.20_sys and an integral flux |$\Phi (E\gt 200\, \mathrm{GeV}) = (3.11\pm 0.71_{\rm stat}\pm 0.62_{\rm sys})\times 10^{-12} \, \mathrm{cm}^{-2} \, \mathrm{s}^{-1}$|, which corresponds to 1.1 |${{\ \rm per\ cent}}$| of the Crab nebula flux above |$200\, \mathrm{GeV}$|. Multiwavelength data obtained with Fermi LAT, Swift XRT and UVOT, RXTE PCA, ATOM, and additional data from WISE, GROND, and Catalina are also used to characterize the broad-band non-thermal emission of 1ES 2322−409. The multiwavelength behaviour indicates day-scale variability. Swift UVOT and XRT data show strong variability at longer scales. A spectral energy distribution (SED) is built from contemporaneous observations obtained around a high state identified in Swift data. A modelling of the SED is performed with a stationary homogeneous one-zone synchrotron-self-Compton leptonic model. The redshift of the source being unknown, two plausible values were tested for the modelling. A systematic scan of the model parameters space is performed, resulting in a well-constrained combination of values providing a good description of the broad-band behaviour of 1ES 2322−409.
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