Laboratoire Univers et Théories

LUTH

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Université Paris Diderot, CNRS

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-03500470] Strong-Field Gravity Tests with the Double Pulsar

Date: 15 jan 2022 - 18:27

Desc: Continued timing observations of the double pulsar PSR J0737–3039A/B, which consists of two active radio pulsars (A and B) that orbit each other with a period of 2.45 h in a mildly eccentric (<math display="inline"><mi>e</mi><mo>=</mo><mn>0.088</mn></math>) binary system, have led to large improvements in the measurement of relativistic effects in this system. With a 16-yr data span, the results enable precision tests of theories of gravity for strongly self-gravitating bodies and also reveal new relativistic effects that have been expected but are now observed for the first time. These include effects of light propagation in strong gravitational fields which are currently not testable by any other method. In particular, we observe the effects of retardation and aberrational light bending that allow determination of the spin direction of the pulsar. In total, we detect seven post-Keplerian parameters in this system, more than for any other known binary pulsar. For some of these effects, the measurement precision is now so high that for the first time we have to take higher-order contributions into account. These include the contribution of the A pulsar’s effective mass loss (due to spin-down) to the observed orbital period decay, a relativistic deformation of the orbit, and the effects of the equation of state of superdense matter on the observed post-Keplerian parameters via relativistic spin-orbit coupling. We discuss the implications of our findings, including those for the moment of inertia of neutron stars, and present the currently most precise test of general relativity’s quadrupolar description of gravitational waves, validating the prediction of general relativity at a level of <math display="inline"><mn>1.3</mn><mo>×</mo><msup><mn>10</mn><mrow><mo>-</mo><mn>4</mn></mrow></msup></math> with 95% confidence. We demonstrate the utility of the double pulsar for tests of alternative theories of gravity by focusing on two specific examples and also discuss some implications of the observations for studies of the interstellar medium and models for the formation of the double pulsar system. Finally, we provide context to other types of related experiments and prospects for the future.

[hal-01686223] French SKA White Book - The French Community towards the Square Kilometre Array

Date: 15 jan 2022 - 03:47

Desc: The "Square Kilometre Array" (SKA) is a large international radio telescope project characterised, as suggested by its name, by a total collecting area of approximately one square kilometre, and consisting of several interferometric arrays to observe at metric and centimetric wavelengths. The deployment of the SKA will take place in two sites, in South Africa and Australia, and in two successive phases. From its Phase 1, the SKA will be one of the most formidable scientific machines ever deployed by mankind, and by far the most impressive in terms of data throughput and required computing power. With the participation of almost 200 authors from forty research institutes and six private companies, the publication of this French SKA white paper illustrates the strong involvement in the SKA project of the French astronomical community and of a rapidly growing number of major scientific and technological players in the fields of Big Data, high performance computing, energy production and storage, as well as system integration.

[hal-03210362] Broadband Multi-wavelength Properties of M87 during the 2017 Event Horizon Telescope Campaign

Date: 15 jan 2022 - 03:02

Desc: In 2017, the Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration succeeded in capturing the first direct image of the center of the M87 galaxy. The asymmetric ring morphology and size are consistent with theoretical expectations for a weakly accreting supermassive black hole of mass ∼6.5 × 109 M ⊙. The EHTC also partnered with several international facilities in space and on the ground, to arrange an extensive, quasi-simultaneous multi-wavelength campaign. This Letter presents the results and analysis of this campaign, as well as the multi-wavelength data as a legacy data repository. We captured M87 in a historically low state, and the core flux dominates over HST-1 at high energies, making it possible to combine core flux constraints with the more spatially precise very long baseline interferometry data. We present the most complete simultaneous multi-wavelength spectrum of the active nucleus to date, and discuss the complexity and caveats of combining data from different spatial scales into one broadband spectrum. We apply two heuristic, isotropic leptonic single-zone models to provide insight into the basic source properties, but conclude that a structured jet is necessary to explain M87’s spectrum. We can exclude that the simultaneous γ-ray emission is produced via inverse Compton emission in the same region producing the EHT mm-band emission, and further conclude that the γ-rays can only be produced in the inner jets (inward of HST-1) if there are strongly particle-dominated regions. Direct synchrotron emission from accelerated protons and secondaries cannot yet be excluded.

[hal-00288330] Why bothering to measure stellar rotation with CoRoT?

Date: 14 jan 2022 - 09:50

Desc: One important goal of the CoRoT experiment is to obtain information about the internal rotation of stars, in particular the ratio of central to surface rotation rates. This will provide constraints on face the modelling of transport mechanisms of angular momentum acting in radiative (rotationally induced turbulent) and convective zones (plumes, extension beyond convectively unstable regions). Relations between the surface rotation period and age, magnetic activity, mass loss and other stellar characteristics can also be studied with a statistically significant set of data as will be provided by CoRoT. We present various theoretical efforts performed over the past years in order to develope the theoretical tools which will enable us to study rotation with CoRoT.