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-01061614] The Large Observatory For x-ray Timing

Date: 8 sep 2014 - 10:53

Desc: The Large Observatory For x-ray Timing (LOFT) was studied within ESA M3 Cosmic Vision framework and participated in the final down-selection for a launch slot in 2022-2024. Thanks to the unprecedented combination of effective area and spectral resolution of its main instrument, LOFT will study the behaviour of matter under extreme conditions, such as the strong gravitational field in the innermost regions of accretion flows close to black holes and neutron stars, and the supra-nuclear densities in the interior of neutron stars. The science payload is based on a Large Area Detector (LAD, 10 m 2 effective area, 2-30 keV, 240 eV spectral resolution, 1 deg collimated field of view) and a WideField Monitor (WFM, 2-50 keV, 4 steradian field of view, 1 arcmin source location accuracy, 300 eV spectral resolution). The WFM is equipped with an on-board system for bright events (e.g. GRB) localization. The trigger time and position of these events are broadcast to the ground within 30 s from discovery. In this paper we present the status of the mission at the end of its Phase A study.

[hal-02559614] Spectral signature of oscillating slender tori surrounding Kerr black holes

Date: 30 avr 2020 - 16:45

Desc: [...]

[hal-03786203] Uncovering the chemical enrichment and mass-assembly histories of star-forming galaxies

Date: 23 sep 2022 - 16:14

Desc: We explore the mass-assembly and chemical enrichment histories of star-forming galaxies by applying a population synthesis method to a sample of 84828 galaxies from the Sloan Digital Sky Survey Data Release 5. Our method decomposes the entire observed spectrum in terms of a sum of simple stellar populations spanning a wide range of ages and metallicities, thus allowing the reconstruction of galaxy histories. A comparative study of galaxy evolution is presented, where galaxies are grouped on to bins of nebular abundances or mass. We find that galaxies whose warm interstellar medium is poor in heavy elements are slow in forming stars. Their stellar metallicities also rise slowly with time, reaching their current values (Z* ~ 1/3Zsolar) in the last ~100 Myr of evolution. Systems with metal-rich nebulae, on the other hand, assembled most of their mass and completed their chemical evolution long ago, reaching Z* ~ Zsolar at lookback times of several Gyr. These same trends, which are ultimately a consequence of galaxy downsizing, appear when galaxies are grouped according to their stellar mass. The reconstruction of galaxy histories to this level of detail out of integrated spectra offers promising prospects in the field of galaxy evolution theories.

[hal-03785137] The history of star-forming galaxies in the Sloan Digital Sky Survey

Date: 23 sep 2022 - 15:19

Desc: This paper, the sixth in the Semi-Empirical Analysis of Galaxies series, studies the evolution of 82302 star-forming (SF) galaxies from the Sloan Digital Sky Survey. Star formation histories (SFHs) are derived from detailed spectral fits obtained with our publicly available spectral synthesis code STARLIGHT. Our main goals are to explore new ways to derive SFHs from the synthesis results and apply them to investigate how SFHs vary as a function of nebular metallicity (Zneb). A number of refinements over our previous work are introduced, including (1) an improved selection criterion; (2) a careful examination of systematic residuals around Hbeta (3) self-consistent determination of nebular extinctions and metallicities; (4) tests with several Zneb estimators; (5) a study of the effects of the reddening law adopted and of the relation between nebular and stellar extinctions and the interstellar component of the NaI D doublet.

[hal-03991022] Diffusive shock acceleration at EeV and associated multimessenger flux from ultra-fast outflows driven by Active Galactic Nuclei

Date: 15 fév 2023 - 15:51

Desc: Active galactic nuclei (AGNi) can launch and sustain powerful winds featuring mildly relativistic velocity and wide opening angle. Such winds, known as ultra-fast outflows (UFOs), can develop a bubble structure characterized by a forward shock expanding in the host galaxy and a wind termination shock separating the fast cool wind from the hot shocked wind. In this work we explore whether diffusive shock acceleration can take place efficiently at the wind termination shock of UFOs. We calculate the spectrum of accelerated particles and find that protons can be energized up to the EeV range promoting UFOs to promising candidates for accelerating ultra-high energy cosmic rays (UHECRs). We also compute the associated gamma-ray and neutrino fluxes and compare them with available data in the literature. We observe that high-energy (HE) neutrinos are efficiently produced up to hundreds of PeV while the associated gamma rays are efficiently absorbed beyond a few tens of GeV. By assuming a typical source density of non-jetted AGNi we expect that UFO could play a dominant role as diffuse sources of UHECRs and HE neutrinos. We finally apply our model to the recently observed NGC1068 and we find out that an obscured UFO could provide a sizeable contribution to the observed gamma-ray flux while only contributing up to $\sim 10\%$ to the associated neutrino flux.