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.
[in2p3-00630645] Simultaneous multi-wavelength campaign on PKS 2005-489 in a high state
Date: 16 déc 2011 - 13:57
Desc: The high-frequency peaked BL Lac object PKS 2005-489 was the target of a multi-wavelength campaign with simultaneous observations in the TeV γ-ray (H.E.S.S.), GeV γ-ray (Fermi/LAT), X-ray (RXTE, Swift), UV (Swift) and optical (ATOM, Swift) bands. This campaign was carried out during a high flux state in the synchrotron regime. The flux in the optical and X-ray bands reached the level of the historical maxima. The hard GeV spectrum observed with Fermi/LAT connects well to the very high energy (VHE, E > 100 GeV) spectrum measured with H.E.S.S.
[in2p3-00563803] Detection of very-high-energy gamma-ray emission from the vicinity of PSR B1706-44 and G343.1-2.3 with H.E.S.S
Date: 7 fév 2011 - 15:48
Desc: The gamma-ray pulsar PSR B1706-44 and the adjacent supernova remnant (SNR) candidate G343.1-2.3 were observed by H.E.S.S. during a dedicated observation campaign in 2007. As a result of this observation campaign, a new source of very-high-energy (VHE; E > 100 GeV) gamma-ray emission, HESS J1708-443, was detected with a statistical significance of 7 sigma, although no significant point-like emission was detected at the position of the energetic pulsar itself. In this paper, the morphological and spectral analyses of the newly-discovered TeV source are presented. The centroid of HESS J1708-443 is considerably offset from the pulsar and located near the apparent center of the SNR, at RA(J2000) = 17h08m11s +/- 17s and Dec(J2000) = -44d20' +/- 4'. The source is found to be significantly more extended than the H.E.S.S. point spread function (~0.1 deg), with an intrinsic Gaussian width of 0.29 deg +/- 0.04 deg. Its integral flux between 1 and 10 TeV is ~ 3.8 x 10^-12 ph cm^-2 s^-1, equivalent to 17% of the Crab Nebula flux in the same energy range. The measured energy spectrum is well-fit by a power law with a relatively hard photon index Gamma = 2.0 +/- 0.1 (stat) +/- 0.2 (sys). Additional multi-wavelength data, including 330 MHz VLA observations, were used to investigate the VHE gamma-ray source's possible associations with the pulsar wind nebula of PSR B1706-44 and/or with the complex radio structure of the partial shell-type SNR G343.1-2.3.
[in2p3-00853650] Gamma-ray blazars near equipartition and the origin of the GeV spectral break in 3C 454.3
Date: 23 aoû 2013 - 11:25
Desc: Observations performed with the Fermi-LAT telescope have revealed the presence of a spectral break in the GeV spectrum of flat-spectrum radio quasars (FSRQs) and other low- and intermediate-synchrotron peaked blazars. We propose that this feature can be explained by Compton scattering of broad-line region (BLR) photons by a non-thermal population of electrons described by a log-parabolic function. We consider in particular a scenario in which the energy densities of particles, magnetic field, and soft photons in the emitting region are close to equipartition. We show that this model can satisfactorily account for the overall spectral energy distribution of the FSRQ 3C 454.3, reproducing the GeV spectal cutoff due to Klein-Nishina effects and a curving electron distribution.
[in2p3-01025854] Probing the gamma-ray emission from HESS J1834-087 using H.E.S.S. and Fermi LAT observations
Date: 7 aoû 2020 - 12:36
Desc: Previous observations with HESS have revealed the existence of an extended very-high-energy (VHE; E>100 GeV) gamma-ray source, HESS J1834-087, coincident with the SNR W41. The origin of the gamma-ray emission has been further investigated with HESS and the Fermi-LAT. The gamma-ray data provided by 61h (HESS) and 4 yrs (Fermi LAT) of observations cover over 5 decades in energy (1.8GeV - 30TeV). The morphology and spectrum of the TeV and GeV sources have been studied and multi-wavelength data have been used to investigate the origin of the observed emission. The TeV source can be modeled with a sum of two components: one point-like and one significantly extended (sig_TeV = 0.17{\deg}), both centered on SNR W41 and exhibiting spectra described by a power law of index 2.6. The GeV source detected with Fermi is extended (sig_GeV =0.15{\deg}) and morphologically matches the VHE emission. Its spectrum can be described by a power-law with index 2.15 and joins smoothly the one of the whole TeV source. A break appears in the spectra around 100 GeV. Two main scenarios are proposed to explain the emission: a pulsar wind nebula (PWN) or the interaction of SNR W41 with a molecular cloud. X-ray observations suggest the presence of a point-like source (pulsar candidate) near the center of the SNR and non-thermal X-ray diffuse emission which could arise from a potential PWN. The PWN scenario is supported by the match of of the TeV and GeV positions with the putative pulsar. However, the overall spectrum is reproduced by a 1-zone leptonic model only if an excess of low-energy electrons is injected by a high spin-down power pulsar. This low-energy component is not needed if the point-like TeV source is unrelated to the extended GeV and TeV sources. The interacting SNR scenario is supported by the spatial coincidence between the gamma-ray sources, the detection of OH maser lines and the hadronic modeling.
[in2p3-00838140] H.E.S.S and Fermi-LAT discovery of gamma rays from the blazar 1ES 1312-423
Date: 24 juin 2013 - 18:41
Desc: A deep observation campaign carried out by the High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) on Centaurus A enabled the discovery of gamma rays from the blazar 1ES 1312-423, two degrees away from the radio galaxy. With a differential flux at 1 TeV of (1.9 +/-0.6(stat) +/-0.4(sys)) x 10^{-13} /cm^2 /s /TeV corresponding to 0.5% of the Crab nebula differential flux and a spectral index of 2.9 +/- 0.5 (stat) +/- 0.2 (sys), 1ES 1312-423 is one of the faintest sources ever detected in the very high energy (E>100 GeV) extragalactic sky. A careful analysis using three and a half years of Fermi-LAT data allows the discovery at high energies (E>100 MeV) of a hard spectrum (index of 1.4 +/- 0.4 (stat) +/- 0.2 (sys)) source coincident with 1ES 1312-423. Radio, optical, UV and X-ray observations complete the spectral energy distribution of this blazar, now covering 16 decades in energy. The emission is successfully fitted with a synchrotron self Compton model for the non-thermal component, combined with a black-body spectrum for the optical emission from the host galaxy.
Autres contacts
Section de Meudon
Bâtiment du LAM (n°18)
5, place Jules Janssen
92190 MEUDON CEDEX