LUTH

Laboratoire Univers et Théories

Phénomènes aux Hautes Energies (Equipe PHE)

L’équipe PHE étudie les sources astrophysiques en elles-mêmes ainsi que les mécanismes physiques à l’oeuvre dans ces objets. La modélisation des noyaux actifs de galaxies (NAG)est au coeur de notre investissement : nous développons ainsi des codes numériques originaux pour décrire les processus physiques et chimiques en jeu dans ces plasmas astrophysiques de densités faibles à modérées (processus microscopiques, rayonnement, transfert de rayonnement). Nos travaux se caractérisent par leur caractère pluridisciplinaire, recouvrant des aspects théoriques purs dans le domaine de la physique atomique et moléculaire, aussi bien que des aspects observationnels sur tout le spectre électromagnétique, du domaine radio jusqu’aux très hautes énergies (rayons gamma du TeV).

Phénomènes aux Hautes Energies

01 Noyaux actifs de Galaxies

Le schéma unifié propose une interprétation des différents NAG observés (quasars, blazars, galaxies radio, etc.) selon leur orientation par rapport à l’observateur. Dans ce schéma les NAG sont composés de :


  • un tore de poussière

  • un disque d’accrétion : Nous étudions la formation d’étoiles dans les disques d’accrétion et le centre galactique, ainsi que l’accrétion et l’émission en rayons X. Notre équipe développe et applique les codes TITAN et NOAR pour l’analyse du plasma chaud au voisinage du trou noir central.
  • un trou noir central

  • deux jets de particules relativistes : La modélisation des jets relativistes est développée pour interpréter les données multi longueur d’onde (de la radio
jusqu’aux rayons gamma de très haute énergie). Nous développons des codes leptoniques stationnaires et dynamiques, ainsi qu’un code lepto-hadronique.

L’analyse des spectres d’émission aux plus hautes énergies et leur évolution temporelle est notre meilleure source d’information sur le moteur central des NAG.

02 Observation de NAG en rayons gamma

L’astrophysique des hautes énergies a pour objet l’étude des sources d’émission non-thermique où des particules chargées sont accélérées par des ondes de choc ou dans de forts champs électromagnétiques. Ces particules de hautes énergies peuvent émettre des rayons X et gamma.

L’expérience internationale H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) a révélé la richesse du ciel aux très hautes énergies, jusqu’à des dizaines de TeV (=10^12 eV). Les télescopes de H.E.S.S., installés en Namibie, observent des sources galactiques et extragalactiques indirectement, grâce à la détection de la lumière Tcherenkov venant des cascades de particules (gerbes atmosphériques) générées dans l’atmosphère par les rayons gamma. Dans la collaboration H.E.S.S., nous nous investissons essentiellement sur la thématique des objets compacts, principalement dans le domaine des Noyaux Actifs de Galaxies (NAG), et apportons notre expertise en astrophysique à plusieurs niveaux (programme observationnel, modélisations et interprétations des sources, analyse de données multi-longueur d’onde). Notre équipe possède aussi un savoir-faire sur la physique des gerbes atmosphériques et le traitement de données brutes. Nous travaillons également à la diffusion des données de H.E.S.S. selon les normes de l’Observatoire Virtuel.

Nous contribuons aussi à la préparation du projet international CTA (Cherenkov Telescope Array), instrument de prochaine génération en astronomie gamma au sol qui regroupera plusieurs dizaines de télescopes. Les chercheurs du LUTh s’investissent notamment dans la définition des objectifs scientifiques de CTA, ainsi que dans la définition du format des données. Notre groupe, en collaboration avec des ingénieurs et chercheurs du GEPI, construit également le premier prototype d’un télescope du type Schwarzschild-Couder sur le site de Meudon (SST-GATE)

03 Accélération et champs magnétiques

L’investigation des phénomènes à hautes énergies conduit à l’étude des mécanismes d’accélération des particules. Dans le système solaire, l’accélération de matière se produit dans les plasmas des magnétosphères des planètes magnétisées, et dans les arches et les éruptions de la couronne solaire. Le voisinage fortement magnétisé des pulsars implique l’accélération extrêmement intense des électrons (et des positrons). Des émissions radio cohérentes et des rayonnements X et gamma les accompagnent et permettent d’en caractériser des propriétés. Dans le cas des NAG, les mécanismes d’accélération doivent être très efficaces pour produire les particules relativistes dont nous étudions le rayonnement. Ces environnements, a priori très différents, présentent des analogies que l’équipe tente d’exploiter dans l’étude des processus d’accélération.