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La recherche

Plasmas Astrophysiques

Responsables : Elisabeth Jourdain et Pierre-Louis Blelly

Cette Action Pluridisciplinaire a été initiée au sein du groupe GPPS par des chercheurs s'intéressant aux processus d'émissions à haute énergie, que celles-ci soient observées dans notre atmosphère ou autour de sources galactiques voire extragalactiques. Elle a été mise en place pour partager des expertises complémentaires en modélisation et instrumentation. Elle est ouverte à tous ceux que les thématiques approchées intéressent.

Contexte scientifique :

La physique des plasmas est une thématique scientifique qui constitue un moteur fort de l’activité spatiale de l’IRAP, en particulier dans le groupe GPPS où elle est explicitement mise en valeur sous la forme d’un sous-thème du groupe. Par contre, la complexité des processus associés aux plasmas a conduit à un certain cloisonnement, avec une identification assez forte entre l’objet d’étude et le processus physique sous-jacent, une séparation entre plasmas thermiques, plasmas énergétiques, et plasmas « astrophysiques » (de très haute énergie). L’implication du groupe GPPS dans les missions Taranis (haute atmosphère Terrestre) et Solar Orbiter (soleil) va de fait briser ce cloisonnement et nous pousser à reconsidérer les liens entre objets et processus, car le soleil et les décharges dans l’atmosphère Terrestre sont capables tous les deux de générer des plasmas relativistes. L’étude des impacts environnementaux de ces plasmas de très haute énergie va donc nécessiter une meilleure compréhension des processus à leur origine:

  • turbulence dans l’atmosphère solaire ; émission de rayonnement (radio et X) et énergisation du plasma du vent solaire ;
  • interaction particule matière ; processus de création de paires e– / e+, d’annihilation, de Comptonisation du rayonnement, et effets sur la chimie de l’atmosphère.

En conséquence, nous devons envisager une évolution de la thématique « plasmas spatiaux » qui remette en valeur le processus physique indépendamment de l’objet, en privilégiant une action pluridisciplinaire, regroupant physiciens de l’environnement (plus proche de l’objet) et physiciens des plasmas (plus proche du processus).

Constitution d’une action pluridisciplinaire à l’IRAP:

A l’heure actuelle, il existe à l’IRAP des compétences fortes et reconnues dans le domaine des plasmas chauds et relativistes, dont les cibles d’étude sont des objets compacts (couronnes chaudes des binaires X, atmosphères de pulsars) ou le milieu interstellaire (émission diffuse de la Galaxie…), ainsi que sur les instruments permettant de mesurer leurs caractéristiques.
 En couplant ces activités qui reposent essentiellement sur une forte implication dans l’instrument SPI/INTEGRAL et le développement d’une nouvelle génération de détecteurs X-durs avec des travaux autour de projets comme Taranis et Solar Orbiter, cette action pluridisciplinaire permettra donc d’explorer la frontière originale entre ces activités « astrophysiques » et les perspectives du groupe GPPS, contribuant à enrichir immédiatement les thématiques de chacun. 
Les interactions les plus directes concerneront à la fois l’application des codes de modélisation numériques dévolus aux plasmas chauds, ainsi que la détection/mesure de particules et rayonnements de haute énergie d’un point de vue instrumental.
En détail, afin d’initier ce rapprochement nous envisageons plusieurs actions complémentaires :

  • en tout premier lieu, des points de rencontre seront identifiés au niveau des codes de modélisation qui existent d’ores et déjà dans différentes équipes du laboratoire, afin d’optimiser les boîtes à outils nécessaires pour atteindre les différents objectifs scientifiques, notamment l’étude des mécanismes d’émission de particules de très grande énergie, qui sont à l’œuvre dans les objets compacts et au niveau des planètes et/ou du soleil ainsi que l’impact environnemental pour ces derniers;
  • ensuite, la grande expertise dans le domaine des télescopes X-durs/gamma et les développements de détecteurs à haute résolution spatiale et spectrale, nous permet d’envisager un axe de travail supplémentaire orienté autour de l’instrumentation basé sur la détection et la mesure de particules de hautes énergies dans les environnements planétaires (calibration et modélisation des instruments pour Taranis, imagerie spectrale pour l’étude des compositions des roches,…) ;
  • enfin, nous nous intéresserons à la chaîne d’analyse et d’interprétation des mesures dans le contexte spécifique des particules de haute énergie, et aux algorithmes de traitement en particulier.

La présentation de Pierre-Louis Blelly aux Journées scientifiques de l'IRAP, Octobre 2012, illustre les domaines de convergence qui forment la base de ce rapprochement.

Mots clés : Plasmas relativistes, Emissions haute énergie, INTEGRAL/SPI, TARANIS

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