Galaxies, Astrophysique des Hautes Energies et Cosmologie (GAHEC)

Responsable : François Rincon
Adjoint : Pierrick Martin

Thèmes de recherche

Les activités de notre équipe s’articulent autour de quatre grands axes combinant nos savoir-faire scientifiques et techniques :

Astrophysique des Objets Compacts
Cosmologie et Physique Fondamentale
Galaxies et Grandes Structures
Accélération de Particules et Phénomènes Explosifs

Nous contribuons également à des recherches sur différents thèmes scientifiques transverses aux équipes de l’IRAP et d’autres laboratoires Toulousains (L2IT), tels que l’étude des ondes gravitationnelles et des plasmas astrophysiques.

Nous développons et utilisons un vaste spectre de méthodologies au service de la recherche en astrophysique: instrumentation sol et spatial, observation et analyse de données sur l’ensemble du spectre électromagnétique, modélisation et méthodes numériques (Machine Learning, Calcul Haute Performance), théorie.

La liste des membres actuels de l’équipe est disponible ci-dessous. Contactez-nous si vous souhaitez collaborer ou rejoindre notre équipe !

Astrophysique des objets compacts

Notre groupe s’attache à comprendre la physique extrême liée aux objets compacts. Ces objets : des naines blanches, des étoiles à neutrons ou encore des trous noirs sont associés à des phénomènes parmi les plus violents de l’univers. Leur nature extrême (densité, champ gravitationnel, champ magnétique) font de ces objets des laboratoires uniques pour tester la relativité générale ou des équations d’état de matière exotique comme les quarks étranges ou les kaons. Dans leur environnement immédiat, les objets compacts sont également souvent associés à des mécanismes complexes d’accrétion de matière, d’éjection, d’émission et d’accélération de particules encore mal compris qui les rendent paradoxalement des objets extrêmement lumineux. A plus grande échelle également, les objets compacts influencent fortement leur environnement comme dans le coeur des amas globulaires par exemple. Notre groupe s’intéresse à ces questions, en combinant à la fois des travaux de modélisation analytique et numérique (processus radiatifs et dynamique MHD/plasma) ainsi que des observations avec les telescopes ATCA, VLA, MeerKAT, VLT et les missions spatiales Fermi, HST, INTEGRAL, RXTE, Swift, XMM-Newton, Chandra et Nustar. Il attend en outre beaucoup des futurs projets comme CTA, SVOM, SKA, Athena et LISA dans lesquels ses membres sont impliqués.

Cosmologie et physique fondamentale

L’observation astronomique est la voie privilégiée, parfois totalement unique, d’étude de phénomènes qui relèvent de la physique fondamentale : nature et caractéristiques de la matière noire, théories de la gravitation, nature et origine de l’accélération gravitationnelle à l’échelle de l’univers, nature du vide quantique, physique de l’univers primordial, etc. L’observation, la modélisation et l’interprétation théorique sont au coeur des progrès de nos connaissances dans ces domaines qui relèvent donc à la fois de la physique fondamentale, de l’Astrophysique et de la Cosmologie et sur lesquels l’IRAP regroupe un ensemble de compétences qui lui permet de s’engager tant du point de vue instrumental et observationnel (Euclid, XMM, Planck, LiteBird, etc.) que dans la modélisation d’objets astrophysiques (Sursauts Gamma, Amas de galaxies, fonds cosmologiques, supernovae distances, etc.) et la détermination des paramètres cosmologiques ou par une approche plus fondamentale (vide quantique, matière noire généralisée, gravitation modifiée, champs magnétiques, etc.).

Galaxies et grandes structures

La compréhension de l’évolution de l’Univers, depuis les fluctuations primordiales du fond diffus cosmologique jusqu’aux galaxies au sein des grandes structures, en passant par les amas de galaxies, constitue un enjeu majeur de l’astrophysique moderne autour duquel s’articule l’axe « Galaxies & Grandes Structures ». De nombreuses questions restent encore sans réponse définitive à ce jour et sont actuellement au centre de débats très controversés : quand et comment les premières galaxies sont-elles apparues ? Quels mécanismes physiques gouvernent l’évolution des galaxies depuis les âges les plus reculés jusqu’à nos jours ? Quels sont les processus et les mécanismes de structuration de l’Univers à grande échelle ? Quels sont les mécanismes d’accrétion/éjection autour des trous noirs massifs et leur rôle dans cette évolution ? La réponse à ces questions repose sur des observations et sur la modélisation de la structure, de la cinématique et de la dynamique à différentes échelles. C’est dans cette perspective que les chercheurs du GAHEC mènent depuis plusieurs années des programmes de recherche ambitieux, par l’intermédiaire notamment de l’exploitation de grands relevés multi-longueur d’onde pour l’étude de la formation et de l’évolution des galaxies, des amas de galaxies et des grandes structures de la toile cosmique, mais aussi grâce à la modélisation physique et numérique de processus astrophysiques complexes radiatifs ou dynamiques (turbulence hydro et magnéto-hydrodynamique). Ces efforts, qui impliquent une participation constante au développement de nouveaux instruments focaux pour les plus grands télescopes au sol et dans l’espace, sont soutenus au niveau national par plusieurs financements ANR ainsi que par le Programme National Cosmologie & Galaxies. Nos efforts de recherche s’appuient aujourd’hui sur l’exploitation scientifique des télescopes XMM-Newton, VLT, CFHT, HST, ALMA, MUSE/VLT, ainsi que sur la préparation instrumentale et scientifique des missions futures parmi lesquelles: Harmoni/E-ELT, Mosaic/E-ELT, EUCLID, et Athena.

Accélération de particules et phénomènes explosifs

Notre groupe s’attache à comprendre les phénomènes d’accélération des particules dans l’Univers, leur impact sur l’environnement et les phénomènes explosifs galactiques et cosmologiques qui en sont à l’origine. Les novae, les supernovae et les sursauts gamma, leurs rémanents interstellaires et les émissions diffuses résultant des interactions des particules avec le milieu interstellaire sont au centre de nos études. Par exemple, le rayonnement gamma provenant des explosions de novae, de supernovae et de sursauts gamma nous renseignent sur la physique de ces explosions. L’interaction des ondes de choc produites lors de ces explosions avec le milieu interstellaire est un site propice à l’accélération de particules que nous étudions à haute énergie. Cette émission nous renseigne également sur la propagation des particules dans le milieu interstellaire, et nous permet de connaître leur impact sur leur environnement. Notre groupe s’intéresse à ces questions, en combinant à la fois des travaux de modélisation analytique et numérique (chocs, processus de transport et d’accélération cinétiques), des développements instrumentaux et des observations avec en particulier Fermi, INTEGRAL, Swift, TAROT et XMM-Newton. Il attend en outre beaucoup des futurs projets comme Athena, CTA et SVOM, actuellement en phase de développement à l’IRAP, ou SKA, et de leurs synergies avec les détecteurs d’onde gravitationnelle et de neutrinos.

Membres de l’équipe

	Kempf Jean, Doctorant
Abdollahi Soheila, Postdoctorante	Klotz Alain, Chercheur
Amato Roberta, Postdoctorante	Knodlseder Jurgen, Chercheur
Astiasarain Xan, Doctorant	Koechlin Laurent, Chercheur
Atteia Jean-Luc, Chercheur	Lamas Lanza, Miguel, Doctorant
Banday Anthony, Chercheur	Lamine Brahim, Chercheur
Barret Didier, Chercheur	Le Borgne Jean-François, Chercheur (émérite)
Beaumont Sophie, Doctorante	Malet Isabelle, Chercheuse IUT-A
Blanchard Alain, Chercheur	Malzac Julien, Chercheur
Boone Frederic, Chercheur	Martin Pierrick, Chercheur
Cabanac Rémi, Chercheur	Mercier Wilfried, Doctorant
Castellani Florent, Doctorant	Molin Alexeï, Doctorant
Clerc Nicolas, Chercheur	Moultaka Jihane, Chercheuse
Contini Thierry, Chercheur	Moutier Frederic, Chercheur
Coriat Mickael, Chercheur	Nouvel de la Flèche Alix, Doctorante
Delpech Rémi, Doctorant	Olive Jean-Francois, Chercheur
Dezalay Jean-Pascal, Chercheur	Pajot Francois, Chercheur
Dournac Fabien, Doctorant	Perez Jose-Philippe, Chercheur (émérite)
Dupays Arnaud, Chercheur	Pointecouteau Etienne, Chercheur
Dupourqué Simon, Doctorant	Quintin Erwan, Doctorant
Ferrière Katia, Chercheuse	Rincon Francois, Chercheur
Foustoul Vincent, Doctorant	Sarron Florian, Postdoctorant
Giard Martin, Chercheur	Shojaei Fateme, Doctorante
Godet Olivier, Chercheur	Soucail Genevieve, Chercheuse
Gonzalez Caniulef Denis, Postdoc	Tibaldo Luigi, Chercheur
Guillot Sebastien, Chercheur	Tranin Hugo, Doctorant
Gupta Maitrayee, Postdoctorante	Tutusaus Isaac, Chercheur
Jean Pierre, Chercheur	Von Ballmoos Peter, Chercheur
Hughes Annie, Chercheuse	Webb Natalie, Chercheuse
Kammoun Elias, Postdoctorant	Yassine Manal, Postdoctorante

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