Objets compacts, trous noirs et pulsars, rayonnement cosmique et accélération de particules

Notre groupe travaille dans différents domaines de l’astrophysique des hautes énergies.

Il s’agit d’une part de décrire et comprendre la nature et le fonctionnement des objets les plus compacts et énergétiques de l’univers. Nous recensons et caractérisons de manière aussi complète que possible ces objets – trous noirs, étoiles à neutrons, magnestars, pulsars – avec régulièrement des découvertes comme les trous noirs de taille intermédiaire ou les sources ultra lumineuses.
Nous établissons des contraintes sur l’état de la matière constitutive de ces objets. Nous étudions leurs interactions avec l’environnement, les différents régimes d’accrétion et d’éjections, les forces de marée et l’érosion stellaire, la formation de disques et de jets, l’accélération et les rayonnements qui en résultent. Nous modélisons aussi les plasmas très énergétiques qui caractérisent ces environnements, incluant la physique des chocs, la nucléosynthèse, les divers processus de rayonnement, dynamiques (hydro et magnétohydrodynamique), de transport et de propagation des particules de très haute énergie.

D’autre part, 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. 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 combine 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.

Une évolution majeure de ces domaines est l’astrophysique ‘multi-messager’ et la connexion avec la détection des ondes gravitationnelles (LIGO/VIRGO). Dans ces domaines, nos principaux instruments sont INTEGRAL, XMM-Newton, Chandra, NuSTAR, Swift, FERMI, avec en vue SVOM, CTA, ATHENA, LISA.