LUTH - Observatoire de Paris

Le LuTh est devenu le Lux au 1er janvier 2025

Mene Stephane — 2025-09-04T09:38:18Z

Le LUX (Laboratoire d'étude de l'Univers et des phénomènes eXtrêmes) est l'un des trois départements scientifiques de l'Observatoire de Paris-PSL, grand établissement regroupant un quart des forces nationales dans le domaine de l'astronomie-astrophysique.

Le LUX aborde une grande diversité de thèmes en astrophysique, centrés sur l'étude des phénomènes extrêmes et des processus aux échelles (extra)galactiques. Toutes les méthodologies de l'astrophysique moderne sont mises à contribution : théorie, simulations, observations, instrumentation, astrophysique de laboratoire… La centaine de personnes composant le laboratoire est répartie sur trois sites : les campus de Meudon et de Paris de l'Observatoire de Paris et celui de Jussieu de Sorbonne Université. Les trois tutelles de l'unité sont l'Observatoire de Paris, le CNRS et Sorbonne Université. Le LUX est organisé autour de trois équipes scientifiques et une instrumentale.

Laboratoire d'étude de l'Univers et des phénomènes eXtrêmes

Euclid Consortium first science results

Mene Stephane — 2024-05-23T12:41:23Z

Euclid's new image of galaxy cluster Abell 2390

@ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, image processing by J.-C. Cuillandre (CEA Paris-Saclay), G. Anselmi ; CC BY-SA 3.0 IGO or ESA Standard Licence

On Thursday May 23rd, the Euclid Consortium, including members of LUTH/Paris Observatory-PSL, releases its first science results as well as 5 new breathtaking images.

You can find below the full press release of LUTH/Paris Observatory-PSL

GW230529 : Observation de la fusion d'une étoile à neutrons et d'un objet compact inconnu

Bernard Laura — 2024-04-08T11:35:53Z

Le 29 mai 2023, durant la première partie de la quatrième période d'observation (O4a) des détecteurs LIGO-Virgo-KAGRA, une fusion particulière de deux astres a été observée, GW230529, dont l'une des composantes de nature incertaine a une masse plus grande que ce qui est attendu pour des étoiles à neutrons et plus faible que ce qui est attendu pour des trous noirs.

La première détection directe d'ondes gravitationnelles par les détecteurs LIGO en 2015 marqua l'aube d'une nouvelle ère pour l'astronomie. Depuis, de nombreuses autres détections d'ondes gravitationnelles ont été faites, provenant de différents types de fusions de systèmes binaires d'astres compacts, systèmes composés d'étoiles à neutrons et/ou de trous noirs. Pour GW230529, malgré le fait que seul un des détecteurs (LIGO-Livingston) a produit des données utilisables au moment de l'événement, les techniques et méthodes d'analyse poussées tel que le filtrage adapté ont permis de l'identifier clairement.

Illustration montrant les composantes de certains évènements d'ondes gravitationnelles qui se trouvent dans, ou proche de, la région de 3 à 5 masses solaires, aussi appelée « mass gap ». Les cercles bleu clair représentent les sources qui sont des étoiles à neutrons, les cercles noirs représentent les sources qui sont des trous noirs, et les cercles noirs avec un point d'interrogation indiquent les sources qui sont probablement des trous noirs mais qui sont aussi possiblement des étoiles à neutrons. L'astre le plus massif de GW230529 est situé dans cet intervalle de masse.
Crédits : S. Galaudage, Observatoire de la Côte d'Azur.

Depuis plusieurs années les scientifiques pensent qu'il n'existe pas d'astre compact (ni étoile à neutrons, ni trou noir) dans un intervalle de masse entre 3 masses solaires et 5 masses solaires, appelé le mass gap. La raison en est que les étoiles à neutrons ont une masse maximale autour de 3 masses solaires et que la formation d'un trou noir stellaire avec une masse aussi faible est difficile. Avec une masse estimée à environ 3.6 masses solaires de l'objet le plus massif, GW230529 est le premier candidat pour un système binaire avec une composante dans ce mass gap. Étant donné notre compréhension actuelle des populations d'étoiles à neutrons et trous noirs, cette masse est compatible (avec une probabilité de 99%) avec un trou noir. Toutefois, la probabilité que ce soit une étoile à neutrons est faible mais non nulle. Ainsi, nous ne pouvons pas exclure avec certitude le scénario où cette composante est une étoile à neutrons. En revanche, le second objet de GW230529, dont la masse a 90% de chance de se trouver entre 1.2 masses solaires et 2.0 masses solaires, est très probablement une étoile à neutrons. Grâce à une composante se trouvant très probablement dans le mass gap, GW230529 est une excellente observation pour raffiner nos modèles d'évolution et fin de vie des étoiles normales (séquence principale).

Le processus de formation de GW230529 est assez incertain. Les connaissances actuelles des supernovas gravitationnelles défavorisent ce scénario comme étant à l'origine de la composante inconnue à cause de sa masse. Un scénario plus plausible est une formation par retombée, où un trou noir se forme après la supernova via l'accrétion de matière résiduelle. A ce jour les modèles numériques de ces processus sont toujours sujets à de fortes incertitudes, rendant difficile la détermination précise des limites des masses des étoiles à neutrons et trous noirs. GW230529 est par conséquent un atout précieux pour contraindre ces modèles.

Un autre scénario possible pour la formation de cet astre dans le mass gap est au travers d'une fusion d'étoiles à neutrons. On peut imaginer dans ce cas que l'autre astre de GW230529 serait le membre d'un ancien système triple. Enfin une dernière possibilité est que cet autre astre ait été capturé par l'objet inconnu lorsqu'il évoluait dans un jeune amas stellaire ou un noyau actif de galaxie. Nous ne pouvons pas non plus exclure une origine non-stellaire telle qu'un trou noir primordial, formé au début de l'Univers.

Des membres de l'équipe LUTH-Caen à l'intérieur de la collaboration Virgo ont contribué à la validation des analyses sur la détection de cet événement par la collaboration LVK.

Contact : Jérôme Novak, Micaela Oertel, Lami Suleiman

For more information :

https://www.ligo.org/science/GW-GW2.php

https://dcc.ligo.org/P2300352/public/

https://www.ligo.caltech.edu/page/ligo-detectors

https://www.ligo.org/

https://www.virgo-gw.eu/

https://gwcenter.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/

L'ESA adopte officiellement la mission LISA !

Bernard Laura — 2024-02-15T15:43:23Z

Jeudi 25 janvier 2024, le Comité du Programme Scientifique (SPC) de l'Agence spatiale européenne a officiellement approuvé le démarrage du développement de la mission LISA qui observera les ondes gravitationnelles sur l'Univers entier. À travers ses laboratoires SYRTE et LUTH, l'Observatoire de Paris – PSL est fortement impliqué dans les préparatifs de la mission.

Prévues par Albert Einstein dans sa théorie de la relativité générale en 1916, les ondes gravitationnelles ont été directement observées pour la première fois sur Terre en 2015. Elles sont les échos à distance des événements célestes les plus violents. Mais si elles traversent l'Univers à la vitesse de la lumière, elles sont très difficiles à observer car les déformations engendrées sont infinitésimales, et les meilleures installations terrestres sont limitées dans la gamme de fréquences observables notamment par le bruit ambiant.
Acronyme pour Laser Interferometer Space Antenna, LISA est la 3^e mission de « classe L » du programme européen Cosmic Vision de l'ESA. Avec un lancement prévu pour 2035, son objectif est la détection des ondes gravitationnelles.

La mission sera constituée de trois satellites qui accompagneront la Terre sur sa trajectoire orbitale autour du Soleil. Postés dans son sillage, ils la suivront à une distance de 50 millions de kilomètres. Disposés selon un triangle équilatéral de 2,5 millions de kilomètres de côté, ils formeront un gigantesque interféromètre optique orienté à 60° du plan de l'orbite terrestre.

Les unités seront reliées 2 à 2 par des signaux lasers identiques et synchronisés, pour mesurer les déplacements entre des masses d'épreuve en chute libre à l'intérieur de chaque instrument. Placées dans un environnement isolé des perturbations extérieures (vent solaire, forces parasites, etc.), ces masses d'épreuve seront les témoins des infimes perturbations de l'espace-temps qui les rencontreront. La sensibilité attendue est de 10 picomètres, dans un domaine de basses fréquences gravitationnelles non encore explorées et impossibles à mesurer avec les laboratoires LIGO et VIRGO, opérant depuis le sol.

Le LUTH est impliqué dans la mission LISA sur divers points clefs :

Des chercheurs de l'équipe « Relativité et Objets Compacts » (ROC) ont étudié les systèmes binaires à rapport de masse extrême, désignés par l'acronyme EMRI (Extreme Mass Ratio Inspiral). Ces systèmes sont formés par un trou noir supermassif (plusieurs millions de masses solaires) au centre d'une galaxie et autour duquel orbite un <> corps : une étoile à neutrons ou un trou noir stellaire (quelques dizaines de masses solaires tout au plus). Les ondes gravitationnelles engendrées par le mouvement orbital du petit corps figurent parmi les sources principales attendues pour LISA. Les chercheurs du LUTH participent à l'effort international de développement d'un formalisme, dit de la self-force, permettant de calculer les formes d'ondes des EMRIs [1] et ont étudié les effets de marées dans ces systèmes binaires [2]. L'un d'entre eux a également développé un algorithme utilisant des processeurs graphiques (GPU) pour extraire les signaux des EMRIs des données de LISA [3]. Une collaboration a par ailleurs commencé il y a quelques années entre le LUTH, le LESIA et le SYRTE pour l'étude des EMRIs autour du trou noir supermassif au centre de notre galaxie, Sagittarius A*. Un premier travail a permis de montrer qu'en raison de la proximité de ce trou noir, LISA pourrait détecter des objets beaucoup plus petits que les trous noirs stellaires des EMRIs d'autres galaxies, à savoir des naines brunes ou d'hypothétiques trous noirs de faible masse formés dans l'Univers primordial [4]. Récemment un chercheur de l'IMCCE associé au LUTH a étudié les effets du spin du petit corps sur son orbite autour du trou noir supermassif et a montré que le système était intégrable, ce qui permettra de faciliter l'analyse des données de LISA [5}.

L'équipe ROC du LUTH participe également à l'effort de modélisation des formes d'ondes gravitationnelles pour des binaires de masses comparables, en utilisant le formalisme post-Newtonien. Il s'agit d'un développement en champ gravitationnel faible et pour des faibles vitesses qui est directement utilisé pour construire les formes d'ondes utilisées pour analyser les données. Les travaux récents sur ce sujet ont consisté à améliorer grandement la précision des formes d'ondes prédites par la relativité générale [6], en incluant les effets de rotation intrinsèque des trous noirs [7]. Des chercheurs du LUTH ont également obtenu les premières formes d'ondes précises et complètes dans le cas des théories alternatives de la gravité contenant un champ scalaire supplémentaire [8].

Enfin, plusieurs chercheurs du LUTH sont impliqués dans les travaux des groupes de travail de la collaboration LISA sur les formes d'ondes et la physique fondamentale. Cela a notamment consisté à rédiger un livre blanc sur chacune de ces thématiques [9,10], afin de déterminer les étapes cruciales afin d'être dans la capacité d'analyser les données de LISA d'ici au lancement de la mission.

[1] B. Wardell, A. Pound, N. Warburton, J. Miller, L. Durkan & A. Le Tiec, Phys. Rev. Lett. 130, 241402 (2023) ; arXiv : 2112.12265
[2] A. Le Tiec & M. Casals, Phys. Rev. Lett. 126, 131102 (2021) ; arXiv : 2007.00214
[3] I.D. Saltas & R. Oliveri, prépublication arXiv : 2311.17174
[4] E. Gourgoulhon, A. Le Tiec, F. H. Vincent, & N. Warburton, Astron. Astrophys. 627, A92 (2019) ; arXiv : 1903.02049
[5] P. Ramond, article soumis.
[6] L. Blanchet, G. Faye, Q. Henry, F. Larrouturou & D. Trestini, Phys.Rev.Lett. 131 (2023) 12, 121402, arXiv:2304.11185
[7] R. Samanta, S. Tanay & L. C. Stein, Phys.Rev.D 108 (2023) 12, 124039, arXiv : 2210.01605
[8] L. Bernard, L. Blanchet & D. Trestini, JCAP 08 (2022) 08, 008, arXiv : 2201.10924
[9] LISA Consortium Fundamental Physics Working Group, Living Rev.Rel. 25 (2022) 1, 4, arXiv : 2205.01597
[10] LISA Consortium Waveform Working Group, soumis à Living Rev.Rel., arXiv : 2311.01300

Eric Gourgoulhon dans l'émission « La Science CQFD » sur France Culture

Mene Stephane — 2023-09-12T14:57:51Z

©Getty - Science Photo Library - MARK GARLICK

Eric Gourgoulhon, Directeur de Recherche CNRS et membre de l'équipe Relativité et Objets Compacts au Laboratoire Univers et Théories, parle de la formation des trous blancs lors de l'émission « La Science CQFD » sur France Culture - Les yeux en face des trous blancs

Journée du laboratoire 2022

Mene Stephane — 2023-04-07T08:15:38Z

La journée du laboratoire a eu lieu le mercredi 7 décembre 2022 .
Vous trouverez ci-dessous les présentations des orateurs de cette journée.

Orateur	Titre de la présentation	Présentation
Amandine Le Brun	Towards a robust model for structure formation
Pierre Cristofari	The origin of cosmic rays (and gamma-ray astronomy)
Rémy Koskas	Universality of halos shape as a strong cosmological probe
David Trestini	Gravitational-wave tails-of-memory
Tamara Richardson	Halo Sparsity : A Swiss army knife for galaxy cluster astrophysics and cosmology
Tamara Richardson + Zakaria Meliani	Introduction to VR headsets
Madj Shalak	Probing cosmology with the cosmic web : AI approach
Guillaume Voisin	Around neutron stars

Conférence en l'honneur de Brandon Carter

webmaster — 2022-09-08T11:39:48Z

Photo prise pendant la conférence, avec au premier plan, Brandon entouré de quatre de ses anciens étudiants en thèse : Patrick Peter, Nicolas Chamel, Xavier Martin et Reinhard Prix (de gauche à droite)

Pour célébrer les 80 ans d'un chercheur éminent du LUTH, Brandon Carter, une conférence internationalea été organisée conjointement par l'IAP et le LUTH du 4 au 6 juillet 2022 à Paris et à Meudon.
Elle a réuni 110 participants du monde entier (la majorité en présentiel) et 30 orateurs, dont deux Prix Nobel de Physique (Roger Penrose et Kip Thorne).
Cette conférence a permis de discuter des progrès récents dans les thématiques abordées par Brandon durant sa carrière : la théorie des trous noirs, les cordes cosmiques, les défauts topologiques, l'intérieur des étoiles à neutrons et le principe anthropique. Les transparents des présentations ainsi que des vidéos, sont disponibles sur la page de la conférence.

Micaela Oertel dans l'émission « La méthode scientifique » sur France Culture

Mene Stephane — 2022-03-11T10:07:25Z

Micaela Oertel, chercheuse CNRS et responsable de l'équipe Relativité et Objets Compacts au Laboratoire Univers et Théories, parle des étoiles à neutrons lors de l'émission « La méthode scientifique » sur France Culture - Étoiles à neutrons

Journée LISA à l'Observatoire

Mene Stephane — 2022-02-18T18:01:24Z

Le vendredi 10 décembre 2021 a eu lieu une journée de conférence dédiée aux diverses activités des laboratoires de l'Observatoire de Paris en lien avec la future mission spatiale Laser Interferometer Space Antenna (LISA) de l'Agence spatiale européenne (ESA), dont l'objectif est de détecter des ondes gravitationnelles de basse fréquence depuis l'espace.

Orateur	Titre de la présentation	Présentation
Fabienne Casoli - Présidence	Mot de la présidence
Antoine Petiteau - CEA Saclay	LISA : mission, objectives, status and Paris Observatory
Eric Gourgoulhon - LUTH	Detecting bodies orbiting the Galactic Center black hole Sgr A* with LISA
Ouali Acef - SYRTE	Contribution du laboratoire SYRTE à l'AIVT de la mission LISA
Marc Casals - CBPF/LUTH	A geometrical insight into the self-force for modelling Extreme Mass-Ratio Inspirals
Adrien Bourgoin - SYRTE	Gravitational waves radiated by magnetic galactic binaries
Olaf Hartwig - SYRTE	Time-delay Interferometry with unsynchronized clocks as part of an independent L0-L1 pipeline for LISA
Laura Bernard - LUTH	Gravitational wave modelling and dipolar tidal eﬀects in scalar-tensor theories
Alexandre Le Tiec - LUTH	Filling the gap : gravitational waves from intermediate mass ratio inspirals

Journée du laboratoire 2021

Mene Stephane — 2021-11-12T10:52:20Z

La journée du laboratoire a eu lieu le mercredi 10 novembre 2021.
Vous trouverez ci-dessous les présentations des orateurs de cette journée.

Orateur	Titre de la présentation	Présentation
Servillat Mathieu	Guide du personnel et prévention des risques
Oertel Micaela	Activités de l'équipe ROC
Suleiman Lami	Partially accreted crusts of neutron stars
Le Tiec Alexandre	Black hole fall in Love
Meliani Zakaria	Activités de l'équipe PHE
Fichet de Clairfontaine Gaëtan	Flare echos from relaxation waves in perturbed relativistics jets
Corasaniti Pier-Stefano	Activités de l'équipe COS
Saez-Casares Inigo	Formation of the Large-Scale Structure of the Universe in modified gravity