l’astrophysique nucléaire à l’irfu et à l’in2p3 – 2 pare · le processus de formaon des...

L’astrophysiquenucléaireàl’IRFUetàl’IN2P3–2èmepar@e

V.Ta@scheff(CSNSM/IN2P3)pourlegroupedetravail:M.Assié(IPNO),B.Bas<n(GANIL),D.Bernard(LLR),J.‐P.Chièze(Irfu/SAp),A.Coc (CSNSM), S.Cour<n (IPHC),A.Decourchelle (Irfu/SAp), J. E.Ducret (Irfu/SAp),M.Dufour(IPHC),J.Duprat(CSNSM),T.Foglizzo(Irfu/SAp),D.Gilles(Irfu/SAp), F. Gulminelli (LPC Caen), F. Gunsing (Irfu/SPhN), F. Haas (IPHC), F.Hammache (IPNO), E. Khan (IPNO), J. Kiener (CSNSM), A. Lefebvre‐Schuhl(CSNSM),J.Margueron(IPNO),D.Maurin(LPSC),A.Obertelli(Irfu/SPhN),F.deOliveiraSantos(GANIL),M.Ploszajczak(GANIL),M.Renaud(LUPM),S.Schanne(Irfu/SAp),N.de Séréville (IPNO),N. Smirnova (CENBG),O. Sorlin (GANIL),V.Ta<scheff(CSNSM),S.Turck‐Chièze(Irfu/SAp)

Journéesdeprospec<veIN2P3‐IRFU,Presqu’îledeGiens,2–5avril2012

Desprobléma@quesvariées

Outre laques<onde l’originedesnucléidesdans l’Univers (cf. exposédeFrançoisdeOliveira):

•  Lesconstantesdecouplagedesinterac<onsfondamentalesont‐ellesvariéavecletempsdepuisleBig‐Bang?

•  Comment se forment les étoiles à neutrons et quelle est leurstructureinterne?

•  OùsontproduitslesrayonscosmiquesdebasseénergiedanslaVoielactéeetquelrôlejouent‐ilsdansl’écosystèmegalac<que?

•  Dansquelcontexteastrophysiquelesystèmesolaires’est‐ilformé?•  …


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Cosmologieetphysiquenucléaire

•  Une fois fixée la densité baryonique del’Univers (anisotropies du CMB), lemodèle standard de la nucléosynthèseprimordialen’aplusdeparamètreslibres

•  LesabondancesprimordialesdeD,3Heet4He sont bien reproduitesmais pas cellede7Li(problèmenucléaire?)

➥  Testdenouvellesloisdelaphysique‐Nouvellespar<cules(SUSY,axions…)‐ Modèles alterna<fs de la gravita<on(théoriesdetypetenseur‐scalaire)

‐Varia<ondesconstantesfondamentales(αEM,ΛQCD…)aucoursdutemps


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Testsdelavaria@ondesconstantesfondamentales

• ANRVACOUL(2011–2015,INSU/IAP,INSU/LERMA,IN2P3/CSNSM)


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Lesétoilesetprotoétoilesàneutrons

• De très nombreuses données enondesradioetenrayonsXetγ

•  Rôle de l’équa<on d’état dans leprocessusdeforma<ondesétoilesà neutrons (dureté, excita<onsnucléaires…)


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Pageetal.(2011)

CassiopeiaA Chandra(red,green&blue)Hubble(gold)

•  Effetsnucléairessurlerefroidissementdes étoiles à neutrons (processusd’émission et d’interac<on desneutr inos , cha leur spéc ifique,conduc<vitéthermique…)

Donnéesnucléairesenmilieudense

•  Equa<on d’état de la ma<èredense et chaude (modèlessta<s<quespour lemélangedenoyaux à température finie,ma<èrehadroniqueexo<que…)

•  Propriétés superfluides de lama<ère dense e t f ro ide(=> refroidissement des étoilesà neutrons, propriétés des"glitches")

•  Processusélectro‐faibles(CE,ν)•  Réac<onspycnonucléaires


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Descrip<onthéoriqued’étatsdelama<èrenonreproduc<blesenlaboratoire.Condi<onsextrêmesdedensité,detempératureetd’asymétried’isospin.

AdaptedfromDemorestetal.(2010)

Nucleonic matter

Exotic hadronic matter

Strange-quark matter


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Modélisa@ondel’effondrementstellaire

Blondin&Mezzacappa,Nature2009

ANRSN2NS(2010–2014,Irfu/SAp,IN2P3/IPNO,INSU/LUTH):développementdu1er code français d’effondrement gravita<onnel (3D, rela<vité générale)incluantunemodélisa<ontrèsavancéedel’équa<ond’étatnucléaire• Objec@fs:Caractérisa<on théoriquede lamasse cri<que supérieure de forma<ond’étoiles à neutrons, de leur vitessed’expulsion et du moment ciné<que desétoilesàneutronsetdestrousnoirs•  Propriétés géométriques et asphéricité,comparaison aux observa<ons desupernovae extragalac<ques, prédic<onsde la détec<on d’ondes gravita<onnellesetdeneutrinos…•  2014–2022 : traitement améliorédu transport desneutrinos, effetsdeschampsmagné<quesetdelarota<on

Rayonscosmiquesetastrophysiquenucléaire

•  PropriétésdesRCsgalac<ques(spectre source, transport…) :astrophysiqueetma<èrenoire=> sec<ons efficaces defragmenta<on sur H et HepourE<10GeV/n(=>AMS‐02)

•  Rayons cosmiques de basseénergie (< 1 GeV/nucléon) :nucléosynthèseduLi,BeetB,ionisa<on et chauffage desnuages interstellaires denses= > f o rma<on s t e l l a i r e ,astrochimie


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Fermi‐LAT

ANRCOSMIS(2011–2015,INSU/LERMA,Irfu/SAp,IN2P3/LUPM,IN2P3/CSNSM)

L’astronomiegammanucléaire

• Nucléosynthèse en cours dans laGalaxie (26Al, 44Ti, 56Co, 57Co, 60Fe)=>modèlesstellaires• Origine des positrons galac<ques(radioac<vités β+, binaires X, trounoirsupermassif,ma<èrenoire…)•  Accéléra<on de par<cules auvoisinaged’objetscompacts


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INTEGRAL–511keV Enjeuxpourlefutur:•  Emissions de raies γ des rayonscosmiquesdebasseénergie•  Radioac<vitésdesSNedetypeIaetdesnovaeclassiques•  Cartographie de la Voie lactée à1157keV(44Ti)=>jeunesSNe

AdaptédeBouchetetal.(2010)

Lefuturdel’astronomiegammanucléaire

•  Plusieurs concepts demission ont été proposéspour assurer la successiond’INTEGRAL(2002–≥2014)•  Futurdelamissionfranco‐chinoise SVOM et de sontélescopeX/γ(ΔE=4–250keV) ECLAIRs (Irfu/SAp,INSU/IRAP,APC)?


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CollimatorinTaSi(DSSDs)trackerLaBr3modulesElectronics

•  Projet Télescope Compton(2011 – 2016, APC, CSNSM, Irfu/SAp,IPNO,LAL):développementd’un prototype pour vol ballon(échéancesatellite>2025)

©F.Lebrun

L’astronomieX

•  Supernovaeetrestesdesupernovae‐Composi<onetdynamiquedeséjectaissusdelanucléosynthèseexplosive‐Accéléra<ondiffusiveparondedechocdesrayonscosmiques•  Processusd’explosiondessursautsX(étoilesàneutrons)etdesnovae(nainesblanches)


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Tycho’SNR Chandra

SNejecta Blastwave

• Mécanismes de refroidissement etéqua<on d’état des étoiles à neutrons(détermina<ondelamasseetdurayon)•  Coll isions atomiques des rayonscosmiquesdebasseénergiedansleMIS

ATHENA day February 3rd , 2012, Institut d’Astrophysique de Paris

X-ray spatially resolved spectroscopy: a path to shocked ejecta

Tycho’SNR : an historical SN Ia supernova remnant (SN 1572)

X-ray spectra constrain SN type and

explosion mechanism:

•! delayed detonation favored for Tycho (Badenes et al. 06)

•! normal type Ia confirmed by optical

light echo spectrum (Krause et al. 08)

437 yr

8 arcmin Warren et al. 05

Chandra

XMM-Newton

Optical light echo image and spectrum of SN 1572 compared with spectra of normal extragalactic SNe Ia

Krause et al. 08, nature

Tycho’SNR

Lefuturdel’astronomieX

Deuxprojetsétudiésàl’ESA:•  LOFT (mission de classe M),satellite dédié aux étudestemporel les de sourcesvariables,successeurdeRXTE.Par@cipa@onAPCetIrfu•  A t h e n a ( m i s s i o n L ) ,observatoire X généraliste,successeurdeXMM‐NewtonPar@cipa@onIrfu:‐ Electronique de l’unité dedétec<ondesévènements


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‐Electroniquedelectureducooler‐ Développement de détecteurs microcalorimètres de technologie MIS(Metal‐InsulatorSensor)purementSi

Astro-H SXSATHENA XMS XMM-Newton EPIC pn

0 1000 2000 3000 4000 50000

10

20

30

40

50

Velocity (km/s)

3-D Hydro Simulation Silicon in Tycho-like SNR

Coun

ts/1

00 k

sec

30’’

30’’80’’

30’’

Ferrand et al. (2010)

Si

Si lines @ ~1.8 keV

Laforma@ondusystèmesolaire


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• Originenucléosynthé<quedes isotopes à courte duréede vie (~106 ans ;26Al,41Ca,10Be,60Fe,26Al…)présentsdansledisqueprotoplanétaire

Thor’sHelmet

➥  Contexte astrophysique de forma<on dusystèmesolaire

➥ Chronologie isotopique des premiers solidesàl’originedesplanètes

➥  Spécificitédenotresystèmeplanétaire

Lesmétéoritesetmicrométéorites


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AstéroïdeItokawaMissionHayabusa(2010)

STARDUSTmission(2006)

ROSETTAmission(2014)

Astéroïdes&Comètes,l’informa<onestdanslespe<tscorps

Collecteetconserva@ondesmicrométéorites

Lacollec@onCONCORDIA,micrométéoritespolaires


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2010:Découvertedepar@culescométairesdanslaneigedesrégionscentralesantarc<ques2012‐2017:ProjetMARVIN(CSNSM,AachenUniv.,MPI,…)2012‐2015:plateformedeconserva@ondelacollec@on

Analyseisotopiquedema@èreextraterrestre

Spectrométriedemasseparémissionioniquesecondaire(SIMS)


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ANROGRESSE(2012‐2015,CSNSM,IPNO,MNHN,IAS)U<lisa<on des ions polyatomiques (OD/OH, …) pourl’analysedesD/Hdescomposantesdelama<èrecométaire

MNHNdata

! D = D H( )sample

D H( )SMOW

-1"

#$$

%

&''(1000

Synthèsedesprojets

• 


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• Contribu<onIN2P3+CEA(horspersonnel)totale(10projets):5,84M€

Conclusions

•  Diversifica<ondes grandesques<onsdudomaine et enrichissementconcomitant de disciplines connexes : "Univers haute énergie","Structureetdynamiquenucléaire","Neutrino:masses,oscilla<ons","Ma<èrenoire,énergienoire,cosmologie"…

•  Développementsimultanéd’ou<lsconcernant lathéorie, lesmoyensd’observa<onetlesmesuresenlaboratoire

➥  10projetspour~50chercheursetingénieurs(équivalenttempsplein)

•  Sourcesdefinancementmul<ples (IN2P3etCEApourunpeumoinsdelamoi<é–horspersonnel)

✓  Nécessairerenouvellementdupersonneld’ici2022


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l’astrophysique nucléaire à l’irfu et à l’in2p3 – 2 pare · le processus de formaon des...

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