École sur les ondes gravitationnelles en provenance d'étoiles à neutrons et leurs connections à la physique nucléaire

emeric bron — 2023-05-08T14:30:01Z

Résumé

Les observations multi-messagers de la fusion de deux étoiles à neutrons ont montré les immenses possibilités de ce genre d'études pour contraindre aussi bien la théorie de la gravité que les modèles de l'interaction forte, à la base de la description de la matière nucléaire. Les projets d'amélioration des détecteurs d'ondes gravitationnelles actuels (par exemple Virgo_nEXT) et ceux de détecteurs de troisième génération (par exemple Einstein Telescope) promettent des progrès importants qui amélioreront notre compréhension de ces deux interactions fondamentales. Celle-ci ne sera possible qu'une fois une modélisation détaillée – combinant la théorie de la gravitation en champ fort, la connaissance de la matière nucléaire à haute densité et température, des techniques de calcul sophistiquées pour les simulations hydrodynamiques, et une analyse de données très poussée – pourra être confrontée avec succès aux données. L'objectif de l'école organisée au Centre Paul Langevin à Aussois (73) du 4 au 9 juin 2023, est de permettre à des (astro-)physicien·ne·s professionnel·le·s (essentiellement niveau doctorat ou post-doctorat) de comprendre ces différents aspects nécessaires pour connecter la détection d'un signal en ondes gravitationnelles, et possiblement une contrepartie électromagnétique ou en neutrinos, avec la modélisation théorique de la source et ainsi la compréhension des propriétés des étoiles à neutrons.

Les récentes détections d'ondes gravitationnelles par le consortium LIGO/Virgo ouvrent la voie à une astronomie gravitationnelle qui a déjà apporté beaucoup d'avancées : la preuve de coalescences de binaires d'étoiles à neutrons comme site de production d'éléments lourds par nucléosynthèse, la découverte de trous noirs dans une gamme de masses inconnue jusque-là, ainsi que des contraintes fortes sur les théories alternatives de la gravitation. L'astronomie multi-messagers initiée par ces découvertes, est un domaine en forte évolution et l'arrivée des détecteurs de troisième génération à l'horizon 2030-2035, tels le projet européen Einstein Telescope et l'américain Cosmic Explorer, promet des progrès importants qui changeront profondément notre compréhension de l'Univers. En particulier, ces nouvelles observations vont conduire à des avancées majeures dans la physique des étoiles à neutrons, aussi bien en ce qui concerne leur structure macroscopique que les propriétés de la matière ultra-dense les composant. À titre d'exemple, il sera possible de déterminer leur rayon avec une précision d'une centaine de mètres. Une compréhension complète des résultats ne sera possible qu'une fois une modélisation détaillée – combinant la théorie de la gravitation en champ fort, la connaissance de la matière nucléaire à haute densité et température, des techniques de calcul sophistiquées pour les simulations hydrodynamiques, et une analyse de données très poussée – pourra être confrontée avec succès aux données.
Ce domaine en pleine émergence nécessite de combiner des compétences large et interdisciplinaires : la physique nucléaire et hadronique théorique, la relativité numérique, l'hydrodynamique et les simulations numériques, la théorie de la gravitation, les méthodes statistiques Bayesiennes, l'astronomie gamma et neutrino… Même si les doctorant·e·s et jeunes chercheur·euse·s typiquement ne développent une compétence poussée que sur un nombre limité (voir un seul) de ces axes, une formation de base sur les aspects connexes est essentielle pour que les jeunes (et les moins jeunes !) aient une vision globale du sujet et puissent proposer de véritables avancées dans le contexte de collaborations interdisciplinaires.

Programme scientifique préliminaire

Les enseignant·e·s de l'école prévu·e·s et les thèmes couverts sont les suivants :
◦ Tito Dal Canton (IJCLab, collaboration Virgo) : Sources d'ondes gravitationnelles et analyse de données (OG) ;
◦ Fiorella Burgio (INFN Catane, Italie) : La matière ultra-dense des étoiles à neutrons et supernovas (Mat) ;
◦ Gabriel Martinez-Pinedo : Les enjeux de l'astronomie multi-messager : la contribution des signaux gamma et neutrino (MultiM) ;
◦ Bruno Giacomazzo (U Milan, Italie) : Simulations numériques de la coalescence de binaires d'étoiles à neutrons (SimuBNS) ;
◦ Pablo Cerda-Duran (U Valence, Espagne) : Simulations de supernovas gravitationnelles et émission en ondes gravitationnelles des proto-étoiles à neutrons (SimuPNS)

Un exposé grand public sera donné par Jérôme Margueron (IP2I Lyon).

Centre de Conférences Jules Janssen

École sur les ondes gravitationnelles en provenance d'étoiles à neutrons et leurs connections à la physique nucléaire