E5 : Observatoire numérique des phénomènes violents d’accrétion en gravité extrême

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  • First GR-HD simulation of a thin disk equilibrium

    GYOTO view of a GR accretion disk

     

     

     

     

    Collaboration entre AIM, APC et LUTh

     

    L’avènement de nouveaux observatoires du rayonnement haute énergie dans les dernières décennies a mis en lumière l’existence de puissants mécanismes d’émission photonique s’étalant sur des gammes d’énergie allant jusqu’aux rayons gamma. Il est maintenant admis que les évènements astronomiques les plus énergétiques soient associés aux objets compacts, reliques d’anciennes étoiles très massives. Ces objets sont en proie aux champs de gravité les plus extrêmes de l’Univers et sont soupçonnés d’être de formidables attracteurs de la matière environnante. L’écoulement du plasma dans le voisinage proche des objets compacts ne peut être décrit que dans le contexte de la magnétohydrodynamique en relativité générale (GRMHD). Les équations régissant la GRMHD sont si complexes que seule une approche numérique à haute performance peut permettre de les résoudre. Le sujet de la présente collaboration est d’établir un groupe de travail dédié au développement de simulations GRMHD des écoulements d’accrétion dans le voisinage des objets compacts et à leur mis en relation avec la production d’observations synthétiques de ces évènements violents, un des thèmes majeurs du LabeX UnivEarths.

     

    Objectifs généraux du projet

    La quête pour dévoiler la nature des objets compacts détectés au centre des galaxies actives, au sein des binaires X ainsi qu’au centre de la Voie Lactée, est à la croisée des chemins entre observations haute résolution à multi longueur d’onde et l’avènement de code numériques GRMHD. Notre projet ambitionne d’exploiter cette opportunité en mettant en place une collaboration à long terme entre les membres de trois équipes impliquées dans le LabeX UnivEarths. Chacune de ces équipes a déjà abordé séparément et sous différents angles cette problématique soit sous la forme d’études analytiques, d’observations ou de simulations numérique haute performance.

    Alors que la communauté astrophysique française est à l’heure actuelle en manque d’un code numérique capable de décrire la dynamique d’un plasma magnétisé en relativité générale, le LabeX UnivEarths bénéficie d’une conjonction unique où des plasmiciens numériques, des observateurs en haute énergie ainsi que des numériciens spécialisés en relativité générale sont présents dans la même structure et possède un long historique de collaborations fructueuses. En joignant nos forces, notre but est de soutenir le développement d’un code numérique GRMHD afin de réaliser des simulations numériques d’accrétion de plasma sur objet compact et d’en tirer des observations synthétiques. Une des innovations de notre code consiste en sa capacité à pouvoir gérer n’importe quel type de métriques relativistes, y compris des métriques alternatives calculées numériquement et décrivant des systèmes complexes non accessibles aux métriques analytiques comme par exemple celles de Schwarzschild ou de Kerr.

  • Les trois équipes en interaction

    Notre équipe, qui aborde un nouveau sujet d’étude reliant les différentes expertises, est composée de personnes habituées à travailler ensemble sur une gamme de sujets aussi variés que les sursauts gamma ou les systèmes protoplanétaires. Dans notre projet, nous prévoyons d’utiliser nos approches distinctes pour aborder la création du premier code numérique GRMHD couplé à un code de tracé de rayons relativiste capable de produire des observations synthétiques des environnements d’objets compacts à partir des simulations GRMHD effectuées.