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Master Project MAC


Program of the meetings https://indico.in2p3.fr/event/MAC


Contact collaboration : MAC-L IN2P3.FR


Description du projet


Le but de ce projet est de fournir des prédictions quantitatives des paramètres clé qui gouvernent l’émission de signaux mesurables émis des objets compacts, sur la base des incertitudes associées à la microphysique subjacente. Trois différentes phénoménologies seront étudiées :
1. L’émission d’OG à partir de binaires d’étoiles à neutrons et les paramètres associés (tidal polarizability, r-modes). Dans ce cas les incertitudes dominantes sont dues à la modélisation de l’EoS, et des possibles transitions de phase de la matière dense.
2. La dynamique du collapse des CCSN et l’estimation du spectre neutrino émis, avec un traitement unifié de l’EoS et de la distribution des noyaux à l’équilibre thermodynamique. Les sources d’incertitude résident alors dans le modèle de masse nucléaire et dans les taux de EC. 
3. Le refroidissement des étoiles à neutrons et la cristallisation de la croûte. Pour ces phénomènes les incertitudes dans la modélisation dérivent à la fois de l’EoS (pour les étoiles isolées ou non-isolées) et des propriétés de surface des noyaux très riches en neutrons.
Au niveau international d’autres efforts similaires existent, mais cette collaboration est la seule à impliquer directement des expérimentateurs en physique nucléaire et à se proposer de susciter des propositions d’expériences en physique nucléaire expérimentale. 




 


Méthode ou plan de développement proposé


Les ingrédients principaux de physique nucléaire qui entrent dans la modélisation sont la fonctionnelle énergétique de la matière homogène, les taux d’EC, le transport des neutrinos et les masses des noyaux très riches en neutrons. Sur la durée de 36 mois du projet nous comptons : (i) développer une description empirique de ces quatre aspects, explicitement contrainte sur des calculs microscopiques de type DFT et EFT chirale, et (ii) en étudier l’influence sur les différents phénomènes astrophysiques. Lors du précédent projet MAC nous avons développé une meta-modélisation de la matière homogène et inhomogène, ainsi qu’une méthode perturbative d’évaluation de la distribution nucléaire. Nous allons maintenant éteindre ces outils théoriques pour inclure différents effets relativistes, la possibilité de transitions de phase à haute densité, la dépendance explicite en température de la fonctionnelle, et le phénomène de cristallisation à basse température. Les propriétés de surface des noyaux riches en neutrons seront étudiées avec des techniques ETF et HFB contraintes sur les données. En ce qui concerne les données nucléaires, les études de sensibilité et les mesures de masse effectués avec MAC nous ont permis d’identifier les noyaux et observables clé intervenant lors de l’effondrement et nous nous proposons d’établir maintenant les mesures expérimentales les plus pertinentes à proposer pour mieux les contraindre. 


Résultats attendus


1) L’extension relativiste du meta-modeling et l’introduction de possibles transitions de phase dans la matière dense vont permettre de compléter notre évaluation des paramètres empiriques les plus importants qui limitent les prédictions théoriques sur les masses et rayons des étoiles à neutrons, ainsi que sur la polarisabilité de marée.
2) L’extension à température finie de la fonctionnelle va permettre, en collaboration directe avec la collaboration VIRGO, de produire des formes d’onde avec incertitudes contrôlées non seulement pour le signal d’OG provenant de la fusion des NS (« inspiral »), mais aussi pour le signal post-merger qui sera détectable avec la nouvelle génération d’interféromètres gravitationnels (ET).
3) Une collaboration avec l’Université de Milano (Pierre Pizzocchero, Marco Antonelli) va permettre de traduire notre estimation Bayesienne du moment d’inertie de la croûte avec incertitudes contrôlées, dans une contrainte quantitative sur la masse des pulsars, sur la base de l’amplitude et la fréquence des « glitch » observés.
4) Nous calculerons pour la première fois, en collaboration avec l’Université de Bruxelles (Nicolas Chamel, Stéphane Goriely), l’évolution de la température de cristallisation des étoiles à neutrons avec des fonctionnelles microscopiques et en prenant en compte la distribution complète des espèces nucléaires à température finie, dans une approche thermodynamiquement cohérent. Ce même projet va nous permettre d’estimer pour la première fois avec une approche microscopique et quantique le coefficient d’impureté qui rentre dans la modélisation du refroidissement des NS isolées.
5) Nous allons travailler sur des propositions d’expérience visées à contraindre le taux de capture électronique des noyaux clé autour du Ni78 que nous avons identifié dans les études de sensitivité lors de la phase d’effondrement de CCSN. 
6) En collaboration avec l’équipe de l’Université de Bruxelles et du Nicolaus Copernicus Astronomical Center (CAMK, Vasovie), des EoS basées sur des fonctionnelles microscopiques seront développées pour les étoiles à neutrons en accrétion. Ces nouveaux modèles seront employés pour l’étude des propriétés microscopiques et macroscopiques de ces étoiles à neutrons.