Academic literature on the topic 'Étoile à neuton'

This report of Commission 35, as in past reports, consists of some details of only a few selected topics. This is necessary because a survey of the entire field of stellar formation, structure, stability, evolution, explosion, and nucleosynthesis for the three year period from mid-1984 to mid-1987 would be excessively long. Our topics here, in order from early to late evolutionary pahses are: Convective Overshooting (N.H. Baker), Mass Loss (I. Appenzeller), Novae (M. Livio), Presupernova Models and SN1987A (K. Nomoto), and Structure of X-Ray Bursting Neutron Stars (M.Y. Fujimoto and D. Sugimoto). In addition, Asteroseismology (H. Shibahashi) is reported briefly as one of the new disciplines now being developed. About two decades ago, Professor Martin Schwarzschild suggested convection, mass loss, and calculation of models through supernova stage as ones of the most important problems to attack. Though great progress has been achieved in these topics, we still have some fundamental questions concerning physical mechanisms involved. This is the reason why these topics are selected for this report.

L’entre-deux nous le rencontrons, c’est l’autre. Pour nous, il fut présent dans les formations-recherches interculturelles des Offices des jeunesses : franco-allemand, germano-polonais, franco-québécois. L’autre, les ennemis ou les alliés ? Ceux d’hier ou les nouveaux, alors, l’Est et l’Ouest. Leur rivalité pour l’espace nous référait à l’entre-deux du cosmos et de l’humain ; le cosmos, repère d’entre-deux. En microphysique, à chaque particule, son antiparticule. Le proton en noyau, les électrons alentour mais aussi le neutron. En cosmologie : rayonnement centrifuge des étoiles ; gravitation centripète jusqu’au trou noir. Le monde du vivant n’est pas en reste. De la cellule à l’être pluricellulaire. De la scissiparité à la reproduction sexuée. Entre-deux du monde végétal et du monde animal ; de l’humain ouvert à l’infini et de l’univers plein. Mais s’ils se sentent vides, les humains tombent dans des absolus qui les opposent parfois jusqu’au meurtre de l’autre. L’antidote : vivre, penser, inventer les entre-deux de l’histoire et des civilisations.

L’entre-deux nous le rencontrons, c’est l’autre. Pour nous, il fut présent dans les formations-recherches interculturelles des Offices des jeunesses : franco-allemand, germano-polonais, franco-québécois. L’autre, les ennemis ou les alliés ? Ceux d’hier ou les nouveaux, alors, l’Est et l’Ouest. Leur rivalité pour l’espace nous référait à l’entre-deux du cosmos et de l’humain ; le cosmos, repère d’entre-deux. En microphysique, à chaque particule, son antiparticule. Le proton en noyau, les électrons alentour mais aussi le neutron. En cosmologie : rayonnement centrifuge des étoiles ; gravitation centripète jusqu’au trou noir. Le monde du vivant n’est pas en reste. De la cellule à l’être pluricellulaire. De la scissiparité à la reproduction sexuée. Entre-deux du monde végétal et du monde animal ; de l’humain ouvert à l’infini et de l’univers plein. Mais s’ils se sentent vides, les humains tombent dans des absolus qui les opposent parfois jusqu’au meurtre de l’autre. L’antidote : vivre, penser, inventer les entre-deux de l’histoire et des civilisations.

Les campagnes d'observation d'Advanced LIGO/Virgo ont révélé la physique complexe des fusions d'étoiles à neutrons binaires (BNS) et de trous noirs binaires. En 2017, la découverte simultanée des ondes gravitationnelles (OG) et des contreparties électromagnétiques (EM) d'une fusion de BNS a offert une vision détaillée de ce phénomène, avec de nombreux résultats en astrophysique, notamment sur la matière ultra-dense. Cependant, depuis lors, aucune nouvelle détection multi-messagers n'a été réalisée. Cela est dû aux défis des alertes rapides des OG, de la réactivité des télescopes et du traitement des données pour identifier les contreparties EM.L'identification des contreparties EM permet des études scientifiques majeures, comme les contraintes sur l'équation d'état des étoiles à neutrons, la mesure du taux d'expansion de l'univers et la nucléosynthèse des éléments lourds lors d'une kilonova. Pour un suivi rapide, il est essentiel de réduire la zone de localisation du ciel. Les sensibilités variées des détecteurs montrent la complexité du suivi des OG, notamment lors des campagnes LIGO/Virgo/KAGRA (LVK). De nombreux signaux d'OG issus de fusions de binaires compactes sont masqués par le bruit des détecteurs et peuvent être détectés si ce bruit est réduit. Pour maximiser les résultats scientifiques des détecteurs d'OG de LVK, il est crucial de diminuer ce bruit, causé par le bruit environnemental, les artefacts instrumentaux et des bruits plus fondamentaux et irréductibles. L'identification d'événements supplémentaires dépend de notre capacité à réduire ce bruit. Le bruit et la sensibilité influencent directement notre capacité à extraire des informations des signaux d'OG.Pour atténuer ces effets, j'ai développé de nouveaux outils et techniques, tout en améliorant plusieurs anciens. Ces outils d'analyse incluent : i) l'amélioration des capacités du Nuclear Multi-messenger Astronomy (NMMA), une bibliothèque Python pour sonder la physique nucléaire et la cosmologie par une analyse multi-messagers ; ii) la mise à jour et la configuration de télescopes comme le Zwicky Transient Facility (ZTF), le Vera C. Rubin Observatory's Legacy Survey of Space and Time (LSST) et l'Ultraviolet Transient Astronomy Satellite (ULTRASAT) au sein du Gravitational-wave Electromagnetic Optimization (gwemopt), un outil de simulation de détection de contrepartie EM, à travers un télescope et des informations sur la carte du ciel de l'événement ; iii) l'injection d'une nouvelle distribution, PBD/GWTC-3, dans Ligo.Skymap pour les scénarios d'observation, définissant toutes les populations de coalescence de binaires compacts ; iv) le développement du NMMA-Skyportal, une pipeline intégrant les alertes du ZTF, l'outil Skyportal, une plate-forme collaborative pour l'astronomie temporelle, et NMMA pour discriminer la nature des courbes de lumière en temps réel.De plus, ce travail fournit des projections aux astronomes intéressés par les données produites par les détecteurs d'OG et des contraintes attendues sur le taux d'expansion de l'univers basées sur les données à venir. Ces résultats sont utiles pour ceux qui analysent les données d'OG et recherchent des contreparties EM aux fusions d'étoiles à neutrons. Enfin, pour répondre à la problématique des "signaux astrophysiques noyés" sous le seuil du bruit, j'ai appliqué l'algorithme DeepClean, un réseau de neurones convolutif unidimensionnel, pour estimer, analyser et soustraire les bruits stationnaires et non-stationnaires dans le détecteur Virgo. Une première pour Virgo. En plus de préserver l'intégrité du signal astrophysique, l'algorithme améliore le rapport signal sur bruit du détecteur
The Advanced LIGO/Virgo observation campaigns have revealed the rich and diverse physics of binary neutron star (BNS) and binary black hole mergers. In 2017, the simultaneous discovery of GWs and electromagnetic (EM) counterparts from a BNS merger provided an exceptionally detailed view of this extreme phenomenon, yielding numerous results in both astrophysics and physics, particularly on the behavior of ultra-dense matter. However, despite enormous efforts, no new multi-messenger detections have been made since. This is due to the formidable observational challenge posed by the rapid and precise alerts of GWs, the immediate reactivity of a network of telescopes, and the online data processing required for the identification of EM counterparts.The identification of EM counterparts enables numerous high-priority scientific studies, such as constraints on the equation of state of neutron stars, the measurement of the universe's expansion rate, and the r-process nucleosynthesis of heavy elements produced during a kilonova. For a rapid follow-up of possible counterparts to these events, we must reduce the sky-localization area where the event occurs. However, the significantly different sensitivities of the detectors demonstrate how challenging gravitational-wave (GW) follow-up can be. This is the case for the fourth (ongoing) and fifth LIGO/Virgo/KAGRA (LVK) observation campaigns. Many GW signals from compact binary mergers are hidden by detector noise and can be detected if the noise is sufficiently reduced. To maximize the scientific outcome of the LVK GW detectors, such as the detectability of pre-merger signals, noise must be significantly reduced. Several factors contribute to this noise, undermining the detector's sensitivity, including environmental noise, instrumental artifacts, and some more fundamental and irreducible noises. The identification of additional sub-threshold events is therefore linked to our ability to reduce noise in the instruments. Noise and sensitivity directly influence our capacity to extract information from GW signals.To mitigate these effects, I initially developed new tools and techniques while also making several improvements to existing ones. These analysis tools include, among others, i) enhancing the capabilities of the Nuclear Multi-messenger Astronomy (NMMA), a Python library for probing nuclear physics and cosmology with multi-messenger analysis; ii) updating and configuring telescopes such as the Zwicky Transient Facility (ZTF), the Vera C. Rubin Observatory's Legacy Survey of Space and Time (LSST), and the Ultraviolet Transient Astronomy Satellite (ULTRASAT) within Gravitational-wave Electromagnetic Optimization (gwemopt), a tool for simulating detections using a telescope and event sky map information; iii) injecting a new distribution, PBD/GWTC-3, into Ligo.Skymap for "observing scenarios". This new distribution can define all populations of compact binary coalescences with a single law; iv) developing NMMA-Skyportal, a pipeline that integrates ZTF alerts, the Skyportal tool, a collaborative platform for time-domain astronomy, and NMMA to discriminate the nature of light curves in real-time.Moreover, this work provides projections for astronomers interested in data produced by GW detectors, as well as expected constraints on the universe's expansion rate based on forthcoming data. These results are useful to those analyzing GW data and those seeking EM counterparts to neutron star mergers. Finally, to address the problem of "astrophysical signals bathing" below the noise threshold, I applied the DeepClean algorithm, a one-dimensional convolutional neural network, to estimate, analyze and subtract stationary and non-stationary noises in the Virgo detector. A first for the Virgo detector. In addition to preserving the integrity of the astrophysical signal, the algorithm improves the detector's signal-to-noise ratio

L'étude du champ électromagnétique autour des étoiles à neutrons est l'une des méthodes vitales pour comprendre la physique des pulsars. Alors que la plupart des publications utilisent l'hypothèse d'un champ électromagnétique dipolaire centré standard, des études récentes se sont concentrées sur l'inclusion de composantes de champ multipolaire plus élevées et ont présenté une image plus générale pour les pulsars dans lesquels le moment du dipôle magnétique est décalé du centre de l'étoile. Ce travail discute des conséquences d'un dipôle magnétique rotatif excentré dans le vide en montrant diverses caractéristiques des lignes de champ magnétique et de l'émission de pulsar. Une étude à large bande du spectre du rayonnement pulsar est également présentée par la création de cartes des différentes régions d'émission des pulsars distinguées sur la base de leur fréquence dans le but principal de rechercher l'évolution du profil d'impulsion avec la fréquence. La thèse présente tous les résultats ci-dessus accompagnés des discussions nécessaires pour comprendre les modèles théoriques utilisés et les détails des méthodes numériques appliquées
Studying the electromagnetic field around neutron stars is one of the vital methods to understand the physics of the pulsars. While major literature uses assumption of a standard centred dipolar electromagnetic field, recent studies have focused on including higher multipolar field components and have presented a more generalized picture for pulsars in which the magnetic dipole moment is shifted off from the centre of the star. This work discusses the consequences of an off centred rotating magnetic dipole in vacuum by showing various characteristic features of magnetic field lines and pulsar emission. A broadband spectrum study of pulsar radiation is also laid out by creating maps of different emission regions of pulsars distinguished on the basis of their frequency with the main aim of looking for the evolution of the pulse profile with frequency. The thesis presents all the above results accompanied by the necessary discussions to understand the theoretical models used and the details of the numerical methods applied

Les étoiles à neutrons ont été largement étudiées depuis que Baade and Zwicky ont postulé leur existence en 1934. Ces études ont été et sont réalisées à l'interface de différents domaines de la physique tels que : l'astrophysique en rayons X, l'observation des pulsars, la relativité générale et plus dernièrement les ondes gravitationnelles, la physique du solide, ainsi que la physique nucléaire. Dans cette thèse nous nous concentrerons sur la description des étoiles à neutrons dans le cadre de la physique nucléaire et précisément de la croûte interne de l'étoile. Ces étoiles sont caractérisées par une masse importante de l'ordre d'une à deux masses solaires dans un rayon de 10 km. Quant à leur structure interne elle peut être décrite en trois strates : la croûte externe, la croûte interne et le cœur. La croûte externe correspond à un réseau cristallin de noyaux atomiques et un gaz d'électrons relativistes. Vient ensuite la croûte interne, définie lorsque les noyaux de la croûte externe sont si riches en neutrons qu'ils les libèrent dans le milieu pour former un gaz. Ici, nous ne parlons plus de noyaux mais d'agrégats car tous les nucléons qui les composent ne sont plus systématiquement liés. Cette structure complexe et sa composition est à l'origine de nombreuses propriétés caractéristiques des étoiles à neutrons.C'est ainsi que nous construirons notre étude en trois parties. Tout d'abord nous commencerons par traiter le gaz de neutrons entourant les agrégats. Le gaz de neutrons que nous considérons uniforme ici est superfluide et devrait donc présenter un mode de Goldstone. Cette description sera effectuée à l'aide de la QRPA. Puis nous en viendrons à la description des agrégats. Dans ces conditions on s'attend à observer des cristaux de sphères, des cylindres et des plaques de matière nucléaire, que nous décrirons grâce à l'approximation ETF. Puis nous terminerons par la description de l'interaction entre les agrégats et le gaz au niveau dynamique, et ce dans le cadre de la théorie hydrodynamique. Ces résultats seront appliqués à l'astrophysique et en particuliers aux glitches
Neutron stars have been extensively studied since Baade and Zwicky have proposed their existence in 1934. Their description is at the interface of numerous domains of physics, e.g., X-ray astrophysics, pulsar signal observation, general relativity and nowadays gravitational waves, solid state physics, and also nuclear physics. In this thesis we will concentrate on the nuclear physics description, especially of the inner crust. These stars are charaterized by their large mass from one to two solar masses, in a radius of 10 km. Their inner structure can be divded in three major layers: the outer crust, the inner crust and the core. The outer crust consists of nuclei coexisting with an electron gas to ensure charge neutrality. If one goes deeper into the crust, the ratio of neutrons with respect to the total nucleon number increases. Eventually, the excess of neutrons in the nuclei gets so high that they drip out from the nuclei and create a dilute neutron gas. From now on, we will speak of nuclear clusters instead of nuclei. This phenomenon defines the limit between the outer crust and the inner crust. This complicated structure and composition is at the origin of many characteristic properties of neutron stars. Hence, we will construct our work in three major parts. First, we start to account for the neutron gas surrounding the clusters, which we treat as uniform. Here, the neutron gas is assumed to be superfluid, and one can expect a Goldstone mode. This description will be done in the framework of QRPA. Second, we will focus on the study of properties of the clusters contained in the inner crust. Under these conditions we expect to see cystal of spheres, rods and plates of bound nucleons, that we will describe with the help of the ETF approximation. Third, we will finish by treating the interaction between the clusters and the gas with hydrodynamics. The results will be applied to astrophysics and in particular to glitches

Cette thèse d'habilitation présente des études numériques d'objets compacts (étoiles à neutrons, étoiles de quarks étranges, trous noirs), principalement considérés comme sources d'ondes gravitationnelles pour les détecteurs VIRGO et LISA.

Les étoiles à neutrons sont parmi les objets les plus extrêmes dans l'univers. Elles sont des étoiles compactes, nées à la suite d'une explosion de supernova gravitationnelle, au point final de l'évolution stellaire. Le champ gravitationnel y est très fort, et la matière à l'intérieur atteint des densités extrêmement élevées. Elles sont donc des "laboratoires" prometteurs, non seulement pour tester le régime de champ fort en relativité générale, mais aussi pour en apprendre davantage sur la physique nucléaire à haute densité, qui actuellement ne peut pas être reproduit avec des expériences terrestres. Ainsi, les étoiles à neutrons nous permettent d'adresser des questions telles que l'existence éventuelle de particules autres que nucléons à haute-densité. À cause de la naissance violente de ces objets, les étoiles à neutrons très jeunes, que l'on appelle proto-étoiles à neutrons, sont également très chaudes, et souvent en rotation différentielle rapide. Dans cette thèse nous avons pour but de développer un modèle stationnaire d'une telle proto-étoile à neutrons.Ainsi, nous présentons une nouvelle méthode pour calculer numériquement les équations d'équilibre d'un fluide parfait relativiste, axisymétrique et stationnaire, en rotation différentielle et à température finie, valable pour une équation d'état réaliste. Nous présentons en détail le code (accessible au public) développé. Nous avons appliqué ce code avec des nouvelles équations d'état réalistes à température finie, basée sur une théorie relativiste du champ moyen, en incluant tous les degrés de liberté hyperoniques. Nous avons calculé des modèles relativistes stationnaires de proto-étoiles à neutrons en rotation différentielle rapide. Nous allons discuter les applications de nos modèles pour explorer plus en détail la physique de ces objets
Neutron stars are among the most extreme objects in the universe. They are compact stars born as the aftermath of a core-collapse supernova explosion, at the endpoint of stellar evolution, with a strong gravitational field, and extremely high densities. They are therefore promising 'laboratories', not only to test the strong-field regime of general relativity, but also to learn about nuclear physics in the high density regime, which presently is not accessible in earth based experiments. This allows to address questions such as the possible existence of particles other than nucleons at high-densities. As a consequence of the violent birth of these objects, new-born (proto-)neutron stars are extremely hot and, in general, rapidly rotating, which raises interesting problems in the task of developing a stationary model of such objects.In this thesis, we present a new self-consistent method to numerically compute the equilibrium equations of stationary axisymmetric relativistic (differentially) rotating perfect fluids at finite temperature, with a realistic equation of state. We introduce in detail the (publicly available) code in which we implemented the described numerical scheme. We use newly developed realistic equations of state with finite temperature, which are based on density dependent relativistic mean field theory, and in which all hyperonic degrees of freedom are included, to compute realistic stationary relativistic models of rapidly differentially rotating proto-neutron stars. We discuss future applications of our code for further exploring the physics of proto-neutron stars

Ce travail traite des aspects macroscopiques et microscopiques de l'écorce interne d'une étoile à neutrons, formée d'un solide de noyaux plongé dans un superfluide de neutrons. Une première partie expose une formulation quadridimensionnelle covariante de l'hydrodynamique non relativiste d'un mélange de fluides parfaits, basée sur un principe variationnel convectif. Ce formalisme est appliqué à la description de l'écorce, comme un mélange de deux fluides, un superfluide de neutrons et un plasma de noyaux et d'électrons, couplés par un entraînement non dissipatif. La seconde partie est dédiée à l'étude microscopique de cet entraînement.
Appliquant des méthodes de champ moyen au-delà de l'approximation de Wigner-Seitz, nous montrons que cet entraînement résulte de la diffraction de Bragg des neutrons libres sur les noyaux. Celle-ci se traduit par une masse de neutron effective "mésoscopique", qui, contrairement à la masse effective "microscopique", est très grande devant la masse "nue", dans les couches intermédiaires.

Les étoiles à neutrons sont le résidu d'étoiles massives et sont formées lors de la supernova qui marque la fin de leur vie. Avec un rayon d'une dizaine de kilomètres pour une masse de une à deux fois celle du Soleil, elles sont des corps très denses et relativistes, supportés par l'interaction forte. Cette thèse traite de la modélisation théorique de trois aspects de la dynamique et de l'évolution des étoiles à neutrons : l'évolution thermique des étoiles à neutrons isolés et de celles accrétant de la matière d'une étoile compagnon, l'influence des propriétés élastiques de leurs parties solides sur la rotation des étoiles à neutrons accrétantes. La confrontation avec les observations permet de sonder les propriétés de la matière à hautes densité
Neutron stars are the remnant of massive stars and are created during the core-collapse supernova that marks the end of their life. With a radius of a tenth of kilometers for a mass of one to two times the one of the Sun, they are very dense and relativistic objects sustained by the strong interaction. This thesis deals with the theoretical modeling of three aspects of the evolution and dynamics of neutron stars : the thermal evolution of isolated neutron stars and neutron stars accreting matter from a companion star, the influence of the elastic properties of their solid parts on the rotation of isolated neutron stars and the rotational evolution of accreting neutron stars. The confrontation with the observations enables to probe the properties of dense matter

The main objective of the thesis is to study the properties of the Galactic population of radio-quiet and thermally emitting isolated neutron stars (INSs). This is done by studying further the existing neutron star sample of nearby seven sources, known as the “Magnificent Seven” (M7), as well as by searching for new candidates and constraining possible populations. During the thesis, we investigated the proper motions of three of the faintest M7 in X-rays with the satellite Chandra. This work allowed us to constrain the neutron star displacement in two cases as well as to accurately determine the high proper motion of a third source, for the first time in X-rays with a significance approaching 10 standard deviations (Motch, Pires, Haberl, & Schwope, 2007, Ap&SS, 308, 217; Motch, Pires, Haberl, Schwope, & Zavlin, 2009, A&A 497, 423). The search of new INS candidates in the serendipitous catalogue of the XMM-Newton Observatory, with more than 120; 000 X-ray sources, had as well the aim to constrain the spatial density of thermally emitting sources located beyond the solar vicinity. This work allowed the long awaited discovery of a new thermally emitting INS with properties similar to those of the seven nearby sources discovered by ROSAT (Pires, Motch, Turolla, Treves, & Popov, 2009, A&A 498, 233). Moreover, deep optical observations with SOAR and the ESO-VLT have been obtained during the thesis work in order to optically identify a handful of INS candidates that have been selected among more than 72; 000 sources (Pires, Motch, & Janot-Pacheco, 2009, A&A, 504, 185). Finally, population synthesis of Galactic thermally emitting INSs allows constraining the global properties of this population based on the whole sample of XMM-Newton observations. By estimating the density of similar sources at more remote distances in the Milky Way, the final objective is to determine whether the spatial density derived from the group of seven nearby sources is a local anomaly caused by the Sun’s current location near regions of active stellar formation of the Gould Belt
La présente thèse de doctorat porte sur la population d'étoiles a neutrons isolées thermiques dénuées d'émission radio dans la Galaxie. Les mouvements propres de trois étoiles à neutrons ont été étudiés avec le satellite Chandra. Ce travail a permis de contraindre le déplacement dans deux cas et a mis en évidence pour la première fois dans le domaine des rayons X le mouvement propre d'une troisième source (Motch, Pires et al. 2007, Ap&SS, 308, 217; Motch, Pires el al. 2009, A&A 497, 423). La recherche de nouveaux candidats dans le catalogue du satellite XMM~Newton, avec plus de 120 mille sources, a eu également comme but de contraindre la densité spatiale des sources X thermiques situées à grandes distances. Ce travail a mené a la découverte très attendue d'une nouvelle étoile à neutrons isolée (Pires, Motch et al. 2009, A&A 498, 233). En outre, des observations optiques profondes ont été utilisées pour identifier l'échantillon des candidats qui ont été sélectionnées parmi plus de 72 milles sources (Pires, Motch and Janot-Pacheco, 2009, A&A, 504, 185). Finalement, le travail de modélisation permet de contraindre les propriétés globales de cette population a partir du relevé constitue par l'ensemble des observations failes par XMM-Newton. Ce travail a pour but de déterminer si la densité spatiale déduite du groupe de sept étoiles connues est une anomalie causée par notre position actuelle proche des zones actives de formation d'étoiles de la ceinture de Gould en estimant la densité des sources similaires dans la Voie Lactée à plus grande distance
O objetivo da tese é estudar as propriedades da população Galáctica de estrelas de nêutrons isoladas com emissão térmica em raios X mas silenciosas em rádio. Isto é feito investigando-se a amostra existente de sete fontes próximas, conhecidas como “Magnificent Seven” (M7), assim como através da procura por novos candidatos e restringindo possíveis cenários e populações. Durante a tese, nós investigamos os movimentos próprios de três das mais fracas fontes em raios X com o satélite Chandra. Este trabalho nos permitiu restringir o deslocamento da estrela de nêutrons em dois casos assim como medir com grande precisão o alto valor de movimento próprio de uma terceira fonte, pela primeira vez em raios X com uma significância alcançando 10 desvios-padrão (Motch, Pires, Haberl, & Schwope, 2007, Ap&SS, 308, 217; Motch, Pires, Haberl, Schwope, & Zavlin, 2009, A&A 497, 423). A procura por novos candidatos a estrelas de nêutrons isoladas no catálogo de fontes do satélite XMM-Newton, com mais de 120; 000 fontes de raios X, teve igualmente como objetivo restringir a densidade espacial de fontes com emissão térmica situadas além da vizinhança solar. Este trabalho levou à aguardada descoberta de uma nova estrela de nêutrons isolada em processo de resfriamento, a qual exibe propriedades similares às sete fontes descobertas pelo ROSAT (Pires, Motch, Turolla, Treves, & Popov, 2009, A&A 498, 233). Mais ainda, observações óticas profundas com os telescópios SOAR e ESO-VLT foram obtidas durante a tese de maneira a identificar no óptico a amostra mais brilhante de candidatos a estrelas de nêutrons, os quais foram selecionados entre mais de 72; 000 fontes (Pires, Motch, & Janot-Pacheco, 2009, A&A, 504, 185). Finalmente, a síntese de população de estrelas de nêutrons isoladas Galácticas permite restringir as propriedades globais da população com base na amostra total de observações em raios X realizadas com o satélite XMM-Newton. Estimando-se a densidade de fontes similares a maiores distânciasna Via Láctea, o objetivo final é determinar se a densidade espacial derivada do grupo de sete estrelas próximas corresponde a uma anomalia local causada pela proximidade do Sol em relação a regiões de ativa formação estelar do Cinturão de Gould

Les pulsars sont des étoiles à neutron hautement magnétisées en rotation rapide produisant un rayonnement pulsé. Cette thèse est dédiée à leur magnétosphère, c'est à dire la zone proche de l'étoile à neutron, remplie d'un plasma entraîné par la rotation rapide de celle-ci. Il a été montré dès 1969 que la magnétosphère doit avoir des zones très peu denses arborant des champs électriques intenses capables d'accélérer le plasma raréfié de ces régions à des énergies très élevée le long du champ magnétique. La courbure des lignes de champ, couplé avec la rotation d'une particule autour du champ, cause un rayonnement dit de « synchro-courbure ». L'énergie est rayonnée essentiellement en photons gamma (g). Ces photons peuvent ensuite être convertis par interaction quantique photon γ-champ magnétique ou γ-γ en une paire électron-positron e+e- dont chaque composante rayonne à son tour, résultant en une cascade qui alimente la magnétosphère en plasma. Cette thèse traite particulièrement de deux phénomènes clefs de ces cascades : le rayonnement de synchro-courbure et la création de paires par interaction γγ.La théorie quantique du rayonnement de synchro-courbure est développée pour la première fois à partir des principes de base de l'électrodynamique quantique. Les paramètres compatibles avec les approximations du calcul correspondent à une large gamme de conditions physiques typiques des magnétosphères de pulsars. Les transitions quantiques sont considérées dans l'approximation continue lorsqu'elles impliquent un saut de l'impulsion de la particule dans la direction parallèle au champ, et discrète dans la direction perpendiculaire. Il en résulte un spectre tendant asymptotiquement vers les descriptions classiques des rayonnement de courbure et de synchro-courbure mais présentant des déviations très importantes lorsque les transitions discrètes dominent le rayonnement.L’interaction γγ→e+e- a été étudiée dans le cas où un gamma réagit sur un fond de photons de basse énergie. Ce mécanisme est considéré comme potentiellement important lorsque le champ magnétique n'est pas assez fort pour produire des paires par le mécanisme γ-champ magnétique. Tout indique que le fond est anisotrope, c'est pourquoi nous avons développé un formalisme permettant de prendre en compte arbitrairement les anisotropies et de produire les spectres des particules produites. Appliqué à un modèle simple d'étoile rayonnant thermiquement en X, il en résulte une dépendance forte du taux de réaction sur la direction du photon gamma.Cette thèse comprend également un modèle de chronométrage du pulsar milliseconde dans un système triple J0337+1715. Ce pulsar orbite avec deux étoiles naines blanches dont les interactions mutuelles ne sont pas négligeables. Une intégration numérique, à l'ordre newtonien et post-newtonien, a été développée pour déterminer les orbites. Un modèle complet incluant le calcul des retards du système du pulsars au télescope a été réalisé. Le modèle s'ajuste aux données de chronométrage provenant du radiotélescope de Nançay avec des résidus d'écart-type inférieur à 2 µs. Un tel système permet en principe le test du principe d'équivalence fort gravitationnel par une technique similaire à celle employée lors des expériences de laser-lune, mais avec une précision sans précédent en régime de champ fort. Ce test requiert une évaluation rigoureuse des incertitudes sur chaque paramètre, échantillonnées grâce à un code MCMC. La validation du code et l'évaluation des incertitudes sont en cours
Pulsars are highly magnetized fast rotating neutron stars producing a pulsed radiation. This thesis is dedicated to their magnetosphere, namely the zone surrounding the star and filled with a plasma dragged by the rotation of the star. It was shown as soon as 1969 that the magnetosphere must have vacuum gaps, where intense electric fields develop that are capable of accelerating the rarefied plasma to very high energies along the magnetic field. The curvature of the field lines, together with the rotation around the magnetic field, results in the so-called « synchrocurvature » radiation. The energy is mostly radiated in gamma photons (γ). These photons may then be converted by the quantum processes γ photon-magnetic field or γ-γ in an electron-positron pair e+e-, each component of which then radiates at its turn which results in a cascade that provides plasma to the magnetosphere. This thesis particularly deals with two key phenomena of these cascades : synchrocurvature radiation and γγ pairs.The quantum theory of synchrocurvature radiation is developed for the first time from the first principles of quantum electrodynamics. The range of parameters compatible with the approximations of the derivation covers a wide range of physical conditions typical of pulsar magnetospheres. Quantum transitions are considered in the continuous limit when they imply a jump of the particle impulsion parallel to the magnetic field, and discrete when the jump is in the perpendicular direction. It results in a spectrum that asymptotically tends to the classical descriptions of curvature and synchrocurvature radiations but that presents very important deviations when the discrete transitions dominate the radiation.The γγ→e+e- process was studied in the case of the reaction of a gamma photon on a soft photon background. This mechanism is considered as potentially important when the magnetic field is nopt strong enough for the γ-magnetic field process to efficiently produce pairs. The soft background is most likely anisotropic, and that is why we developed a formalism allowing to arbitrarily take into account anisotropies, as well as produce the spectra of the outgoing particles so as to be able to feed the subsequent cascade consistently. Applied to a simple model of a star radiating thermal X rays, it results in a strong dependence of the reaction rate on the direction of the gamma photon.This thesis also includes a timing model of the millisecond pulsar in a triple system J0337+1715. This pulsar orbits with two white-dwarf stars, and their mutual interactions are not negligible. It follows that a numerical integration of the orbits was developed at Newtonian and first post-Newtonian orders. A complete model including the computation of delays from the star to the telescope was realized. This model is able to fit the timing data from the Nançay (France) radiotelecope with a standard deviation of less than 2µs. In principle, such a system allows to test the strong equivalence principle by a technique similar to that employed in Lunar-laser-ranging experiments, but with an unprecedented accuracy in the strong-field regime. This test demands a careful estimate of the uncertainties on each parameter, which we sample using a MCMC code. The validation of the code and the evaluation of the uncertainties are ongoing

Un des principaux axe de recherche en physique nucleaire est l'etude des noyaux dans des conditions extremes en spin et isospin. Les outils les plus performants pour des predictions theoriques dans ce domaine sont les methodes microscopiques de type champ moyen, parmi lesquelles la methode hartree-fock basee sur l'approximation de particules independantes. L'ingredient fondamental de ce type d'approche theorique est l'interaction nucleon-nucleon effective representant la force nucleon-nucleon dans le noyau. La tendance actuelle etant d'etudier des noyaux toujours plus loin de la vallee de stabilite, il est necessaire de remettre en cause la validite des differentes interactions effectives utilisees jusqu'a present. Ce travail constitue une etude sur le moyen de construire une nouvelle interaction effective de type skyrme permettant d'effectuer des predictions theoriques sur les proprietes des noyaux loin de la vallee de stabilite. Il s'agit alors de realiser une etude complete de la matiere nucleaire infinie, symetrique et asymetrique jusqu'a la matiere composee exclusivement de neutrons. On montre dans ce cadre que le coefficient d'asymetrie, considere jusqu'alors comme la grandeur permettant de fixer les proprietes d'isospin d'une force effective, ne suffit pas pour decrire correctement des etats tres exotiques en isospin. Un nouveau type de contrainte est presente pour mieux explorer ce degre de liberte: l'equation d'etat de la matiere de neutrons. Il s'agit d'inclure dans la construction de la force effective cette equation d'etat, tiree d'un modele theorique pour lequel la description des rayons et masses des etoiles a neutrons est en bon accord avec les observations experimentales. On peut ainsi esperer construire des interactions de skyrme donnant des proprietes realistes des etats fondamentaux des noyaux tres riches en neutrons

Ce chapitre présente la formation et la description dans le cadre de la relativité générale des objets compacts, les naines blanches, les étoiles à neutrons et les trous noirs. Il présente également les caractéristiques observationnelles de ces objets. Il aborde aussi les manifestations différentes quand ces objets se trouvent dans un système binaire.