Arno Vanthieghem, Young Starting Grant 2025 : Comprendre les phénomènes les plus extrêmes de l’Univers
Chercheur à l’Observatoire de Paris – PSL, Arno Vanthieghem travaille en astrophysique des hautes énergies sur les phénomènes les plus extrêmes de l’Univers. Son projet, soutenu par un PSL Young Researcher Starting Grant, vise à comprendre l’origine des sursauts radio rapides et à relier leur observation à la physique fondamentale des plasmas relativistes.
Les appel à projets Young Starting Grants s’adressent aux jeunes chercheuses et chercheurs prochainement ou récemment recruté.e.s à l’Université PSL, et offre un financement de 150k€ maximum, destiné à leur permettre de démarrer leurs projets scientifiques et à faciliter un dépôt de projet à l'ERC.
Pouvez-vous vous présenter ?
Je suis chercheur CNRS depuis janvier 2024, rattaché à l’Observatoire de Paris – PSL au sein du Laboratoire d’Étude de l’Univers et des Phénomènes Extrêmes (LUX, Sorbonne Université | Université PSL). Mes travaux s’inscrivent dans le domaine de l’astrophysique des hautes énergies et de la physique des plasmas, avec un intérêt particulier pour les plasmas relativistes et les phénomènes extrêmes associés (ondes de choc, instabilités, rayonnement, etc.).
Mes recherches reposent sur une approche multi-échelle combinant modélisation analytique, simulations numériques intensives et astrophysique de laboratoire. Elles visent à établir un lien direct entre la microphysique des plasmas et les signatures observables des phénomènes astrophysiques extrêmes.
Votre projet en quelques mots
Mon projet vise à comprendre l’origine de l’un des phénomènes les plus extrêmes de l’Univers : les sursauts radio rapides. Ces flashs d’ondes radio, d’une durée de l’ordre de la milliseconde et détectés pour la première fois en 2007, proviennent majoritairement de l’extérieur de notre Galaxie. On en compte aujourd’hui plus d’un millier. Ces signaux, particulièrement lumineux, présentent un large éventail de propriétés inédites, encore difficiles à interpréter.
Bien que plusieurs origines distinctes soient envisageables, des indices suggèrent qu’une partie de ces sursauts est associée à des magnétars, des étoiles à neutrons possédant des champs magnétiques extrêmement intenses (~ 10¹⁵ G). Comprendre les mécanismes à l’origine de ces émissions requiert donc de modéliser des processus d’émission cohérente impliquant des particules chargées, formant un plasma composé d’électrons, de positrons et d’ions, évoluant dans des champs magnétiques extrêmes.
Ce projet se situe ainsi à l’interface entre l’astrophysique des hautes énergies et la physique des plasmas. Il repose sur le développement conjoint de nouvelles approches analytiques et de méthodes de calcul haute performance, destinées à résoudre la dynamique non linéaire de ces systèmes.
Pourquoi cette question de recherche est importante aujourd’hui
Avec l’avènement de l’astronomie multi-messager et des observatoires de nouvelle génération, nous observons une riche diversité de phénomènes astrophysiques extrêmes (supernovæ, sursauts radio rapides, ou encore émissions associées aux fusions d’étoiles à neutrons) qui témoignent de l’accélération de particules aux très hautes énergies et de processus radiatifs qui en découlent. Pour interpréter ces données de manière fiable, il est indispensable de comprendre la physique des plasmas à l’origine de ces signaux, une physique encore largement mal comprise. Mon travail vise à établir un lien direct entre les observations et des modèles physiques fondamentaux.
Ce que le financement change pour votre recherche ? Que vous permet concrètement le grant pour mener votre projet ?
Le PSL Young Researcher Starting Grant m’offre une liberté scientifique importante pour structurer un programme de recherche sur plusieurs années. Il présente deux atouts majeurs. D’une part, il constitue un tremplin essentiel vers des financements plus conséquents, tels que les projets ANR ou les bourses ERC. D’autre part, ce soutien financier me permet d’assurer le financement d’une thèse doctorale ainsi que de plusieurs stages de master et donc de permettre la formation de jeunes chercheuses et chercheurs au cœur de cette nouvelle thématique.
Pourquoi avoir choisi PSL pour développer votre recherche ?
PSL offre un environnement scientifique exceptionnel, tant par la qualité que par la diversité thématique de ses laboratoires. Au sein de l’Observatoire de Paris et du Laboratoire d’Étude de l’Univers et des Phénomènes Extrêmes (LUX), j’ai la chance d’évoluer dans un environnement réunissant des chercheuses et chercheurs travaillant à l’interface entre observations, modélisation théorique, simulations numériques de pointe et astrophysique de laboratoire, dont l’expertise est essentielle au développement de mon projet.
Les prochaines étapes
En s’appuyant sur l’élan donné par ce financement, les prochaines étapes consisteront à candidater aux différents appels européens et nationaux afin de renforcer l’équipe de recherche. De tels financements permettront le développement durable de projets de plus grande ampleur, ainsi que la conception d’outils numériques de pointe et de libre accès utiles à l’ensemble de notre communauté scientifique.