mardi 23 janvier 2018

Une origine commune pour rayons cosmiques, rayons gamma et neutrinos ultra-énergétiques


L'origine des rayons cosmiques les plus énergétiques, ainsi que des rayons gamma et des neutrinos ultra-énergétiques reste aujourd'hui mal cernée. Mais une astrophysicienne chinoise et son collègue japonais, tous deux en postdoc aux Etats-Unis, viennent de trouver un modèle global qui relie ces trois types de particules extrêmes avec les trous noirs supermassifs de noyaux actifs de galaxies situés au centre d'amas denses.

Ce qu'ont réussi à faire Ke Fang (Université du Maryland) et Kohta Murase (Université de Pennsylvanie), c'est de produire un modèle qui arrive à prendre en compte correctement tous les aspects de la propagation des particules depuis le site d'accélération (des galaxies actives) jusqu'à la Terre, en considérant simultanément les rayons cosmiques (des noyaux d'atomes), les photons gamma et les neutrinos.
Rappelons que les noyaux actifs de galaxie sont caractérisés par la présence d'un trou noir supermassif entouré d'un disque d'accrétion. Ces trous noirs peuvent générer des jets de particules où une accélération extrême peut apparaître, propulsée par des champs magnétiques démesurés. C'est donc naturellement qu'ils ont été imaginés comme de bons candidats pour être la source des rayons cosmiques de plus de 1020 eV qui ont été détectés sur Terre. Encore faut-il pouvoir prouver ce lien. Les rayons gamma de plusieurs TeV et les neutrinos de l'ordre du PeV, eux, cherchent aussi à être mieux compris. Il est évidemment tentant d'associer les uns avec les autres. 
Les galaxies à noyau actif sont généralement enfouies au sein de denses amas de galaxies, où le milieu diffère fortement du milieu intergalactique classique de par les champs magnétiques qui y règnent. Ces champs magnétiques peuvent y induire des interactions plus importantes des rayons cosmiques énergétiques. La densité importante de gaz peut elle aussi être à l'origine d'une exacerbation des interactions des rayons cosmiques. 

La première étape de la modélisation de Fang et Murase a consisté à reproduire toutes ces interactions qui peuvent apparaître à l'intérieur des amas de galaxie. Ensuite, ils se sont attaqués à la propagation des particules primaires et secondaires à travers le milieu intergalactique entre les amas de galaxies distants et notre Galaxie, jusqu'à la Terre. Les résultats que les chercheurs obtiennent collent tout à fait avec ce qui a pu être observé sur Terre ou en orbite, à la fois pour les rayons cosmiques (par l'Observatoire Pierre Auger notamment), les photons gamma (par Fermi ou H.E.S.S) et pour les neutrinos (par IceCube). Ils retrouvent non seulement la structure des spectres en énergie mesurés mais aussi la composition des flux observés. Dans leur article qui est publié cette semaine dans Nature Physics, Fang et Murase montrent que la plus grande part des rayons gamma et des neutrinos les plus énergétiques doit provenir d'amas de galaxies denses.


Dans leur meilleur scénario, des particules sont accélérées à proximité immédiate d'un trou noir supermassif, sont propulsées le long du jet de plasma du trou noir et finissent par produire un lobe en créant une onde de choc. Si leur énergie est supérieure à 2 1019 eV, ces particules peuvent traverser entièrement le milieu et poursuivre leur chemin en ligne droite. Mais à un peu plus basse énergie, ces noyaux atomiques vont diffuser dans le gaz, soit sur des protons, soit sur des photons de lumière (notamment infra-rouge) et vont produire dans ces interactions des photons gamma et des neutrinos très énergétiques, qui s'échappent à leur tour de l'amas de galaxies.
Mais ça ne s'arrête pas là : d'après Fang et Murase, une fois qu'ils sont sortis de l'amas de galaxies, les rayons cosmiques ultra-énergétiques sont déviés par les champs magnétiques et interagissent à nouveau, avec le lumière environnante cette fois-ci, pour produire de nouveaux neutrinos et de nouveaux photons gamma.

Cette étude présente ainsi une nouvelle approche pour décrire les données astrophysiques de multi-messagers (rayons cosmiques+photons gamma+neutrinos). Il manque cependant encore quelques raffinements qui pourraient offrir des prédictions sur l'isotropie ou l'anisotropie des rayons cosmiques telle qu'elle a été entrevue récemment par les détecteurs de l'observatoire Pierre Auger. Il faudra pour cela construire des modèles magnétohydrodynamiques en 3D de la structure du champ magnétique de l'Univers à grande échelle. Or, ce type de modélisation n'est aujourd'hui accessible que pour l'Univers Local (c'est à dire à une distance maximale de 100 Mpc (environ 325 millions d'années-lumière)...
En attendant, ou parallèlement, le modèle de Ke Fang et Kohta Murase pourra être testé en cherchant des corrélations entre la direction d'arrivée de neutrinos ultra-énergétiques dans les futurs détecteurs IceCube-Gen2 et KM3Net, et la position dans le ciel d'amas de galaxie connus pour abriter des galaxies à noyau actif.

Source

Linking high-energy cosmic particles by black-hole jets embedded in large-scale structures
Ke Fang & Kohta Murase
Nature Physics (22 janvier 2018)


Illustrations

1) Vue d'artiste d'un trou noir supermassif produisant un jet de particules ultra-relativistes (JPL-CALTECH/NASA)

2) Les télescopes de H.E.S.S dans le désert Namibien qui détectent des rayons gamma énergétiques indirectement par la lumière Cherenkov induite dans l'atmosphère par les particules secondaires qu'ils produisent (collaboration H.E.S.S )

dimanche 21 janvier 2018

GW170817/GRB 170817A : augmentation de l'intensité de la rémanence en rayons X


L'observation de la fusion d'étoiles à neutrons du 17 août 2017 qui a donné lieu à l'événement d'ondes gravitationnelles GW170817 et à la bouffée de rayons gamma GRB 170817A a aussi émis quantités d'ondes radio et de rayons X. Il y a quelques semaines, je vous relatais l'observation d'une augmentation de l'intensité de la rémanence en ondes radio. Aujourd'hui, c'est au tour des rayons X de montrer une augmentation, 109 jours après le cataclysme...




samedi 20 janvier 2018

Le mouvement de Mercure pour sonder les lois physiques fondamentales


Toutes les planètes de notre système solaire sont en train de s'éloigner du Soleil. Pour la Terre, au rythme de 1,5 cm par an. La cause de ce phénomène est que le Soleil perd de la masse, comme des mesures de la sonde MESSENGER autour de Mercure viennent de le démontrer, en même temps qu'elle a vérifié des paramètres physiques fondamentaux.




mercredi 17 janvier 2018

Détection d'un trou noir stellaire dans un amas globulaire par ses effets gravitationnels


On connait moins d'une centaine de trous noirs stellaires sur les 10 millions que doit contenir notre galaxie. Ceux qui ont été trouvés l'ont été indirectement grâce aux émissions de rayons X produites à leur voisinage proche. Aujourd'hui, c'est la première fois que l'on détecte un tel petit trou noir, cette fois-ci directement par ses effets d'attraction gravitationnelle sur le mouvement d'une étoile voisine. 




mardi 16 janvier 2018

Une grosse comète aurait impacté Neptune il y a moins de 1000 ans


Plusieurs indices laissaient penser que Neptune aurait pu subir un ou plusieurs impacts de comète dans un passé récent. Un nouvel indice vient d'être trouvé grâce à des mesures en infra-rouge lointain de la stratosphère de Neptune avec ALMA. Une grosse comète aurait bien impacté Neptune il y a moins de 1000 ans.



samedi 13 janvier 2018

Masse mesurée pour des dizaines de trous noirs supermassifs


Une équipe d'astronomes de la collaboration Sloan Digital Sky Survey (SDSS) vient de rendre publiques de nouvelles mesures de masse de 62 trous noirs supermassifs peuplant des quasars lointains. C'est la première fois que la masse de ce type de trous noirs si éloignés est mesurée directement. 




jeudi 11 janvier 2018

Des galaxies très précoces tournent déjà comme des galaxies matures


La rotation de galaxies situées seulement 800 millions d'années après le Big Bang, c'est ce qu'ont réussi à mesurer une équipe d'astronomes avec le radiotélescope ALMA. Ces mesures montrent de manière surprenante des galaxies en rotation stable, déjà très ressemblantes à celles qui sont observées 2 milliards d'années plus tard.




mercredi 10 janvier 2018

Un grand pas vers la compréhension du phénomène FRB


Les Fast Radio Bursts (FRB), ces émissions radio ultra-rapides (et ultra-mystérieuses), viennent peut-être de fournir enfin la signature indiquant leur nature. Du moins pour ce qui concerne la FRB la plus célèbre, la seule qui s'est répétée plusieurs fois : FRB 121102.




Première cartographie des couches internes d'une naine blanche


Une équipe d'astrophysiciens internationale vient de cartographier pour la première fois la structure interne d'une étoile naine blanche, grâce à une étude fine d'astérosismologie effectuée avec le télescope spatial Kepler. Ils trouvent évidemment des nouveautés par rapport à ce qu'on pouvait attendre...




samedi 6 janvier 2018

Excès d'étoiles très massives dans la nébuleuse de la Tarentule


De trop nombreuses étoiles massives se forment dans la nébuleuse de la Tarentule, l'une des plus vastes régions de formation d'étoiles, aussi appelée 30 Doradus. La distribution des masses mesurées ne colle pas avec le modèle classique, avec beaucoup trop d'étoiles de masse supérieure à 30 masses solaires, et certaines dépassant allègrement 150 masses solaires.




jeudi 4 janvier 2018

Détecter des ondes gravitationnelles en regardant bouger les étoiles


Le passage d'ondes gravitationnelles de basse fréquence, celles produites par la coalescence de trous noirs supermassifs, doit produire de minuscules décalages dans les positions apparentes des étoiles qui nous entourent dans la galaxie, et ces minuscules mouvements seront détectables par le télescope spatial GAIA qui est en cours d'acquisition de données.




mercredi 3 janvier 2018

Les anneaux de Saturne n'auraient que 200 millions d'années

C’est une petite révolution qui a été présentée fin décembre à la conférence de planétologie  de l’American Geophysical Union. Luciano Iess (Université de Rome) et Sascha Kempf  (Université du Colorado) y ont présenté des résultats des derniers passages de Cassini à proximité des anneaux de Saturne. Ils concluent que les anneaux ne seraient âgés que de 200 millions d’années seulement.


mardi 2 janvier 2018

L'évolution de la nébuleuse du Crabe sur 10 ans, un time-lapse exceptionnel


Ce time-lapse est exceptionnel. C'est le résultat d'un travail de 10 ans effectué par l'astronome amateur Detlef Hartmann. Il a photographié la nébuleuse du Crabe chaque année à la même époque (en septembre) entre 2008 et 2017 dans exactement les mêmes conditions d'observation avec son télescope de 440 mm qu'il a construit lui-même. Pour arriver à ce résultat fascinant où l'on peut réellement voir l'expansion et l'agitation du plasma entourant le pulsar qui est tapi au cœur de la nébuleuse, un équivalent de 32 heures d'exposition ont été nécessaires au total.
La nébuleuse du Crabe, aussi répertoriée M1 dans le catalogue de Messier, est le résidu de la supernova observée en 1054 par les astronomes chinois, une des plus anciennes supernovas dont nous ayons une trace écrite. Depuis 964 ans, le résidu de l'explosion s'étend autour de l'étoile à neutron en rotation rapide qu'a produite la supernova. 

En 2005, des astronomes américains avaient tenté le même type d'observation dynamique de la nébuleuse du Crabe avec le télescope Hubble, sur une période de quelques mois seulement, avec un résultat impressionnant mais certainement moins que celui de Detlef Hartmann : 


Vous pouvez retrouver les images de Detlef Hartman sur le site astrobin : 

Une preuve de l'effet de rétroaction des trous noirs supermassifs sur la formation des étoiles


L'idée selon laquelle les trous noirs supermassifs au centre des galaxies émettent, indirectement, suffisamment d'énergie pour éteindre la formation d'étoiles dans leur galaxie en réchauffant le gaz froid et en le dispersant est devenue classique, ce phénomène dit de rétro-action étant devenu incontournable dans toutes les simulations de formation de galaxies. Or ce processus n'avait encore jamais été prouvé par l'observation. Jusqu'à aujourd'hui.




vendredi 29 décembre 2017

En 2018, devenez chercheur citoyen, participez à la traque des météorites


Vigie-Ciel est un programme de recherche participatif, qui est animé par des chercheurs du Muséum National d’Histoire Naturelle, de l’Observatoire de Paris et des universités de Paris Sud et de Grenoble. Il propose à tout un chacun de participer à son niveau à la recherche scientifique sur les petits corps du système solaire que sont les astéroïdes, en se penchant sur leurs variantes qui parviennent jusqu’au sol de la Terre et qu’on appelle les météorites.