dimanche 16 février 2020

Mars, une planète irradiée aussi par les neutrons


Une nouvelle étude s'est intéressée à l'environnement radiatif de Mars, cette fois-ci centrée sur le rayonnement neutronique qui est induit par les interactions des rayons cosmiques galactiques à la surface de la planète rouge. Des neutrons ont été mesurés à la fois au niveau du cratère Gale par Curiosity et en orbite par Mars Odyssey. Le débit d'équivalent de dose induit par ces neutrons secondaires atteint plus de 15 mSv par an, environ 7% du débit de dose total reçu à la surface de Mars, un débit de dose considérable. Une étude publiée dans Planetary and Space Science.

Il y a quelques années, des études visant à quantifier l'impact des rayons cosmiques sur des missions martiennes ont été produites et avaient fait grand bruit, du fait des valeurs très élevées obtenues, nous en avions parlé abondamment il y a quelques années, voir ici et ). Ces études utilisaient des mesures faites par Curiosity (Mars Science Laboratory) alors en route vers Mars avec son détecteur de particules chargées nommé RAD sur les rayons cosmiques galactiques (GCR) et les protons des éruptions solaires (SEP) de haute énergie. 
On se souvient que les débits de dose qui ont été mesurés atteignaient 1800 µSv/jour durant le trajet Terre-Mars puis 600 µSv/jour une fois arrivé sur la surface de Mars, des niveaux environ 500 fois plus élevés que ce nous subissons chaque jour sur Terre du fait de la radioactivité naturelle tellurique et du rayonnement cosmique, et qui auraient pu être encore plus élevés si une éruption solaire était arrivée durant la période de mesure.
Mais il existe aussi une autre contribution au débit de dose à la surface d'une planète à faible atmosphère comme Mars, que n'avait pas complètement mesurée l'instrument RAD de Curiosity : des rayonnements secondaires, comme les neutrons qui sont produits dans la croûte de la planète quand les particules chargées primaires (notamment les GCR) y interagissent. Ces neutrons sont émis dans toutes les directions après des réactions dites de spallation (un neutron est arraché d'un noyau atomique), ils sont donc aussi émis vers le haut et viennent irradier tout ce qui se trouve à la surface de la planète. L'atmosphère de Mars est si ténue que les neutrons qui ont une énergie suffisante peuvent même repartir vers l'espace et être détectés depuis un vaisseau en orbite (qui est donc lui aussi un peu irradié).

C'est en exploitant des données à la fois au niveau de la surface de Mars avec le spectromètre neutronique de Curiosity (l'instrument DAN (Dynamic Albedo of Neutrons) et en orbite avec le détecteur de neutrons de Mars Odyssey (son détecteur HEND : High Energy Neutron Detector), que des chercheurs russes et américains ont estimé le débit d'équivalent de dose qui est produit par ces neutrons provenant du sol après interaction des rayons cosmiques galactiques. 
Maxim Litvak (Institut des Sciences Spatiales de Moscou) et ses collaborateurs ont modélisé, à partir des mesures effectuées, les phénomènes et la géométrie de détection particulière des deux systèmes de détection pour en déduire le spectre en énergie des neutrons. Car la mesure du débit de dose pour les neutrons est très dépendante de l'énergie des neutrons : un neutron de 20 MeV n'a pas du tout le même effet biologique qu'un neutron de 1 eV. Il ne faut donc pas seulement connaître précisément le flux neutronique total mais aussi leur spectre en énergie. 
Le spectromètre neutronique DAN de Curiosity a été développé par les physiciens russes de l'Institut des Sciences Spatiales de Moscou avec pour objectif initial d'identifier la présence de matière hydrogénée dans le sol martien (c'est à dire de l'eau) via son pouvoir de diffusion neutronique, grâce à l'utilisation d'un générateur de neutrons. Les neutrons générés sont envoyés dans le sol puis sont ensuite ralentis et diffusés par l'eau avant d'être détectés une fois ressortis du sol. Il s'agit dans ce cas d'une mesure neutronique dite "active", mais les détecteurs de l'instrument DAN peuvent aussi être utilisés en mesure "passive", sans mettre en route le générateur de neutrons, pour détecter tous les neutrons qui sortent du sol martien naturellement.
L'instrument HEND de Mars Odyssey qui a commencé à cartographier l'émission neutronique de Mars en février 2002 fonctionne sur ce même principe (en passif) avec le même objectif de détecter la présence de matière hydrogénée à distance. Il a fonctionné pendant plus de 15 ans, ce qui a permis d'observer les variations dans le temps de l'albédo neutronique de Mars en fonction de la variation du flux des GCR, qui est intimement lié à l'activité cyclique du Soleil. Le flux des rayons cosmiques galactiques peut varier d'un facteur 2 entre le minimum d'activité solaire (où il est maximal) et le maximum d'activité solaire (où le flux de GCR est minimal). 


DAN et HEND  mesurent des neutrons d'énergie allant du niveau thermique (quelques dizaines de millieV) jusqu'à 10 MeV. Dans le cas de Curiosity, DAN détecte aussi les neutrons parasites qui émanent du générateur isotopique au plutonium qui équipe le rover pour lui fournir son énergie électrique. Ces derniers doivent donc être soigneusement retirés de l'analyse pour ne conserver que les neutrons provenant du sol et issus de réactions nucléaires de spallation par des rayons cosmiques galactiques. 

A partir des deux types de mesures de flux neutronique dans différentes bandes d'énergie, Litvak  et ses collaborateurs parviennent à calculer le débit de dose sur deux périodes différentes : une première en 2012-2013 lorsque le cycle solaire était entre le minimum et le maximum, donnant donc une valeur moyenne du flux de GCR et donc du flux de neutrons, et une autre quelques années avant (2009-2010), lors du minimum solaire du cycle précédent, qui coïncidait avec le maximum de flux de GCR et donc de flux neutronique. 
Les chercheurs russes et américains trouvent des valeurs de débit de dose de 45 ​± ​7 ​μSv/jour sur la surface de Mars lors du minimum d'activité solaire et 27 ± 4 μSv/jour lors d'une activité moyenne. Des estimations de débit de dose neutronique à la surface de Mars avaient été faites dans le passé avec les données de l'instrument RAD de Curiosity, mais ce détecteur n'est sensible qu'aux neutrons de très haute énergie (plus de 10 MeV). Elles donnaient une valeur de l'ordre de 25 μSv/jour au maximum. Litvak et ses collègues expliquent l'augmentation jusqu'à 45 μSv/jour par le fait que l'évaluation précédente avec RAD avait dû extrapoler ce qui se passe pour les neutrons de basse énergie et avait probablement sous-estimé d'un facteur 2 le flux des neutrons de moins de 1 MeV. 

45 µSv/jour, cela représente une contribution non négligeable au débit de dose total qui est mesuré sur la surface de Mars : environ 7% des 600 µSv qui y sont reçus quotidiennement directement par les GCR. Pour comparer, sur Terre, le débit de dose moyen qui est produit à la fois par le rayonnement cosmique (secondaire, des muons pour la plupart) et par la radioactivité naturelle émanant des roches (uranium, thorium et leurs descendants, dont notamment le gaz radon) vaut environ 2,4 µSv/jour. 
Le débit de dose de la composante neutronique seule tel qu'évalué par l'équipe de Maxim Litvak  est équivalent au débit de dose induit par une radio thoracique (et ça ne représente que 7% du total irradiant la surface de Mars...). 
Si des hommes doivent séjourner un jour sur Mars, la seule possibilité qui s'offrira à eux pour se protéger durablement du rayonnement ambiant sera de s'enterrer très profondément dans le sous-sol, là où les rayons cosmiques galactiques sont suffisamment atténués et où les neutrons secondaires sont suffisamment absorbés, probablement à plusieurs dizaines de mètres de profondeur, une belle exploration en perspective...

Source

Mars neutron radiation environment from HEND/Odyssey and DAN/MSL observations
Maxim Litvak et al.
Planetary and Space Science Volume 184 (May 2020)


Illustrations

1) Vue d'artiste de Mars Odyssey (NASA/JPL/Corby Waste)

2) Schéma de la production de rayonnements secondaires (neutrons et gamma) par interaction de rayons cosmiques galactiques dans le sol martien (NASA)

3) Le rover Curiosity montrant son instrument russe DAN (Dynamic Albedo of Neutrons) (NASA)

vendredi 14 février 2020

Découverte de 225 nouvelles radiogalaxies géantes


Les radiogalaxies géantes (GRG) sont des sources d'ondes radio plus grandes que 0,7 Mpc. On en connaissait 350 jusqu'à aujourd'hui, dont la plus vaste, J1420–0545, s'étend sur 4,69 Mpc. Ces sources radio ont en commun de montrer des jets produits par un trou noir supermassif, qui se terminent par des lobes fortement émetteurs d'ondes radio. Un nouveau relevé du ciel radio vient d'être effectué par l'instrument LOFAR (Low-Frequency Array) et mène à la découverte de 225 nouvelles radiogalaxies géantes, en ayant scanné seulement 2% de l'hémisphère nord...



mercredi 12 février 2020

Foison de résultats de Parker Solar Probe


En 1958, Eugene Parker avait démontré qu'une couronne solaire à plusieurs millions de degrés devait nécessairement produire une émission de particules qu'on appelle aujourd'hui le vent solaire. Il ne se doutait certainement pas que soixante ans plus tard, une sonde spatiale irait s'approcher au plus près du Soleil pour étudier ce même vent solaire, et bien d'autres phénomènes. Les premiers résultats de la sonde Parker Solar Probe (PSP) ont été publiés la semaine dernière dans un supplément spécial de The Astrophysical Journal : 52 articles de pointe issus des données enregistrées durant les deux premières orbites de la sonde.



dimanche 9 février 2020

Détection d'une source très probable de neutrinos astrophysiques par IceCube


La collaboration IceCube qui traque les neutrinos en Antarctique vient de publier ses résultats de 10 ans de recherche de sources ponctuelles de neutrinos d'origine astrophysique. Une source ponctuelle d'énergie supérieure à 1 TeV semble se dégager dans l'hémisphère nord, qui coïncide avec une galaxie très active nommée NGC 1068. Une étude publiée dans Physical Review Letters



jeudi 6 février 2020

Analyses de données sur le voyageur interstellaire 2I/Borisov


Le 30 août 2019, une comète pas comme les autres fut découverte, 2I/Borisov avait une orbite bien trop hyperbolique pour provenir (et rester) dans notre système  solaire. C'était donc le second visiteur interstellaire qui passait à proximité du Soleil en l'espace de deux ans (après le premier 1I/'Oumuamua. Aujourd'hui, des observations effectuées avec Hubble ont permis d'obtenir des informations très intéressantes sur cet objet venant d'ailleurs et des analyses de dynamique tentent de trouver l'étoile dont il provient. Deux études publiées dans The Astrophysical Journal Letters et Astronomy&Astrophysics.



mardi 4 février 2020

Solar Orbiter : la nouvelle sonde d'exploration du Soleil


Au moment où les premiers (très nombreux) résultats de la sonde Parker Solar Probe sont publiés dans un supplément spécial de Astrophysical Journal (plus de 50 articles d'un coup consacrés aux seulement deux premières orbites de la sonde sur ses 24 prévus! nous y reviendrons...), c'est une autre sonde d'exploration du Soleil qui va prendre son envol dans quelques jours, lancée par une fusée Atlas V depuis Cap Canaveral :  une sonde conjointe entre les agences spatiales européenne et américaine, Solar Orbiter. Après une série de rebonds autour de Vénus et de la Terre, la sonde aura pour objectif d'étudier le Soleil à l'aide de nombreux instruments, dans une orbite très elliptique et hors écliptique. La mission est présentée cette semaine dans Nature Astronomy.



dimanche 2 février 2020

Observation d'une corrélation non-prédite entre galaxies satellites, masse de bulbe et masse baryonique


Les trois galaxies principales du Groupe Local : la Voie Lactée, Andromède (M31) et Triangulum (M33) montrent une corrélation entre leur nombre de galaxies naines satellites (Nsat) et leur ratio masse de bulbe/masse baryonique totale (noté B/T), un effet observé à partir de 2010. Aujourd'hui, deux chercheurs, à l'observatoire de Paris et à l'Université de Bonn se penchent sur trois autres galaxies situées en dehors du Groupe Local et trouvent la même corrélation. Or, les simulations fondées sur le modèle cosmologique standard ΛCDM ne prédisent aucune corrélation entre Nsat et B/T... Une étude publiée dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.



vendredi 31 janvier 2020

L'effet Lense-Thirring observé autour d'une naine blanche en rotation ultra-rapide


Le phénomène de « frame dragging » (entraînement de référentiel) est un effet prédit par la Relativité Générale lorsqu’une masse en rotation rapide entraîne l’espace-temps avec elle. Une équipe d’astrophysiciens australiens et européens viennent de mettre en évidence cet effet pour la première fois autour d’une étoile naine blanche en rotation très rapide, grâce au signal du pulsar qui lui tourne autour. Une étude publiée cette semaine dans Science.



mercredi 29 janvier 2020

Observation d'un nouveau type d'aurores boréales


Les aurores boréales peuvent prendre des formes diverses, elles apparaissent souvent comme des sortes de rideaux de lumière ondulants de teinte verte, mauve ou rouge. Mais le 7 octobre 2018, des chasseurs d'aurore amateurs ont découvert en Finlande un nouveau type d'aurore qu'ils ont appelé des "dunes". Aujourd'hui des spécialistes, avec l'aide de ces amateurs, parviennent à donner une explication à ces étonnantes aurores. Une étude publiée dans American Geophysical Union Advances



lundi 27 janvier 2020

Une supernova superlumineuse trahie par son fer


SN 2006gy est l'une des supernovas les plus lumineuses jamais observées. Elle fait partie d'une classe de supernovas qu'on appelle des supernovas superlumineuses. Aujourd'hui, des astrophysiciens suédois et japonais viennent de découvrir que derrière cette explosion extrême se cache une simple supernova de type Ia, mais qui aurait explosé à l'intérieur de l'enveloppe d'une étoile géante... Une étude publiée dans Science.



dimanche 26 janvier 2020

Des reconnexions magnétiques proches à l'origine des orages magnétiques sur Terre


Une étude effectuée par une équipe exploitant les données des satellites THEMIS qui étudient les interactions du vent solaire avec la magnétosphère terrestre montre que les orages magnétiques peuvent provenir de beaucoup plus près de la Terre que ce qu'on pensait généralement, de quoi impacter directement de nombreux satellites. Elle est publiée dans Nature Physics.



jeudi 23 janvier 2020

53 géoneutrinos détectés expliquent la chaleur interne de la Terre

Le détecteur de neutrinos Borexino, installé dans le laboratoire souterrain du Gran Sasso en Italie, a réussi à détecter 53 neutrinos provenant de l'intérieur de la Terre sur une période de 3263 jours. Alors que le flux moyen estimé de ces géoneutrinos, quasi indétectables, est de l'ordre de 6 millions par centimètres carrés par seconde à la surface de la Terre... Une étude publiée dans Physical Review D.



mardi 21 janvier 2020

Les caractéristiques d'un trou noir supermassif lointain mesurées avec une précision extrême


Les caractéristiques physiques d'un trou noir supermassif lointain, telles que sa masse et sa rotation viennent d'être mesurées avec une excellente précision grâce au phénomène de réverbération des rayons X qui sont produits très près du trou noir et qui produisent un écho lumineux sur son disque d'accrétion. L'étude est publiée dans Nature Astronomy.



dimanche 19 janvier 2020

Détection de 9 sources de rayons gamma ultra-énergétiques


Neuf sources de rayons gamma ultra-énergétiques viennent d'être découvertes par le multidétecteur Cherenkov HAWC. L'énergie des photons gamma, qui proviennent de notre galaxie, s'étend pour certaines jusqu'à plus de 100 téra-électronvolts (TeV). Une étude publiée dans Physical Review Letters.



vendredi 17 janvier 2020

Il faut 2 étoiles pour faire un sursaut gamma (GRB) de longue durée


Une équipe d'astrophysiciens britanniques et néo-zélandais pense avoir trouvé comment apparaissent les sursauts gamma de longue durée (GRB longs), ceux qui sont associés à des explosions d'étoiles massives. Leur origine serait liée à la grande vitesse de rotation acquise par l'étoile mourante et maintenue grâce à une étoile compagne. Leur étude est publiée dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.