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.

Des neutrinos sont continuellement produits dans les réactions nucléaires des étoiles, dans les interactions des rayons cosmiques avec le milieu interstellaire ou avec l'atmosphère terrestre, mais aussi dans les réactions nucléaires des réacteurs de production d'électricité et par la radioactivité naturelle comme la désintégration de l'uranium et du thorium dans la croûte terrestre. 
Dans ce dernier cas, on les appelle des "géoneutrinos". Ils sont la seule trace directe de ce qui produit l'énergie interne de notre planète, la radioactivité béta de ses constituants radioactifs. 
Borexino est un gros détecteur de neutrinos constitué d'un réservoir de 280 tonnes de liquide scintillateur, instrumenté par plusieurs milliers de photomultiplicateurs. Les chercheurs de la collaboration internationale qui l'exploite cherchent à détecter toute sorte de neutrinos dont l'énergie est inférieure à 1 MeV, donc principalement des neutrinos solaires. Le détecteur avait été initialement conçu pour détecter les neutrinos monoénergétiques de 862 keV qui sont produits dans la réaction de capture électronique du béryllium-7 dans le coeur du Soleil. Le principe de détection est fondé sur la diffusion élastique des neutrinos électroniques sur les électrons dans le volume du liquide scintillateur ultrapur de la grosse cuve sphérique ou bien, dans le cas d'antineutrinos électroniques, sur la production de positrons et de neutrons après interaction sur des protons. Les électrons de recul ou les positrons et les neutrons vont ensuite déposer leur énergie directement ou indirectement (via des photons gamma) dans le volume détecteur qui va produire une lumière de scintillation caractéristique qui sera détectée par les 2212 photomultiplicateurs.

L'interaction des neutrinos ou antineutrinos de basse énergie est parmi les plus faibles de toutes les interactions des particules connues. Pour détecter ces (anti)neutrinos, on a donc besoin soit d'un grand volume cible (le liquide scintillateur) ou soit de beaucoup de temps, et le mieux est de disposer des deux en même temps... La sphère de liquide scintillateur de Borexino a un diamètre de 13,7 mètres, ce qui offre une bonne quantité d'atomes cibles et il aura fallu près de 12 années d'enregistrement de données (entre 2007 et 2019) pour réussir à attraper une petite cinquantaine de neutrinos provenant du manteau terrestre, issus de l'uranium 238 et du thorium 232 et de leurs descendants radioactifs.

53 neutrinos très exactement, noyés sous un flux bien plus imposant de neutrinos ou d'antineutrinos provenant de nombreux réacteurs nucléaires d'un peu partout sur Terre... (car Borexino les voit très bien). 
A partir de ces 53 neutrinos venant des entrailles de notre planète, les chercheurs de la collaboration internationale peuvent dorénavant exclure avec une confiance de 99% l'idée qu'il n'y aurait pas de radioactivité dans le manteau terrestre.

Ils estiment aussi que la chaleur radiogénique produite par l'uranium et le thorium dans le manteau terrestre vaut 24,6 ± 11 TW (térawatts). En considérant ensuite que le potassium-40 est responsable de 18% de la chaleur produite dans le manteau et connaissant assez bien la chaleur radiogénique produite dans la lithosphère (la croûte terrestre, située au dessus du manteau), et qui vaut 8,1 ± 1,9 TW, les physiciens des particules, transformés en géophysiciens pour l'occasion, en concluent que la chaleur radiogénique totale produite par la Terre vaut 38,2 ± 13 TW , l'équivalent de ce que produiraient 40 000 réacteurs nucléaires...
Selon les physiciens, il y a une probabilité de 85% pour que les désintégrations radioactives produisent plus de la moitié de la chaleur interne de la Terre. L'autre moitié étant la chaleur résiduelle datant de la formation de la planète. Toute cette chaleur est l'énergie qui est responsable des phénomènes telluriques destructeurs comme les volcans et les séismes ou protecteurs comme le champ magnétique (via la présence d'un noyau externe métallique liquide). Il était donc crucial d'en connaître l'origine.


Source

Comprehensive geoneutrino analysis with Borexino
M. Agostini et al (Borexino Collaboration). 2020. 
Phys. Rev. D 101 (21 January 2020)


Illustration

1) Schéma du détecteur Borexino (Collaboration Borexino)

2) Mode de détection des antineutrinos dans Borexino (Collaboration Borexino)

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.



mercredi 15 janvier 2020

Découverte de 4 nouveaux objets inconnus à proximité de Sgr A*


Quatre nouveaux objets inconnus viennent d'être découverts à proximité immédiate de Sgr A*, le trou noir supermassif de notre galaxie. Ces objets semblent du même type que les objets G1 et G2 découverts en 2005 et 2012 : mi-étoile, mi-nuage de gaz et de poussière au comportement étonnant. Une découverte parue dans Nature aujourd'hui.



mardi 14 janvier 2020

Une étoile donne l'âge d'une ancienne collision galactique


L'observation fine d'une seule étoile, nu Indi, a permis la datation d'une très ancienne collision de notre Galaxie avec la galaxie naine satellite Gaia-Enceladus. Une étude parue dans Nature Astronomy.



dimanche 12 janvier 2020

Découverte de 5 pulsars au coeur de Omega Centauri


En 2010, le télescope spatial Fermi-LAT a détecté une source de rayons gamma provenant du centre de l'amas globulaire Omega Centauri. Serait-ce le signe de l'annihilation de particules de matière noire, ou bien l'émission de pulsars, voire la trace d'un trou noir très massif ? La question est restée ouverte pendant de nombreuses années faute de trouver des pulsars dans cet énorme amas. Mais aujourd'hui, c'est chose faite : une équipe internationale publie la découverte de 5 pulsars millisecondes par leur signal radio, dans le cœur de Omega Centauri. Une étude publiée dans The Astrophysical Journal Letters.



jeudi 9 janvier 2020

Mise en évidence de nombreux petits halos de matière noire par lentille gravitationnelle


Le modèle de matière noire "froide" reprend du poil de la bête! Une équipe de chercheurs vient en effet de publier, et présenter un travail remarquable lors du 235ème meeting de l'American Astronomical Society. Ils montrent la présence de nombreux petits halos de matière invisible autour de plusieurs grosses galaxies, grâce à des effets de lentilles gravitationnelles sur des quasars lointains, des petits halos sombres que l'on ne parvenaient pas à trouver. Leur étude est publiée dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.



Les volcans de Io imagés en infra-rouge par Juno


Les premières images infra-rouge exceptionnelles de Io, le satellite très volcanique de Jupiter, qui ont été obtenues par la sonde Juno viennent d'être publiées par une équipe italo-américaine. Une étude à retrouver dans le journal de planétologie Icarus.




mardi 7 janvier 2020

2ème localisation d'une FRB répétitive : dans une galaxie spirale proche


Le mystère des FRB (Fast Radio Burst) s’épaissit encore un peu. Nous parlions la semaine dernière de la découverte d’une nouvelle FRB répétitive montrant des signaux très faibles. Aujourd’hui c’est une autre FRB, à la fois répétitive et localisée précisément qui vient d’être mise en évidence. FRB 180916 se situe dans une région d’une galaxie spirale qui semble tout à fait normale et calme. De plus cette galaxie est relativement proche de nous, ce qui devrait rendre FRB 180916 la source idéale pour cerner l’origine décidément incomprise de ces événements radio étonnants par leur brièveté et leur caractère répétitif, ou non… L’étude est parue dans Nature.



lundi 6 janvier 2020

Détection d'une fusion d'étoiles à neutrons de grande masse


L'événement gravitationnel GW 190425 vient d'être publié par la collaboration LIGO/Virgo, et ce n'est pas n'importe quel événement gravitationnel : il s'agit de la deuxième fusion très très probable de 2 étoiles à neutrons, avec cette fois-ci une masse totale des deux composantes qui est élevée par rapport aux couples d'étoiles à neutrons que l'on connaît classiquement : 3,4 masses solaires. Aucun signal électromagnétique n'a hélas pu être trouvé en coïncidence.



Un couple de trous noirs supermassifs observé de près par ALMA

Une équipe d’astrophysiciens chiliens, états-uniens et européens a obtenu l’image la plus détaillée à ce jour des enveloppes de gaz qui entourent un couple de trous noirs supermassifs dans une galaxie résultant d’une fusion. C’est à nouveau le réseau de radiotélescopes ALMA qui a offert cette superbe observation. Une étude bientôt publiée par The Astrophysical Journal et présentée en avant-première hier au meeting de l'American Astronomical Society à Honolulu.



dimanche 5 janvier 2020

Découverte de 13 trous noirs massifs décentrés dans des galaxies naines


Une population de 48 sources radio compactes dont 13 attribuées à des trous noirs de grande masse vient d'être découverte au sein de 39 galaxies naines. Ces trous noirs de masse intermédiaire ont une particularité : pour la majorité d'entre eux, ils ne se trouvent pas au centre de leur galaxie ... Une étude parue dans The Astrophysical Journal cette semaine.



samedi 4 janvier 2020

Archéologie cosmique avec un amas de galaxies lointain


L’observation d’un amas de galaxies situé 3,3 milliards d’années après le Big Bang a permis à une équipe d’astrophysiciens de mesurer avec précision l’âge des étoiles qui les constituent. Les plus vieilles se seraient formées seulement 370 millions d’années après le Big Bang.



jeudi 2 janvier 2020

Galaxies naines déficientes en matière noire ? Pas si vite !

Souvenez-vous, le 25 novembre dernier je vous avais parlé de la découverte par une équipe d'astronomes chinois de 19 galaxies naines qui semblaient dépourvues de matière noire (voir le numéro 938 ici). Mais aujourd'hui, deux chercheurs espagnol et portugais montrent que les astronomes chinois ont peut-être oublié un élément essentiel : la forme en trois dimensions des galaxies naines, ce qui amène à une conclusion toute différente... Un article paru dans Research Notes of the American Astronomical Society.