lundi 11 juin 2018

Des nanoparticules de diamant pour expliquer une anomalie d'émission micro-onde


L'anomalie d'émission micro-onde observée depuis 20 ans autour de certaines étoiles de notre Galaxie serait produite par la présence de nanoparticules de diamant, tournant très vite sur elles-mêmes.




L'origine des anomalies observées dans les fréquences de l'ordre de la dizaine de GHz est restée longtemps un mystère. Les astrophysiciens ont pensé durant un bon moment qu'il pouvait s'agir de molécules hydrocarbonées aromatiques polycycliques, mais en 2016, la répartition de ces dernières s'est avéré ne pas être corrélée avec les sources anormales de micro-ondes détectées. Il faut savoir que les nanoparticules qui possèdent une charge électrique asymétrique et tournant rapidement sur elles-mêmes peuvent émettre un rayonnement de dipôle électrique, justement dans les fréquences micro-ondes de l'excès qui est observé. C'est donc une piste très intéressante à laquelle se sont intéressés Jane Greaves (Université de Cardiff) et ses collaborateurs. Ils ont détecté une émission micro-onde anormale dans trois disques protoplanétaires sur les 14 qu'ils observés en détails grâce à deux radiotélescopes, le Australian Compact Telescope Array (ATCA) et Green Bank Telescope (GBT). 
Or il se trouve que ces trois systèmes sont aussi les seuls connus pour abriter des nanodiamants hydrogénés, des nanoparticules capables d'émettre des micro-ondes lorsqu'elles sont en rotation sur elles-mêmes.
Ces nanocristaux de diamants sont très petits, constitués d'environ quelques centaines d'atomes de carbone qui forment une structure pyramidale, englués dans une nanocouche d'hydrogène.

En faisant des mesures spectroscopiques, les chercheurs parviennent à déterminer que ces nanoparticules se trouvent à proximité immédiate de l'étoile à chaque fois. Ils évaluent à 0,01% la probabilité pour que l’association de l'émission micro-onde anormale observée et la présence de ces nanoparticules de diamant soit une coïncidence fortuite.
En modélisant l'effet de petits cristaux de diamant nanométriques sur la production d'ondes radio micro-ondes comme celles détectées, les astrophysiciens détermine leur taille, qui s'étale entre 0,75 et 1,1 nm.
Pour renforcer leur hypothèse, Jane Grieves et son équipe planifient déjà de détecter des émissions micro-onde anormales et des nanodiamants dans des environnement plus froids que des disques protoplanétaires, où les biais potentiels pourraient être moins importants. Ils pensent à des nuages de gaz et de poussière interstellaires qui parsèment notre Galaxie.
Si l'hypothèse de Grieves et ses collègues est validée, les cartographies des nanodiamants de notre Galaxie qui pourront être produites s'avéreront cruciales pour les spécialistes qui étudient l'Univers par ses rayonnements micro-ondes, le Fond Diffus Cosmologique en premier lieu. L'existence d'anomalies dans le rayonnement micro-onde est en effet néfaste pour étudier les plus petits détails du CMB, mieux vaut savoir précisément où elles sont localisées.

Source 

Anomalous microwave emission from spinning nanodiamonds around stars
J. S. Greaves, A. M. M. Scaife, D. T. Frayer, D. A. Green, B. S. Mason & A. M. S. Smith
Nature Astronomy (11 june 2018)


Illustrations

1) Vue d'artiste de nanoparticules de diamant (Getty Images)

2) le réseau de radiotélescopes ATCA qui a été utilisé dans cette étude (CSIRO)