samedi 24 octobre 2020

L'impact atmosphérique des volcans de Io mesuré avec ALMA


Le grand réseau de radiotélescopes ALMA n'est pas utilisé seulement pour étudier les galaxies les plus lointaines que l'on connaisse, les systèmes planétaires en formation dans notre galaxie où le disque d'accrétion du trou noir central, il peut aussi être exploité pour étudier des objets du système solaire comme des satellites de Jupiter. Une étude inédite de ce type s'est intéressée aux gaz émanant des nombreux volcans de Io, satellite de Jupiter unique en son genre du fait de son activité volcanique incessante. Une étude acceptée pour publication dans Planetary Science Journal.

Io est le satellite le plus volcanique que nous connaissons, avec ces 400 volcans actifs dont l'énergie provient de la chaleur interne générée par les intenses effets de marée dont Jupiter est responsable. Ce sont ces volcans qui sont à l'origine de la couleur jaune-orangée de la surface de Io, la couleur du soufre. Même si elle est extrêmement fine (1 milliard de fois plus mince que la notre, Io possède une atmosphère, que l'on pense dominée par le dioxyde de soufre craché par les volcans.

Imke De Pater (Université de Californie; Berkeley) et ses collaborateurs ont eu l'idée d'étudier la nature de cette atmosphère grâce aux émissions millimétriques des composés chimiques qui peuvent s'y trouver. ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) était l'instrument de choix pour cette étude, fournissant à la fois la résolution spectrale nécessaire (émissions autour de 0,88 mm de longueur d'onde : 5 raies du SO2, et 2 raies du SO) et la résolution spatiale indispensable pour scruter des régions particulières de petit satellite jovien. Les processus qui gouvernent la dynamique de l'atmosphère de Io sont encore très mal connus, le gaz est-il directement émis par les volcans ou bien de l'oxyde de soufre glacé est-il sublimé sur la face éclairée de Io ? 
Pour étudier la composition de la fine atmosphère de Io, De Pater et ses collaborateurs ont produit des images du petit satellite lorsque celui-ci entrait ou sortait de l'ombre de Jupiter. En effet, lorsque Io se retrouve dans l'ombre de la géante, et donc en dehors de la lumière directe du Soleil, il devient trop froid pour que le dioxyde de soufre reste sous forme gazeuse, il doit se condenser sur la surface. On peut donc alors voir dans cette configuration uniquement le dioxyde de soufre émanant des volcans en activité. Les chercheurs peuvent ainsi en déduire la part de SO2 de l'atmosphère de Io qui provient de l'activité volcanique.
Pour la première fois, les chercheurs peuvent aussi voir directement des panaches de dioxyde de soufre sortant des volcans de Io, grâce à l'excellente résolution spatiale de ALMA. Ils parviennent à déterminer que les volcans produisent entre 30 et 50% de toute l'atmosphère du satellite. En suivant l'augmentation ou la décroissance de la présence des oxydes de soufre gazeux lorsque Io entre respectivement dans la lumière ou dans l'ombre, De Pater et ses collaborateurs montrent que le monoxyde de soufre est toujours décalé dans le temps par rapport au dioxyde de soufre. Cela donne une indication claire sur l'origine de ce monoxyde de soufre (SO) : il est produit par l'action de la lumière sur la molécule de SO2 par réaction de photolyse, selon les chercheurs, puis est détruit lorsqu'arrive l'ombre, via des réactions avec la surface du satellite, et le cycle recommence à chaque éclipse.

Et les images de ALMA montrent aussi la présence d'un troisième gaz, qui sort des volcans : du chlorure de potassium (KCl), et ce gaz est visible uniquement dans une région (nommée Ulgen Patera) où on ne voit pas de SO ni de SO2. De Pater et ses collaborateurs en déduisent que les réservoirs de magma doivent être différents sous différents volcans...
En étudiant l'atmosphère de Io et son activité volcanique, on explore non seulement la composition de ses couches internes mai aussi le processus de leur échauffement par effet de marée. Une des autres grandes inconnues, c'est la température des couches basses de l'atmosphère de Io. De Pater et ses collaborateurs ont bon espoir de pouvoir la mesurer encore avec ALMA, mais ils ont besoin pour cela d'une plus grande résolution ce qui implique une durée d'observation plus grande, et donc de le faire durant les phases où Io est éclairé, et non plus seulement sur les périodes courtes juste avant ou juste après son entrée ou sa sortie de l'ombre. Et le problème qui se pose alors c'est que sur une période longue, Io va tourner sur lui-même de plusieurs dizaines de degrés, ce qui impose le développement d'algorithmes de traitement des images un peu perfectionnés pour déflouter les images obtenues.

Io nous révèle sa complexité grâce à la dynamique de la composition de son atmosphère. Et ce n'est qu'un début.


Source

ALMA Observations of Io Going into and Coming out of Eclipse
Imke de Pater et al.
Accepté pour publication dans Planetary Science Journal


Illustrations

1) Image de Io en infra-rouge par la sonde Juno, où l'on peut voir les volcans actifs (NASA / JPL-Caltech / SwRI / ASI / INAF /JIRAM / Roman Tkachenko)

2) Image de l'émission associée au chlorure de potassium sur Io obtenue avec ALMA (De Pater et al.)

jeudi 22 octobre 2020

Ces 1004 étoiles d'où la Terre peut être détectée par transit


La plupart des presque 4000 exoplanètes découvertes depuis 25 ans l'ont été parce qu'elles passent devant leur étoile vues depuis la Terre. Parmi celles-ci, on trouve plusieurs dizaines de planètes de type terrestre situées dans une zone relativement clémente autour de leur étoile. Mais qu'en est-il si on inverse le point de vue ? Combien d'étoiles sont propices pour voir la Terre transiter devant le Soleil, ce qui peut permettre d'analyser son atmosphère et donc savoir que s'y trouve de la vie ? Deux astronomes se penchent sur la question et trouvent plus de 1000 étoiles potentielles dans ce cas. Une étude parue dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters.


lundi 19 octobre 2020

Cosmologie : la gravitation quantique à boucles peut expliquer des anomalies observées dans le CMB


Comment ai-je pu passer à côté d'un article pareil ? Je ne vois qu'une chose... comme il a été publié le 29 juillet, j'avais l'esprit bien ailleurs, sur la dune du Pila en train de scruter le rayon vert/bleu/violet sur l'horizon atlantique... Bref, dans cette étude théorique, Abhay Ashtekar, l'un des fondateurs de la théorie de la gravitation quantique à boucles, accompagné de quelques autres physiciens théoriciens, vient juste de montrer que la gravitation quantique à boucles permet de réduire des anomalies qui sont présentes dans les données du fond diffus cosmologique mesuré par les satellite Planck (par rapport au modèle standard), alors que le modèle standard n'y apporte pas de solutions viables, ou si on préfère, peut seulement y apporter des solutions qui engendrent des tas d'autres problèmes... L'article est paru dans Physical Review Letters cet été, donc... (désolé pour le retard).


vendredi 16 octobre 2020

La masse d'hydrogène neutre mesurée dans des galaxies il y a 8 milliards d'années


C’est environ il y a 10 milliards d’années (entre 2,5 et 4,5 milliards d’années après le Bg Bang) que les galaxies ont produit environ la moitié des étoiles de l’Univers. Depuis lors, le taux de formation stellaire a chuté d’un facteur 10. Une équipe d’astrophysiciens s’intéressant à cette époque cruciale, vient de détecter directement le gaz neutre à l’origine de ces étoiles, via son émission radio caractéristique à 21 cm, une petite prouesse relatée cette semaine dans Nature.


mardi 13 octobre 2020

Matière Noire : Détection d'un excès de signal de reculs électroniques par XENON1T


C'est un hasard incroyable, alors que je rédigeais hier le précédent article relatant ma petite frustration de ne pas pouvoir parler de l'article de XENON1T dont le préprint était paru en juin dernier montrant une hypothèse s'avérant impossible, cet article de la collaboration XENON1T sortait au même moment dans Physical Review D ! Le hasard fait des fois super bien les choses.... Voilà donc pour nous l'occasion de parler enfin de ce signal en excès détecté par l'équipe de Elena Aprile. 


lundi 12 octobre 2020

Matière Noire : Les axions solaires ne peuvent pas expliquer l'excès de signal potentiel de XENON1T


Comme vous le savez, sur Ça Se Passe Là-Haut, on ne parle que d'articles scientifiques qui ont été publiés dans des revues à comité de lecture, donc d'articles vérifiés et validés par d'autres chercheurs experts du domaine. En juin dernier est paru un préprint sur arXiv de la collaboration XENON1T dont j'attends avec impatience la publication dans un journal pour pouvoir en parler... Ce papier serait très intéressant car il montrerait un excès de signal à basse énergie dans le signal détecté par le grand détecteur de matière noire. Or il se trouve que, avant même que cet article soit publié "sérieusement", une des hypothèses émises dans le préprint (il y en a plusieurs), celle d'une interaction d'axions solaires, vient d'être violemment retoquée dans un article publié (lui, en bonne et due forme) par des chercheurs italiens dans la prestigieuse Physical Review Letters, dont je vais donc longuement vous parler, à défaut de l'autre... 


samedi 10 octobre 2020

Découverte d'un chaînon manquant entre pulsar et magnétar


Un chaînon manquant dans la grande famille des pulsars vient d'être identifié par une collaboration internationale grâce à des observations effectuées avec le télescope spatial NICER. L'objet caractérisé n'est ni tout à fait un magnétar énergisé par son énorme champ magnétique, ni un pulsar propulsé par son énergie rotationnelle... Une étude publiée dans The Astrophysical Journal.


mardi 6 octobre 2020

Des travaux sur les trous noirs récompensés par le prix Nobel

L'astrophysique consacrée deux années consécutives par le prix Nobel  de Physique, c'est donc possible ! Après le cosmologiste James Peebles et les astronomes Didier Queloz et Michel Mayor l'année dernière, c'est aujourd'hui la physique et l'astrophysique des trous noirs qui est couronnée.



Le théoricien britannique Sir Roger Penrose est récompensé pour moitié du prix Nobel pour avoir montré théoriquement que "la formation d’un trou noir était une prédiction robuste de la théorie de la relativité générale" ce dès le milieu des années 1960.


Et l'astrophysicien allemand Reinhard Genzel, et l'américaine Andrea Ghez se partagent l'autre moitié du prix pour "la découverte d’un objet compact supermassif dans le centre de notre galaxie". On notera la pudeur des académiciens suédois à ne pas dire que Sgr A* est un trou noir, alors que le fait même de lier les travaux de Penrose avec ces observations de Genzel et Ghez par le même prix insinue fortement la nature de ce mystérieux "objet compact supermassif".
On ne présente plus Roger Penrose, âgé aujourd'hui de 89 ans, et toujours professeur émérite à Oxford. Le prix Nobel récompense ses travaux datant de 1965 (il y a donc 55 ans...) dans lesquels il a démontré que l'effondrement gravitationnel d'une étoile massive en relativité générale ne pouvait que déboucher sur l'apparition d'une singularité de type trou noir. Les trous noirs étaient une conséquence de la Relativité Générale. Il a par la suite continué à travailler sur les trous noirs jusqu'au début des années 1970, notamment avec Stephen Hawking, et a conjecturé le concept de "censure cosmique" stipulant que les singularités gravitationnelles des trous noirs sont nécessairement masquées par un horizon des événements pour nous protéger des violations de causalité qu'elles induisent. 
On peut penser que si Stephen Hawking avait encore été en vie aujourd'hui, il aurait pu partager le prix Nobel avec son ami Penrose, par exemple pour sa découverte de l'évaporation des trous noirs...

Reinhard Genzel et Andrea Ghez, quant à eux, sont les leaders de deux équipes différentes qui ont travaillé sur le même sujet : la dynamique des étoiles du centre de notre galaxie, et ce depuis le début des années 1990. Les européens avec le Very Large Telescope de l'ESO au Chli et les américains de UCLA avec le télescope Keck à Hawaï.
Genzel et son groupe ont traqué les mouvements des étoiles les plus proches du centre géométrique de la galaxie pendant 27 ans et ont réussi à déterminer les orbites elliptiques de nombreuses étoiles, dont la fameuse étoile S-02 qui s'approche du centre massif et invisible à une distance de seulement 120 unités astronomiques. Le périastre de S-02 en mai 2018 a d'ailleurs permis à Genzel et son équipe de mesurer des effets relativistes comme le redshift gravitationnel ou bien la précession de Schwarzchild, induits par la courbure de l'espace-temps générée par Sgr A*.

Car c'est le mouvement de ces nombreuses étoiles du groupe S dans le centre galactique qui a permis à Genzel ainsi qu'à Ghez et leurs équipes, indépendamment, de déterminer quelle devait être la masse de l'objet compact invisible autour duquel elles gravitent. Ce sont leurs observations qui nous ont permis de savoir que derrière la source radio Sgr A* se cache un objet compact de 4,2 millions de masses solaires qui ne peut pas être autre chose qu'un trou noir.

Les observations de Andrea Guez et ses collaborateurs ont notamment été rendues célèbres par l'animation qu'ils ont produite, montrant l'évolution de la position des étoiles du groupe S autour du trou noir supermassif sur plus de 15 ans, où l'on voit les étoiles tourner autour de ... rien. Andrea Guez est donc la première femme à recevoir le prix Nobel de Physique dans le domaine de l'astronomie (et seulement la 4ème depuis que le Nobel existe...)







Les radioastronomes de l'Event Horizon Telescope savent maintenant ce qu'il leur reste à faire (imager l'ombre de l'horizon de Sgr A*) et ils savent aussi qu'ils devront attendre encore quelques longues années avant de recevoir à leur tour leur jolie médaille en or...


dimanche 4 octobre 2020

IceCube ne voit pas de signes de neutrinos stériles


Après une analyse détaillée de plus de huit ans de données accumulées, l'expérience IceCube en Antarctique ne détecte aucun neutrino stérile, cet hypothétique neutrino de 4ème génération dont l'impact théorique pourrait être énorme tant sur la matière noire que sur l'asymétrie matière-antimatière et dont des signes auraient pourtant été entrevus il y a quelques années par deux autres expériences. Ces nouvelles mesures de grande précision de l'expérience IceCube sont détaillées dans deux articles publiés dans Physical Review Letters et Physical Review D. 


vendredi 2 octobre 2020

Découverte d'un embryon d'amas de galaxies autour d'un trou noir supermassif dans l'Univers jeune


Un proto-amas de galaxies vient d'être découvert dans l'Univers âgé de moins de 1 milliard d'années. Plus exactement, c'est un trou noir supermassif de 1 milliard de masses solaires entouré de 6 proto-galaxies (des galaxies en formation) qui vient de se dévoiler, de quoi nous aider à comprendre comment les trous noirs supermassifs peuvent grossir aussi vite aussi précocement. Une étude parue dans Astronomy&Astrophysics.


mercredi 30 septembre 2020

L'amas d'étoiles du centre galactique livre ses secrets


Une équipe d'astrophysiciens vient d'identifier une population d'étoiles très vieilles dans la région la plus interne de la Voie Lactée, qu'on appelle l'Amas Stellaire Nucléaire. Elles proviendraient d'un amas globulaire qui aurait migré vers le centre de notre galaxie il y a très longtemps. Cette découverte fait l'objet de deux articles publiés cette semaine dans The Astrophysical Journal Letters.


lundi 28 septembre 2020

Une binaire X engoncée dans un épais cocon de poussière


IGR J16318-4848 est un système binaire X, il est composé d'une jeune étoile supergéante et d'un astre compact, trou noir ou pulsar. L'objet compact est en train d'accréter de la matière de la supergéante, ce qui produit son fort échauffement et l'émission de rayons X. Mais ce système est atypique, il apparaît très obscurci, tellement qu'il ne laisse sortir que les rayons X les plus énergétiques. De nouvelles observations par deux télescopes X permettent de comprendre ce qui se passe dans IGR J16318-4848. Une étude publiée dans Astronomy&Astrophysics.


samedi 26 septembre 2020

Lune : Forte irradiation de la surface mesurée pour la première fois


57 𝜇Sv/h, soit 1,37 mSv/jour, c'est la dose moyenne qu'a mesuré l'atterrisseur chinois Chang'E 4 à la surface de la Lune où il s'est posé en janvier 2019 sur la face cachée. Cette dose de rayonnement considérable est 2,6 fois plus élevée que celle reçue par les astronautes qui vivent à bord de l'ISS, et elle est 200 fois plus élevée que la dose de la radioactivité naturelle terrestre. Une étude parue dans Science Advances.


mercredi 23 septembre 2020

La dynamique de l'"anneau" de M87* observée par l'EHT entre 2009 et 2017


Lorsque l'on manque de nouvelles données à exploiter, on peut toujours se retourner vers des anciennes données remisées dans les tiroirs et voir ce qu'on peut en tirer... C'est ce qu'ont dû se dire les chercheurs de la collaboration Event Horizon Telescope (EHT), qui n'ont rien pu se mettre sous le dent depuis la campagne heureuse de 2017 qui a permis de produire une image de la silhouette du trou noir supermassif M87*. Les campagnes de printemps de l'EHT 2018 et 2019 n'ont en effet pas pu avoir lieu pour de sinistres raisons et celle de 2020 a été annulée à cause d'une saleté de coronavirus. Mais l'EHT existait déjà bien avant 2017, et même si il n'était pas assez développé pour que ses données interférométriques puissent former des images de silhouettes d'horizon de trous noirs, les données peuvent être exploitées a posteriori, avec l'aide des données très riches de 2017. Cela offre aux astrophysiciens l'opportunité d'étudier l'évolution de l'anneau entourant l'ombre de l'horizon du trou noir supermassif, avec une surprise à la clé! Une étude publiée dans The Astrophysical Journal.


lundi 21 septembre 2020

Nouveaux résultats sur les rayons cosmiques ultra-énergétiques


Les astroparticules qu'on appelle les rayons cosmiques n'ont pas encore révélé tous leurs mystères, notamment pour ce qui concerne leur origine et leur composition exactes. L'observatoire Pierre Auger est un grand instrument dédié à l'étude des rayons cosmiques les plus énergétiques, que l'on qualifie d'ultra-énergétiques. La collaboration scientifique du même nom vient de publier ses tous derniers résultats sous la forme de deux gros articles dans Physical Review Letters et Physical Review D. Une nouvelle petite bosse apparaît dans le spectre en énergie...