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mercredi 30 avril 2014

La Jeune Galaxie qui se comporte comme une Vieille

Voilà encore une nouvelle anomalie. Cette fois-ci, cela concerne les galaxies. Des astrophysiciens de l'Université d'Arizona ont découvert une galaxie jeune, qui se comporte comme une vieille... 


Il faut se rappeler que ce qui distingue normalement une galaxie jeune, c'est qu'elle est en train d'accumuler de très grosses quantités de gaz par attraction gravitationnelle des nuages de gaz environnant. Et se faisant, le gaz se met à orbiter le centre de la galaxie un peu n'importe comment, ce qui produit d'importantes turbulences, et ce qui est à l'origine de la formation de nombreuses étoiles.

Image de la galaxie S0901 (arc à gauche) produite par Hubble (NASA/ESA)
James Rhoads et ses collègues de l'Université de l'Arizona se sont penchés sur deux galaxies de l'Univers jeune, nommées S0901 et 'the Clone'. Ces deux galaxies se trouvent à 10 milliards d'années-lumière. Les chercheurs voulaient étudier comment se comportait le gaz dans de telles galaxies jeunes. Ces deux galaxies sont des spécimens moyens pour l'époque, d'une taille de l'ordre de 10% de notre Voie Lactée.

Habituellement, il est extrêmement difficile d'étudier en détail de telles galaxies lointaines, mais ici les chercheurs ont eu l'opportunité d'exploiter le phénomène de lentille gravitationnelle. Les deux galaxies sont toutes les deux défléchies et amplifiées par un amas de galaxies situé sur le trajet de leur lumière.

le télescope Herschel (ESA)
Rhoads et son équipe ont utilisé l'instrument HIFI (Heterodyne Instrument for the Far-Infrared) du télescope européen Herschel pour analyser le rayonnement infra-rouge de l'atome de carbone ionisé, de longueur d'onde de 158 µm. Cette raie d'émission est normalement produite dans les régions de formation d'étoiles. Ce qu'ont remarqué les astrophysiciens, c'est que cette raie spectrale était élargie dans le spectre, sous la forme de deux pics, leur permettant de déterminer une vitesse de déplacement du gaz. Les chercheurs pouvaient évaluer d'une part la vitesse de rotation de la galaxie, et d'autre part la turbulence dans les nuages de gaz. 
Et à leur grande surprise, ils ont obtenu une "image" de S0901 comme étant une galaxie très calme, à la rotation parfaite, sans aucune turbulence, exactement le comportement d'une galaxie comme la nôtre, vieille de 13 milliards d'années d'évolution... Et il se pourrait bien que la seconde observée 'the Clone' ait le même comportement... mais la qualité des données sur cette dernière n'étaient pas suffisamment bonnes pour conclure.

Nous sommes donc face à au moins une galaxie très anormale. A peine âgée de 2 milliards d'années, elle combine le calme d'une vieille galaxie sans turbulence et néanmoins un taux de formation d'étoile très fort, typique de son âge réel... Il semble donc qu'elle ait déjà fini d'accumuler le gaz de son environnement, mais cela veut également dire que les turbulences ne sont pas nécessaires à la formation d'étoiles... 

Les auteurs accordent tout de même qu'il faudrait d'autres observations d'autres spécimens pour confirmer leur conclusion. Ces nouveaux échantillons ne pourront hélas pas être dénichés par Herschel, qui n'a plus d'hélium liquide pour fonctionner nominalement.
C'est désormais vers ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), le réseau de 66 grandes antennes installées dans le désert Chilien, que les astrophysiciens se tournent pour poursuivre le superbe travail accompli avec Herschel.


Référence : 
Herschel Extreme Lensing Line Observations: Dynamics of two strongly lensed star forming galaxies near redshift z = 2
J. Rhoads et al., 
à paraître dans The Astrophysical Journal, volume 787, issue 1 (20 mai 2014)
Accès libre au preprint : http://arxiv.org/abs/1404.7143

source : 

mardi 29 avril 2014

La NASA se croit à Hollywood...

La NASA, et plus exactement le Jet Propulsion Laboratory, qui gère la sonde Cassini actuellement en orbite autour de Saturne, vient je le crains, de péter les plombs en se croyant à Hollywood... 
Je me demande si ce film d'animation ne serait pas un peu contre productif pour intéresser les gens à la science produite grâce à cette belle sonde Cassini... A vous de juger.





Les Autres Télescopes Spatiaux...

Il n'y a pas que Hubble... Le télescope spatial Hubble est sûrement le plus emblématique des télescopes spatiaux, lui qui permet d'imager les profondeurs de l'Univers dans le visible et le proche Ultra-Violet avec une résolution époustouflante. Mais il  existe de nombreux autres télescopes spatiaux fournissant des données passionnantes aux astrophysiciens du monde entier, dont nous parlons souvent ici.


A l'heure où, après 24 ans de services, Hubble vit ces dernières années en orbite, faisons donc un tour au pays des télescopes spatiaux en activité ou dont les données sont encore exploitées... Ces grands instruments sont pour la plupart spécialisés dans une famille d'observations, une plage de longueurs d'ondes, des ondes radio aux rayons gamma.

Ondes Radio
Il existe très peu de télescopes spatiaux dédiés aux ondes radios. On peut citer les suivants :

- Spektr R (Astro Space Center, Lebedev Physics Institute, Russie)

Radiotélescope spatial russe développé par l'Institut de physique Lebedev, il a été lancé le 18 juillet 2011. Spektr R est placé sur une orbite fortement elliptique de 10 000 km × 390 000 km avec une période de 9,5 jours. Il a la particularité d'être muni d'une antenne géante de 10 mètres de diamètre.

Il doit être utilisé avec des radiotélescopes terrestres pour réaliser de l'interférométrie à très longue base.







- Planck (ESA)

Planck a cessé ses prises de données en octobre 2013 faute d'hélium-3 pour refroidir ces détecteurs, mais ses données sont toujours en cours de dépouillement après une première fournée de très beaux résultats sur le fond diffus cosmologique (CMB) l'année dernière. Planck détecte les ondes radio de type micro-ondes de la première lumière de l'Univers, dont le spectre thermique vaut 2,73 degrés Kelvin. Il scanne le ciel entier de manière à fournir une cartographie complète des fluctuations de température minuscules qui existent dans le fond diffus. Il permet également de déterminer les caractéristiques détaillées de ce rayonnement primordial, comme par exemple sa polarisation.


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Ondes submillimétriques et Infra-Rouge

- Hershel (ESA)

Hershel est le plus grand télescope dédié à l'infra-rouge jamais construit, il est muni d'un miroir de 3,5 m de diamètre. Sa mission de 4 ans s'est terminée en avril 2013, mais ces nombreuses données sont encore exploitées aujourd'hui. 
Son objectif était de fournir des observations dans les domaines de l’infrarouge lointain et du submillimétrique (longueurs d'ondes comprises entre 55 à 672 µm) pour étudier des phénomènes astrophysiques comme la formation des étoiles, la naissance et l'évolution des galaxies ainsi que la chimie du milieu interstellaire.
Il a été lancé en 2009 en même temps que le satellite Planck par Ariane. Sa position est particulière car il est situé au point de Lagrange L2, un des points d'équilibre gravitationnels dans le système Soleil-Terre. Hershel suit donc la Terre dans sa révolution autour du Soleil.



- Spitzer (NASA)

Spitzer Space Telescope (SST) est un des grands programmes de la NASA. Il a été lancé en 2003 pour imager l'Univers uniquement en infra-rouge. Ce télescope doit son nom au fameux astronome américain Lyman Spitzer, qui fut l'un des premiers à démontrer, dès 1946, quel serait l'intérêt d'envoyer un télescope en orbite. Spitzer est en orbite non pas autour de la Terre, mais autour du Soleil.
Une grande partie de ces instruments n'est plus exploitable depuis 2009 depuis qu'il a consommé la totalité de son hélium liquide servant à refroidir le système de détection. Mais une seconde famille d'instruments fonctionne toujours à un peu plus haute température et Spitzer continue de fournir des données très intéressantes sur les phénomènes comme la naissance des étoiles, des exoplanètes de type "jupiters chauds", les nuages de gaz et de poussières, et même des informations nouvelles sur les anneaux de Saturne...



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Visible

- Hubble (NASA/ESA)

On ne présente plus ce magnifique instrument exploité conjointement par les agences américaines et européennes, et qui a révolutionné l'astrophysique. Il vient de fêter son 24ème anniversaire en orbite et fonctionne toujours merveilleusement. Il faut dire qu'il a subi plusieurs interventions in situ, la dernière ayant eu lieu en 2009 (sans compter celle de Sandra Bullock). Il devrait tenir le coup encore quatre ans, en attendant l'arrivée prévue de son successeur, le James Webb Telescope, en 2018.
Son programme le plus marquant est peut-être le Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey (CANDELS). L'objectif de CANDELS est d'explorer l'évolution galactique dans l'Univers très jeune, en observant les premières graines des grandes structures galactiques à plus de 13 milliards d'années lumière...



- Kepler (NASA)


Le télescope Kepler a lui aussi révolutionné son petit monde. Spécialisé dans la détection de très faibles variations de luminosité d'étoiles, son objectif était de détecter des exoplanètes. Depuis son lancement en mars 2009, le nombre d'exoplanètes détectées par Kepler se monte à pas moins de 961 planètes confirmées et 2903 candidates en attente de confirmation (chiffres datant de février 2014). 
Sa mission initiale s'est brutalement interrompue le 11 mai 2013 suite à la défaillance de l'une de ses roues gyroscopiques, l'empêchant dorénavant de se positionner avec précision. Mais il pourrait encore être exploité sous une forme dégradée.










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Ultra-Violet

- GALEX (NASA)


GALEX est un télescope assez modeste, de 50 cm de diamètre avec une longueur focale de 3 mètres. Il a la particularité d'avoir été lancé (en 2008) par une minifusée Pegasus larguée par un avion. Sa mission a pris fin le 28 juin 2013. 
Comme son nom l'indique, Galaxy Evolution Explorer était dédié à l'étude de l'évolution des galaxies, et notamment comment elles se forment et comment elles produisent leurs étoiles. Ses données son encore en cours d'exploitation. Il explorait le ciel sur une plage de longueurs d'ondes comprises entre 0,13 et 0,28 µm. 









- HISAKI (JAXA)


Le système solaire a lui aussi droit à être observé de près par des télescopes en orbite, dont ce HISAKI, mis en orbite en septembre dernier. Sa mission de courte durée (de l'ordre de 1 an initialement) a pour objectif d'étudier les atmosphères des planètes de notre système, ainsi que leurs magnétosphères. Ce petit télescope de 350 kg 100% japonais travaille en ultra-violet lointain (jusqu'à des photons d'une dizaine de nanomètres de longueur d'onde, soit une centaine d'électron-volts).





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Rayons X

Les télescopes spécialisés dans les rayons X foisonneraient presque au-dessus de nos têtes, sans doute parce que les rayons X ont un peu de mal à être détectés à travers l'atmosphère terrestre... 

- CHANDRA (NASA)


L' "observatoire à rayons X", comme les américains l'appellent, va bientôt fêter son 15ème anniversaire en orbite. Chandra est non seulement un phénomène de longévité, mais aussi un instrument à l'efficacité redoutable. Ce télescope doit son nom au célèbre astrophysicien indien Subrahmanyan Chandrasekhar, disparu en 1995.
Il permet de produire des images des zones d'émissions de rayons X, avec une forte prédilection pour les trous noirs de toutes les tailles. Chandra explore l'Univers dans ses lieux les plus violents et a permis de très nombreuses découvertes, petites ou plus grandes. Voir par exemple cette très belle observation de résidu de supernova :
 http://drericsimon.blogspot.fr/2013/06/supernova-g1.9-0.3-remnant-chandra.html
ou encore cette observation d'un pulsar très anormal:
 http://drericsimon.blogspot.fr/2014/02/le-pulsar-vagabond-ultra-rapide.html



- XMM NEWTON (ESA)


XMM Newton est un peu la réponse européenne à Chandra. Seulement plus jeune de quelques mois, il a été mis en orbite en décembre 1999, juste avant le bug qui n'eut jamais lieu... Il est parfaitement complémentaire, (pour ne pas dire redondant) de Chandra. XMM signifie X-ray Multi-Mirror. Il a un air de ressemblance avec son cousin américain. La technologie pour détecter les rayons X est effectivement semblable, utilisant une série de miroirs cylindriques sur lesquels les rayons X sont diffusés en incidence rasante. Ces télescopes doivent ainsi être très longs.
Il arrive que certaines études nécessitant des observations en rayons X exploitent à la fois des données de Chandra et des données de XMM-Newton.

Voir par exemple ce résultat obtenu grâce à XMM-Newton : http://drericsimon.blogspot.fr/2014/03/cet-etonnant-trou-noir-le-plus-lointain.html



- NuSTAR (NASA)


En anticipation de la fin de vie prévisible de Chandra, la relève a été mise en route sous la forme de ce très long NuStar, qui a été déployé en 2012. J'en avais parlé au moment de sa mise en orbite. NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) est exclusivement dédié à l’observation des rayons X dits « durs », c’est-à-dire relativement énergétiques, qui sont produits principalement en périphérie des trous noirs supermassifs.
NuSTAR s’intéresse aux rayons X ayant une énergie comprise entre 5 keV et 80 keV, c’est-à-dire dans la plage encore inconnue, située entre ce qu’observe le télescope Chandra  et ce que détecte le télescope Fermi (rayons gamma).


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Rayons Gamma

- FERMI (NASA)


Celui-là, on l'aime bien, non pas parce qu'il porte du grand physicien italien qui découvrit Ettore Majorana, mais parce qu'il produit des découvertes majeures dans le domaine des astroparticules. Fermi est un télescope qui ne détecte que des photons dont l'énergie dépasse plusieurs GeV, c'est à dire les photons les plus énergétiques de l'Univers. Il a notamment à son actif la détection du photon gamma le plus énergétique jamais détecté par l'Homme (94 GeV). Fermi est utilisé pour étudier les phénomènes les plus violents comme les GRB, les trous noirs, mais aussi indirectement des phénomènes liés à la matière noire (annihilation ou décroissance de particules exotiques).
Lire : http://drericsimon.blogspot.fr/2013/05/GRB-130427A.html



- INTEGRAL (ESA)


Avant FERMI, il y avait INTEGRAL, lancé par les européens en octobre 2002, 6 ans avant FERMI. Et INTEGRAL (International Gamma Ray Astrophysics Observatory) est toujours actif et fonctionnel. Il est doté de plusieurs instruments : un imageur (entre 15 keV et 10 MeV), un spectromètre (entre 20 keV et 8 MeV), un détecteur à anticoïncidence (toutes énergies) et même un détecteur de rayons X (3 à 35 keV)... Il permet d'étudier les mêmes types de cibles que Fermi, de l'énergie à l'état pur!








- AGILE (ISA)

Les italiens se sont mis en tête de lancer leur propre télescope à rayons Gamma. AGILE (Astro‐Rivelatore Gamma a Immagini Leggero) est en fait un télescope mixte gamma et rayons X. Lancé par une fusée Indienne en 2007, il est lui aussi muni de plusieurs instruments, à la manière de INTEGRAL, mais en plus petit format (352 kg contre 4 tonnes pour son grand frère européen). Il peut imager des sources gamma avec une énergie maximale de 50 GeV, soit plus élevée que INTEGRAL, mais avec une bien moins bonne résolution spatiale.









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Multi-longueurs d'ondes

- Swift (NASA)


Celui-là est un télescope un peu particulier, il est polyvalent. Il peut observer à la fois dans l'ultra-violet, les rayons X et les rayons gamma. Son objectif est de détecter les premiers instants des bouffées de rayonnement gamma (les fameux GRB). Swift a la faculté de se positionner très vite (d'où son nom) dès qu'il reçoit des rayons gamma, pour mesurer la première lumière de décroissance accompagnant la bouffée de rayonnement et surtout transmettre la position du GRB aux observatoires terrestres pour qu'ils prennent le relais.








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Il faut également noter qu'il existe une grande famille de télescopes qui sont dédiés exclusivement à l'étude du Soleil dans diverses longueurs d'onde, mais nous en parlerons dans quelques temps...


dimanche 27 avril 2014

Quizz Astro - 4 -

Nouvelle semaine, nouveau Quizz... A vos souris ! Vous saurez tout sur les bonnes réponses dès l'envoi de vos réponses (qui seront bonnes, n'est-ce pas ?!), et vous pouvez aussi répondre au hasard ;-)






vendredi 25 avril 2014

Une Galaxie peut en cacher une Autre

Le 22 avril 2013, je vous présentais la découverte d'une supernova qui était trop brillante et les soupçons qui pesaient sur elle. Une équipe d'astrophysiciens du Kavli Institute, menée par Robert Quimby, ne croyait pas aux conclusions de l'autre équipe qui annonçait la découverte d'une nouvelle classe de supernova, une supernova superlumineuse. Ils avaient pu montrer que la supernova en question avait toutes les caractéristiques d'une supernova de type Ia, mais sa lumière semblait comme amplifiée par le phénomène de lentille gravitationnelle. Sauf qu'ils n'étaient pas parvenus à voir quoi que ce soit comme source de déviation gravitationnelle...


Vue d'artiste d'une supernova Ia
Depuis un an, Robert Quimby et ses collègues se sont accrochés à leur explication et on fouillé la zone de la supernova une fois cette dernière "éteinte". Et voilà qu'ils viennent de publier leur résultat dans Science cette semaine : il y a bien une galaxie dans la ligne de visée, exactement devant la galaxie hôte de la supernova, et c'est bien elle qui est à l'origine d'une très forte amplification de la lumière de la supernova PS1-10afx (un facteur 30 tout de même) !

C'est en septembre 2013 que Quimby et ses collègues ont utilisé le Keck Telescope de 10 m, situé à Hawaï, durant 7 heures d'observations continues de la zone de la supernova. Et ils ont finalement trouvé dans le halo lumineux de la galaxie lointaine où eu lieu l'explosion de l'étoile cette seconde galaxie, beaucoup plus près de nous, en superposition, et beaucoup moins lumineuse, mais dont la taille est cohérente pour expliquer l'amplification de lentille gravitationnelle observée.

L'implication de cette mise en évidence est importante, car cela signifie que de nombreuses supernovae, et surtout les plus lointaines sont amplifiées par lentille gravitationnelle, et peuvent tout de même être reconnues comme telles et donc toujours être exploitées efficacement comme chandelles cosmiques (les supernovae Ia ont toutes la même luminosité intrinsèque, leur luminosité apparente ne dépend donc que de leur distance...). 
Illustratrion du phénomène de lentille gravitationnelle
(NASA, ESA et L. Calcada)

Les astrophysiciens majoritairement japonais de l'équipe estiment par exemple que le nombre de supernovae amplifiées de ce type qui devraient être détectées par leur méthode doit augmenter d'un facteur 10.

Et il y a même encore mieux : dans le cas où la lentille gravitationnelle produit un dédoublement de l'image de la supernova plutôt qu'une amplification, l'étude fine des distributions spectrales et temporelles des différentes images de la même supernova doit pouvoir fournir des informations directes sur le taux d'expansion de l'Univers à l'époque de la supernova...
Une belle prouesse issue d'un bel entêtement.


Source :

Detection of the Gravitational Lens Magnifying a Type Ia Supernova
Robert M. Quimby et al.
Science  Vol. 344 no. 6182 pp. 396-399 (25 Avril 2014)

lundi 21 avril 2014

Des neutrons ultra-froids testent la gravitation, l'énergie noire, et la matière noire

Une équipe de chercheurs menée par le physicien autrichien Thomas Jenke, de l'université technique de Vienne, vient de réussir une prouesse en développant une toute nouvelle technique expérimentale. Cette technique porte désormais le doux nom de Spectroscopie de Résonance Gravitationnelle. Ils sont ainsi parvenu à poser de nouvelles contraintes à la fois sur l'énergie noire et sur une certaine hypothèse de matière noire. Cela mérite quelques explications...



Les chercheurs ont exploité des neutrons ultra-froids (c'est à dire de très basse énergie cinétique) pour regarder de très près comment ils se comportent dans le champ gravitationnel terrestre et tester la loi de Newton et d'éventuelles anomalies à très petite échelle.
Le coeur du réacteur à Haut Flux de l'ILL (Institut Laue Langevin)
La fonction d'onde quantique d'une particule située dans un potentiel linéaire, par exemple le champ gravitationnel proche de la surface terrestre, possède un spectre en énergie continu. Mais lorsque cette particule, comme un neutron, voit son mouvement contraint par deux murs de potentiel, son spectre en énergie devient discontinu : il apparaît des niveaux d'énergie discrets, quantifiés.
C'est cet effet qu'ont voulu observer Jenke et ses collègues, et ils y sont parvenus.
Pour créer deux murs de potentiel gravitationnel, ils ont utilisé deux miroirs entre lesquels ils ont donc fait passer un faisceau de neutrons de très basse énergie, dans une installation expérimentale développée auprès du réacteur à haut flux (HFR) de l'Institut Laue Langevin (ILL) de Grenoble.
Le but est de mesurer la différence d'énergie infime qui sépare deux niveaux quantiques d'énergie gravitationnelle. Pour mesurer cela, il faut modifier la distance des murs de potentiel, donc la distance des deux miroirs. Un miroir est donc fixé et le second subit des oscillations très rapides avec un mouvement nanométrique. L'oscillation de la distance entre les miroirs induit une oscillation des neutrons entre deux niveaux d'énergie gravitationnelle. Mais pas avec n'importe quelle oscillation des miroirs : il faut que la fréquence du mouvement ait une certaine valeur, correspondant à l'écart entre les niveaux quantiques énergétiques, ce qu'on appelle le phénomène de résonance. Et lorsque ce saut en énergie gravitationnelle a lieu, le nombre de neutrons sortant de la cavité d'expérience se trouve réduit par rapport au cas où la fréquence et quelconque et ne coïncide pas avec un des différents niveaux d'énergie gravitationnelle.

Il suffit alors de "simplement" mesurer le nombre de neutrons transmis à travers la cavité en fonction de la fréquence d'oscillation du miroir mobile et le tracé de cette courbe de transmission montre alors des creux à certaines fréquences, les fréquences de résonance, qui correspondent aux différents niveaux d'énergie gravitationnelle.
Grâce à cette méthode très innovante, les physiciens autrichiens ont réussi à mesurer quatre niveaux d'énergie gravitationnelle pour leurs neutrons. Et cette mesure leur permet de tester la validité des bonnes vieilles équations de Newton, mais jusqu'à des échelles très petites, de l'ordre de quelques microns seulement. 
C'est une première puisque la gravitation n'avait encore jamais été testée à des échelles aussi petites. 
Principe de la technique de spectroscopie de résonance gravitationnelle (à gauche). Un neutron ultrafroid (UCN) entre dans une cavité de deux miroirs produisant une discrétisation de ces niveaux d'énergie gravitationnelle (à droite) (APS/Alan Stonebraker)
Et cette très belle mesure, dont les résultats viennent d'être publiés dans Physical Review Letters, permet quelques implications en cosmologie, et oui! à la fois sur l'énergie noire et la matière noire, ce qui la rend encore plus intéressante.
Il se trouve que certains modèles théoriques cherchant à expliquer l'énergie noire proposent un scénario dans lequel existe un nouveau champ scalaire, et ce champ scalaire devrait modifier légèrement les niveaux d'énergie gravitationnelles des neutrons dans ce type d'expérience. Or comme les niveaux d'énergie mesurés par l'équipe de Jenke sont exactement ceux prédits par la théorie classique, le scénario d'énergie noire en question peut donc être très contraint par ces nouvelles mesures.

Quant aux implications sur la matière noire, elles concernent une hypothèse de matière noire que nous avons déjà évoquée ici, à savoir des particules qu'on appelle des axions. Les axions doivent produire un couplage entre le spin des neutrons et leur position, ce qui induit là encore théoriquement une modification des niveaux d'énergie gravitationnelle dans la cavité. Pour évaluer ce phénomène potentiel, il fallait donc polariser les neutrons avant leur entrée dans la cavité et refaire la mesure, puis comparer avec une mesure sans polarisation. Rien de plus simple : pour polariser, c'est à dire aligner le spin de tous les neutrons du faisceau, il faut appliquer un champ magnétique linéaire. Un aimant fait l'affaire. Le résultat obtenu par l'équipe autrichienne est sans équivoque : il rejette certains types de couplages d'axions, ou au moins apporte des nouvelles contraintes, ce qui permet de fixer un peu plus les contours du modèle théorique des axions.

Cette belle expérience fondant une toute nouvelle méthode, que les auteurs ont nommée spectroscopie de résonance gravitationnelle a utilisé des neutrons ultra froids, très utiles grâce à leurs propriétés physiques unique : neutralité électrique et spin demi-entier, ce qui les rend sensibles uniquement à la gravitation et aux champs magnétiques (j'exclue ici les réactions nucléaires). Le réacteur expérimental à haut flux de l'ILL de Grenoble, qui existe depuis 1971 est la source de neutrons la plus efficace en Europe, voire dans le monde, pour parfaire ce type de science avec des neutrons.  Y étudier des implications cosmologiques comme l'énergie noire et la matière noire est tout à fait inédit et promet de futures explorations neutroniques toujours plus fructueuses.


Source : 
Gravity Resonance Spectroscopy Constrains Dark Energy and Dark Matter Scenarios
T. Jenke et al.
Phys. Rev. Lett. 112, 151105 (16 avril 2014)

Quizz Astro - 3 -

Nouveau Quizz, à vos souris !
Les bonnes réponses avec leurs explications sont données immédiatement après soumission...



jeudi 17 avril 2014

Annonce de Nouvelle Découverte du télescope KEPLER, à suivre en live

A suivre ci-dessous ce jeudi 17 avril à partir de 20h ! Le contenu à un rapport aux exoplanètes vu les participants, mais nous n'en savons pas plus... 


Live streaming video by Ustream

mercredi 16 avril 2014

EURECA : les Européens s'Unissent pour Dénicher la Matière Noire

Prenez des physiciens français du CEA et du CNRS, des allemands du Karlsruhe Institute of Technology et de plusieurs universités , des anglais des universités d'Oxford et de Sheffield, des espagnols, des russes, des slovaques, prenez les meilleurs spécialistes de la détection directe de matière noire, issus de trois grandes expériences européennes jusqu’alors concurrentes comme EDELWEISS, CRESST et ROSEBUD, mélangez le tout soigneusement et vous obtiendrez la future grande expérience européenne de recherche de matière noire directe, celle qui va enfin porter de l’ombre aux américains arrogants de LUX et SuperCDMS.



Schéma du design de l'expérience EURECA pour la recherche
directe de matière noire (collaboration EURECA)
Cette nouvelle collaboration très européenne s’appelle EURECA, et c’est tout ce qu’on leur souhaite, qu’ils trouvent enfin ces WIMPs. Le concept du design de la nouvelle manip vient d’être publié dans Physics of The Dark Universe, ce qui signifie la concrétisation de cette nouvelle collaboration scientifique à l'échelle du continent, et on peut dire que l’ambition est au rendez-vous. 

L’objectif de EURECA est d’exploiter un multidétecteur cryogénique de 1 tonne. Mais pas n’importe quel multidétecteur, les différentes expériences préexistantes vont mettre en commun toutes leurs technologies développées jusque là chacune dans son coin. Et le futur détecteur sera ainsi à l’image des membres de la nouvelle collaboration : il sera composite, comportant à la fois des bolomètres semiconducteurs de germanium, ceux développés par les français de EDELWEISS, et des scintillateurs bolométriques de tungstate de calcium, ceux développés par les allemands de CRESST, avec la grande expertise des anglais de ROSEBUD.

Le détecteur FID800 de EDELWEISS
(in2p3/CSNSM)
Le déploiement de EURECA devrait se faire en deux phases, une première phase rassemblant 150 kg de détecteurs, pour une durée de 1 an, puis la seconde phase arrivant avec l’ajout de 850 kg de détecteurs supplémentaires, pour une durée minimale de 3 ans. Car le système envisagé est très polyvalent et très modulaire. Ce qu’on appelle le ‘détecteur’ est en fait composé d’une multitude de petits détecteurs dont le signal mesuré est mis en commun pour en former un gros. 
Les physiciens européens vont reprendre le concept développé aux Etats-unis pour le blindage indispensable devant entourer les détecteurs pour absorber tous les rayonnements parasites autres que ceux recherchés : une énorme cuve remplie d’eau ultra-pure servira  ainsi de réceptacle aux précieux détecteurs cryogéniques. Pas moins de 3 m d’eau seront ainsi intercalés dans toutes les directions entre les détecteurs et l’extérieur, où pullulent encore quelques photons gamma, quelques neutrons et quelques muons malgré la profondeur du laboratoire souterrain…
Les photons seront absorbés par les 3 mètres d’eau, les neutrons seront ralentis puis finalement absorbés par l’hydrogène de l’eau, et enfin, les muons seront repérés par la lumière Cherenkov qu’ils laisseront dans ces gros réservoirs munis de nombreux photomultiplicateurs pour enregistrer le moindre photon de lumière.

Tours de détecteurs cryogéniques de CRESST
(Technische Universität München)
Le point commun des deux types de détecteurs prévus, semiconducteurs et scintillateurs est qu’ils fonctionnent à des températures cryogéniques. Ce sont des bolomètres. Certes améliorés, mais leur signal principal est l’élévation de température produite par l’interaction (rare !) d’une WIMP. A ce signal de chaleur s’ajoute un signal d’ionisation pour le germanium et un signal lumineux pour le tungstate de calcium. Ils seront refroidis à des températures extrêmes, de l'ordre de 10 millièmes de kelvins (10 millièmes de dégrés au dessus du zéro absolu), grâce à un cryostat à dilution (utilisant un mélange de deux isotopes de l'hélium (He-3 et He-4) faisant un volume de 6 mètres cubes...

Au fait, EURECA est un acronyme, comme vous avez pu l'imaginer, il signifie : European Underground Rare Event Calorimeter Array. Les physiciens ont une préférence pour s'implanter dans un laboratoire souterrain européen, le laboratoire souterrain de Modane en particulier, qui devrait être agrandi et offrir ainsi toute la place nécessaire, et qui est non seulement le laboratoire souterrain le plus profond d'Europe mais aussi le terrain de jeu actuel des français de EDELWEISS. Mais les physiciens ont tout prévu dans leur design, les dimensions et les équipements nécessaires prévus ont été choisi pour pouvoir être adaptables à n'importe quel laboratoire souterrain, comme par exemple le canadien SNOLAB, qui offre une profondeur encore plus importante.

Parlons performances maintenant. Bien évidemment, les physiciens, avec un design d'expérience sur le papier, parviennent à prédire ce qu'ils pourront obtenir en termes de sensibilité.
Le critère important est la valeur de la section efficace WIMP-nucléon potentiellement atteignable. On se rappelle qu'en 2013, l'expérience américaine LUX avait explosé tous les records en descendant jusqu'à une section efficace de 10-45 cm², soit 10-9 picobarns. Et bien, EURECA dans sa version complète 1 Tprévoit d'atteindre une section efficace encore 50 fois plus faible : 2.10-11 picobarns...

Pas chiens, les européens proposent en outre de prêter leur futur cryostat à toutes les manips exploitant des détecteurs ayant besoin de tels refroidissements extrêmes dans un tel environnement à ultra-basse radioactivité.


La concrétisation du projet EURECA est en tous cas une très bonne nouvelle pour la recherche européenne en physique des astroparticules. Maintenant que les européens se mettent à travailler ensemble, les américains et les WIMPs ont du soucis à se faire...

Source :
EURECA Conceptual Design Report 

The EURECA Collaboration
G. Angloher, E. Armengaud, C. Augier, A. Benoit, T. Bergmann, J. Blumer, A. Broniatowski, V. Brudanin, P. Camus, A. Cazes, M.Chapellier, N. Coron, G.A. Cox, C. Cuesta, F.A. Danevich, M. DeJesus, L. Dumoulin, K. Eitel, A. Erb, A. Ertl, F. von Feilitzsch, D. Filosofov, N. Fourches, E. Garcia, J. Gascon, G. Gerbier, C. Ginestra, J. Gironnet, A. Giuliani, M. Gros, A. G¬ utlein, D. Hauff, S. Henry, G. Heuermann, J. Jochum, S. Jokisch, A. Juillard, C. Kister, M. Kleifges, H. Kluck, E.V. Korolkova, V.Y. Kozlov, H. Kraus, V.A. Kudryavtsev, J.-C. Lanfranchi, P. Loaiza, J. Loebell, I. Machulin, S. Marnieros, M.Martõnez, A. Menshikov, A. Munster, X.-F. Navick, C. Nones, Y. Ortigoza, P. Pari, F. Petricca, W. Potzel, P.P. Povinec, F. Probst, J.Puimedon, F. Reindl, M. Robinson, T. Rolon, S. Roth, K. Rottler, S. Rozov, C.Sailer, A. Salinas, V. Sanglard, M.L. Sarsa, K. Schaffner, B. Schmidt, S. Scholl, S. Sch¬ onert, W. Seidel, B. Siebenborn, M. Sivers, C. Strandhagen, R. Strauss, A. Tanzke, V.I. Tretyak, M. Turad, A. Ulrich, I. Usherov, P. Veber, M. Velazquez, J.A. Villar, O.Viraphong, R.J. Walker, S. Wawoczny, M. Weber, M. Willers, M. Wustrich, E. Yakushev, X. Zhang, A. Zoller

A paraître dans Physics of the Dark Universe

lundi 14 avril 2014

Le Rayonnement Gamma des Pulsars

Généralement, lorsque l'on s'imagine un pulsar, on voit tout de suite cette étoile à neutrons tournant très vite sur elle-même et émettant un fin faisceau d'ondes radio depuis ces pôles magnétiques, qui ne coïncident pas avec ses pôles géométriques, ce qui en fait une sorte de phare céleste. Mais cette image certes à peu près correcte, est néanmoins très incomplète.


Zones de production d'ondes radio et de rayons gamma autour d'un pulsar.
Car les pulsars n'émettent pas uniquement de l'énergie électromagnétique par ce mécanisme, ils produisent également de nombreux autres rayonnements, de manière plus diffuse. C'est en 1974 que furent pour la première fois observés des pulsations de rayons gamma sur les pulsars du Crabe et de Véla. En fait, les rayons gamma participent pour environ 5% de toute l'énergie mécanique perdue par le pulsar, qui voit sa rotation ralentir inéluctablement...
L'émission gamma semble logiquement liée à l'émission radio. Cette émission radio est due à la présence d'instabilités dans le plasma dense d'électrons et positrons des zones situées juste au dessus des pôles magnétiques. Or les phénomènes physiques responsables de la production de ces paires de particules/antiparticules doivent immanquablement produire également des photons gamma dans ces mêmes zones.

Mais, alors que pour le pulsar du Crabe, les émissions gamma suivaient parfaitement les émissions radio, il n'en était curieusement pas de même pour le pulsar de Véla. Puis une petite dizaine de nouveaux pulsars purent être détectés et étudiés dans les années 1990 grâce notamment au télescope EGRET de la NASA, et aucun d'eux ne montrait des pulses gamma coïncidents avec les pulses radio, les structures temporelles étaient toutes très différentes. Et puis EGRET a étudié le pulsar Geminga, c'était en 1992, un objet vraiment très bizarre puisqu'il ne possédait aucunes pulsations radio caractéristiques d'un pulsar, mais bien des pulsations gamma en revanche...
C'est à partir de ce moment là que les astronomes ont commencé à revoir sérieusement leur modèle des pulsars.
Geminga imagé par XMM-Newton (ESA)
Les rayons gamma ne seraient pas produits dans la même zone que les ondes radio, mais bien plus loin. Ils seraient crées en fait au niveau de ce qu'on appelle le rayon du cylindre de lumière. Il s'agit de la distance à partir de laquelle des particules qui voudraient avoir un mouvement en corotation avec l'étoile à neutron doivent avoir une vitesse relativiste.
Au delà du cylindre de lumière, la magnétosphère ouvre une zone de transition au travers de laquelle s'écoule un vent de particules énergétiques. 

Il en découle une vaste surface d'émission de rayons gamma, très différente des fins faisceaux d'ondes radio concentrés au niveau des pôles de l'étoile à neutron. Et depuis 5 ans maintenant, le télescope spatial Fermi-LAT engrange des dizaines de nouveaux pulsars, notamment du type de Geminga. Il en a déjà répertorié plus de 150 et la quête continue... La vision s'éclaircit de plus en plus désormais : les rayons gamma sont produits presque exclusivement au niveau de l'équateur du pulsar, dans sa magnétosphère externe, dans une sorte de gros accélérateur de particules distribué tout autour de l'astre moribond. 

Même si l'hypothèse initiale de la production de rayons gamma au niveau des pôles s'est révélée inadéquate avec les observations, il n'en reste pas moins vrai que les phénomènes qui s'y passent doivent quand même produire une petite quantité de rayons gamma. C'est maintenant ce que veulent montrer quelques équipes d'astrophysiciens avec l'aide précieuse du télescope Fermi, qui devrait avoir la sensibilité requise pour voir ce rayonnement.


samedi 12 avril 2014

L'Expansion de l'Univers il y a 11 Milliards d'Années

En novembre 2012 (voir là), je vous racontais comment une équipe franco-américaine était parvenue à détecter les oscillations acoustiques baryoniques, grâce à l'utilisation de 50000 quasars lointains. Et ces oscillations acoustiques baryoniques qui se matérialisent par une certaine répartition des galaxies et des masses de gaz dans l'Univers, permettent en outre de déterminer le taux d'expansion de l'Univers à une certaine époque de son évolution.



(Pour une explication claire de ce que sont les oscillations acoustiques baryoniques, je ne peux que vous renvoyer vers cet excellent article).

Un an et demi plus tard, la même équipe poursuit dans sa lancée, toujours avec les données du Sloan Digital Sky Survey (SDSS III), mais cette fois-ci avec trois plus de quasars : 137562 pour être exact. C'est considérable. La technique employée consiste à mesurer comment la lumière de ces quasars est atténuée au cours de son trajet entre son départ et son arrivée dans nos télescopes.  
Principe de la méthode de mesure
employée par BOSS (SDSS III)

C'est en mesurant le spectre des quasars en spectrographie que l'on parvient à voir toute une forêt de raies d'absorption caractéristiques de l'hydrogène intergalactique (les raies Lyman alpha). Cette information permet de déterminer la quantité et la répartition de la matière, de là on en déduit les caractéristiques des oscillations acoustiques baryoniques. Le taux d'expansion est ensuite évalué à partir de la distribution et de la forme de ces oscillations acoustiques baryoniques.

Cela fait environ 5 milliards d'années que l'expansion de l'Univers s'accélère, grâce à (ou à cause de) la mystérieuse énergie noire. Auparavant l'expansion ralentissait. Et c'est justement à une époque où l'expansion ralentissait encore que ces observations s'intéressent. Le taux d'expansion a pu être mesuré à un redshift z de 2,34, soit il y a environ 11 milliards d'années. Timothée Delubac et ses collègues trouvent que ce taux d'expansion valait alors à cette époque 222 km/s/Mpc, ce qui fait en termes plus communs, sachant que 1 Mpc est égal à 31 milliards de milliards de kilomètres, une expansion de 1% tous les 44 millions d'années.
Le taux d'expansion aujourd'hui, bien qu'accélérant, est trois fois plus faible qu'alors, il vaut  actuellement 71 km/s/Mpc.

Le programme du Sloan Digital Sky Survey (SDSS-III) utilise le télescope de 2.5 m de la Sloan Foundation. 
Cette nouvelle mesure est fondée sur les données du BOSS (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey) qui est l'un des quatres surveys de SDSS-III. Il met en oeuvre les techniques développées depuis 2005 qu'on appelle les oscillations baryoniques acoustiques (ou BAO), ou comment des toutes petites variations dans la distribution de matière de l'univers très primordial permettent de comprendre la taille de l'Univers à différentes époques de son histoire.

Les mesures de BOSS montrent très clairement que l'expansion ralentissait il y a 11 milliards d'années, du fait de l'attraction mutuelle de toutes les galaxies de l'Univers. Et quand l'Univers s'est étendu, la force répulsive - constante - associée à cette fameuse énergie noire à commencé à dominer sur la force de gravitation, et l'expansion à devenir constante durant un temps très court puis accélérant à jamais... (?)


Source : 
Baryon Acoustic Oscillations in the Ly forest of BOSS DR11 quasars.
T. Delubac et al.
soumis à Astronomy and Astrophysics
http://arxiv.org/pdf/1404.1801v1.pdf

jeudi 10 avril 2014

Les Sentinelles de la Terre

Le 3 avril, ce n'est pas une fusée Ariane qui a emporté avec elle le premier satellite d'une grande famille à venir, mais un lanceur Soyouz. Je veux parler de la famille des satellites Sentinel. Sentinel 1A est donc maintenant en orbite, et ces frères et cousins vont suivre dans les mois et années qui viennent. La constellation des satellites Sentinel est le fruit d'un vaste programme d'observation de la Terre lancé par l'Union Européenne et l'ESA pour plus de 8 milliards d'euros, appelé Copernicus.



Le programme Copernicus est sans doute le programme d'étude de la Terre le plus ambitieux jamais imaginé. Les six Sentinel fourniront ensemble un suivi sur le long terme du climat terrestre, des océans, de l'atmosphère, des terres et forêts sans précédent.
Le but de Copernicus et des Sentinel est de fournir aux Etats de l'UE des données scientifiques robustes pour permettre de développer des politiques environnementales efficaces.
Ces données serviront par exemple à créer des cartographies des zones glacées, à gérer les zones agricoles, à évaluer et prévoir les changements climatiques et les catastrophes naturelles, à imager les pollutions... Les Sentinel devront pouvoir produire des images, des cartes et des modèles quasi en temps réel, à l'image des satellites météo mais pour de beaucoup plus nombreux paramètres.
Et les Sentinel seront des satellites qui seront remplacés au fur et à mesure de leur vieillissement, ce qui permettra d'acquérir des données dans la durée, sans interruption.
Et ce qui est tout à fait important à crier haut et fort : les données seront disponibles librement pour tout le monde (accès et utilisation) !
Bon, les scientifiques auront tout de même quelques accès privilégiés, avec par exemple un support de spécialistes de l'ESA.

Déploiement de Sentinel 1A (animation ESA)

Sentinel-1A qui vient d'être lancé aura un satellite jumeau, 1B, qui devrait s'envoler d'ici à la fin 2015. Ils contiennent tous les deux un radar qui permet de faire des images à travers les nuages et la nuit. Ils se focaliseront notamment sur les forêts tropicales, très denses. Ils fonctionneront parfois en tandem, pour imager le même point avec un très court laps de temps.

Les Sentinel 2 à 5 auront des objectifs différents du premier. Ils observeront avec des capteurs optiques, des radiomètres et des spectromètres, pour mesurer tout ce qui est possible, depuis la température de la mer jusqu'à la pollution de l'air. 



Sentinel 2 (animation ESA)

Le Sentinel 6 est encore en cours de discussions, il pourrait (et on l'espère) emporter un radar altimétrique pour mesurer précisément le niveau des océans.

Ces divers instruments de mesure appliqués aux études des composants les plus importants de notre fragile planète feront des Sentinel les satellites sans doute les plus précieux des deux décennies à venir.
Sentinel-4, par exemple, sera l'un des premiers, si ce n'est le premier, à mesurer les polluants atmosphériques depuis une orbite géostationnaire, et le premier à fournir des données toutes les heures sur une zone donnée (Europe et Afrique du Nord).


Sentinel 3 (animation ESA)

Les Sentinels 2A et 2B, eux, seront tout simplement les meilleurs dans leur catégorie d'observateurs de la Terre, avec une résolution trois fois meilleure (inférieure à 10 m) que l'actuel Landsat-8 américain. Ils repasseront de plus au dessus de la même zone tous les 3 jours. De nombreux spécialistes en attendent déjà beaucoup. D'ailleurs, les exploitants de Landsat-8 et les futurs de Sentinel 2 se sont mis d'accord pour utiliser des données compatibles entre elles, de manière à pouvoir créer une vaste archive commune et une sorte de 'satellite virtuel' composé des deux systèmes.

Il est plus qu'urgent de s'occuper de notre planète avant de se pencher vers d'autres planètes où personne n'ira jamais, comme c'est parti...


source : 
Nature 508, 160–161 (10 April 2014)