C’est un nouveau phénomène de précession relativiste qui vient d’être observé mais cette fois-ci, sur l’orbite d’un trou noir supermassif autour d’un autre trou noir supermassif. L’orbite du trou noir de 150 millions de masses solaires a été prédite puis vérifiée avec une précision de seulement 4h, ce qui permet de déduire des caractéristiques de l’énorme trou noir supermassif central de 18 milliards de masses solaires… Une étude parue dans The Astrophysical Journal Letters.
Astronomie, Astrophysique, Astroparticules, Cosmologie. L'infini se contemple, indéfiniment. ISSN 2272-5768
30/04/20
28/04/20
Un nouveau modèle empirique de Supernova Ia
Connaître
le mieux possible les supernovas de type Ia, celles qui sont produites par
l'explosion d'une naine blanche trop massive et qui ne laissent aucun résidu
compact derrière elles, est très important car ces supernovas sont utilisées
pour étudier les paramètres cosmologiques (paramètre de Hubble-Lemaître et accélération
de l'expansion). Une collaboration internationale vient de développer un nouveau modèle
qui permet d'améliorer sensiblement la description énergétique et spectrale de ces supernovas,
et donc les mesures de distances qui sont effectuées avec elles. Une
étude parue dans Astronomy & Astrophysics.
26/04/20
Vénus : super-rotation et azote se dévoilent
Elle illumine nos soirées par son éclat imbattable, l’atmosphère de Vénus possède pourtant plusieurs caractéristiques encore mal comprises... Vénus est notamment animée par une étonnante super-rotation qui voit ses couches atmosphériques tourner 60 fois plus vite que la planète elle-même. L’atmosphère vénusienne semble aussi arborer une composition chimique structurée. Deux études parues cette semaine présentent de nouveaux résultats éclairants sur la singulière atmosphère vénusienne, la première dans Science et la seconde dans Nature Astronomy.
23/04/20
La naine blanche, le trou noir et les rayons X périodiques
En
septembre 2019, une équipe internationale publiait dans Nature une étude
décrivant une émission de rayons X mous quasi-périodique à très courte période,
seulement 9h,
en provenance du trou noir supermassif d’une petite galaxie nommée GSN 069 (voir ici).
Aujourd’hui, un astrophysicien britannique propose une solution pour cette
source énigmatique. Il publie son étude dans les Monthly Notices of The
Royal Astronomical Society.
22/04/20
Abondance de galaxies en rotation dans l'Univers jeune
Des galaxies en rotation et de belles spirales par dizaines... mais dans l'Univers âgé de moins de 1,5 milliards d'années. C'est ce que vient de révéler un grand relevé galactique effectué en multi-longueurs d'ondes avec ALMA associé à d'autres télescopes terrestres et spatiaux. Un tel nombre de galaxies déjà bien formées, aussi tôt dans l'histoire cosmique n'était pas vraiment attendu. Une étude parue dans The Astrophysical Journal Supplement Series.
20/04/20
L'origine du champ magnétique terrestre reste inconnue
Le champ magnétique terrestre existait-il déjà il y a plus de 3,5 milliards d'années ? Alors qu'une équipe de géophysiciens américains avaient conclu par l'affirmative en 2015 suite à l'analyse de cristaux de zircone trouvés en Australie, semblant tracer un champ magnétique jusqu'à 4,2 milliards d'années dans le passé, une nouvelle analyse des mêmes types de cristaux par une autre équipe américaine arrive à la conclusion inverse, en montrant que les cristaux de zircone ne sont pas pertinents pour mettre en évidence le champ magnétique terrestre primordial. Une étude parue dans Science Advances.
16/04/20
Observation d'une précession relativiste autour de Sgr A*
Une superbe observation vient de confirmer une fois encore la prévalence de la Relativité Générale à proximité de Sgr A*. Cette fois-ci, c'est la forme de l'orbite de l'étoile S2 qui se dévoile, en montrant une précession de son orbite elliptique, à l'image de l'explication de la précession de l'orbite de Mercure qui avait valu la gloire à Albert Einstein il y a un siècle. Une étude parue dans Astronomy & Astrophysics.
15/04/20
Renforcement de l'asymétrie entre neutrinos et antineutrinos
Le journal Nature en fait sa Une aujourd'hui. Même si on ne peut pas encore parler de découverte au sens de celui de la physique des particules qui requiert une signifiance statistique très grande, les nouveaux résultats obtenus par la collaboration internationale T2K ne cessent de se rapprocher des 5 sigmas tant recherchés : une nette différence est observée dans le comportement oscillatoire des neutrinos muoniques et celui de leurs antiparticules, avec une signifiance statistique qui atteint 3 sigmas.
Cela fait maintenant 10 ans que les chercheurs de 68 instituts de 12 pays (dont plusieurs labos du CNRS et du CEA en France) s'emploient à détecter des neutrinos électroniques et des antineutrinos électroniques dans le détecteur géant japonais Super Kamiokande, après l'avoir "bombardé" par un faisceau de neutrinos muoniques et d'antineutrinos de la même saveur. L'expérience T2K (Tokai to Kamioka) produit en effet des faisceaux de neutrinos ou d'antineutrinos grâce à l'accélérateur J-PARC (Japan Proton Accelerator Research Complex) de Tokai (un accélérateur de protons qui génère des pions se désintégrant ensuite rapidement en neutrinos ou antineutrinos), des neutrinos qui sont détectés 295 km plus loin dans la cuve de 50000 m3 d'eau, instrumentée de 13000 photodétecteurs, de SuperKamiokande.
C'est à SuperKamiokande en 1998 que l'oscillation des neutrinos a été mise en évidence pour la première fois, prouvant par là même qu'ils possèdent une masse, toute petite. Au cours de leur trajet, les neutrinos oscillent : ils changent de saveur, passant de neutrino mu à neutrino tau puis à neutrino électronique. Idem pour les antineutrinos. Ou presque... Car tout l'enjeu est là. Les physiciens veulent savoir si les neutrinos et les antineutrinos se comportent exactement de la même façon lorsqu'ils oscillent en se déplaçant.
L'existence d'une asymétrie entre particules et antiparticules chez les neutrinos serait une clé de compréhension fondamentale qui pourrait nous mener vers l'origine de l'ascendant qu'a eu la matière sur l'antimatière dans l'Univers primordial. On comprend mieux pourquoi se résultat significatif de T2K fait la Une de la revue scientifique la plus prestigieuse...
L'asymétrie qui est observée par T2K est importante. Des premières indications avaient été entrevues dès 2016, mais les données étaient encore relativement pauvres. Quatre ans plus tard, les événements enregistrés s'étant accumulés et les techniques d'analyse s'étant améliorées en parallèle, le résultat devient de plus en plus robuste. Le fait que la signifiance statistique augmente en fonction de la quantité de données enregistrée semble indiquer qu'il y a là un véritable effet physique. Mais à 3 sigmas, on ne parle pas encore officiellement de "découverte", mais plutôt d'"évidence", et cela correspond à une probabilité de 0,3% que l'effet observé soit dû à une fluctuation statistique fortuite. Une découverte, correspondant à une signifiance statistique de 5 sigmas correspond à une probabilité inférieure à 0,00006% que l'on soit dans l'erreur. Pour en arriver à ce niveau, il faudra encore beaucoup de neutrinos détectés à SuperKamiokande ou dans d'autres expériences du même type. Mais les physiciens de T2K ont de la chance que l'asymétrie entre neutrinos et antineutrinos semble maximale vis à vis de ce qu'elle pouvait être théoriquement.
Les chercheurs observent en effet que les neutrinos possèdent une plus grande probabilité d'osciller de la saveur mu vers la saveur e que ne le font les antineutrinos. Cette différence est tracée par ce qu'on appelle la phase de violation de CP : 𝛅CP. Si cette phase était égale à 0 ou à ±180° (0 ou ±3,14159 rad), cela voudrait dire que les neutrinos et les antineutrinos se comportent de la même façon. L'expression de l'amplitude de la violation de CP comporte en effet le sinus de 𝛅CP (sin(𝛅CP)), en plus du sinus des angles de mélange entre les états de saveurs différentes propres aux neutrinos).
Dans ce cas, l'expérience aurait dû détecter durant ses 10 ans de fonctionnement à Kamioka 68 neutrinos électroniques et 20 antineutrinos électroniques, compte tenu des neutrinos mu et antineutrinos mu envoyés depuis Tokai. Mais les physiciens ont détecté 90 neutrinos électroniques (au lieu de 68) et seulement 15 antineutrinos (au lieu de 20). A partir de ces nombres de neutrinos et antineutrinos détectés, les physiciens de T2K excluent 42% du domaine des valeurs possibles pour 𝛅CP (à 3 sigmas), les valeurs comprises 0,13 rad (7,45°) et 2,803 rad (160,61°). Et la valeur la plus probable que les auteurs obtiennent pour 𝛅CP vaut −1,89 rad (avec des incertitudes −0,58 +0,70). Les valeurs 0 et 𝜋 rad (id est une symétrie parfaite) sont exclues à 95%...
Une telle violation de la symétrie de charge-parité CP qui semble se dessiner dans les neutrinos implique que tous les neutrinos seraient "gauches" et les antineutrinos seraient "droits" en termes de chiralité (le sens de leur spin par rapport à la direction de leur mouvement). Et une théorie très en vogue chez les spécialistes des neutrinos et des particules en général, pour expliquer la très petite masse des neutrinos que nous connaissons, associe aux trois neutrinos légers des partenaires très massifs à chiralité inversée, des neutrinos ultra-massifs qui n'auraient vécu que dans l'Univers primordial très chaud, où ils se seraient rapidement désintégrés en d'autres particules.
Mais si les neutrinos légers possèdent une asymétrie entre particules et antiparticules, les partenaires massifs de l'Univers primordial devraient s'être désintégrés également de manière asymétrique entre neutrinos et antineutrinos, donnant naissance finalement à une quantité de matière légèrement supérieure à la quantité d'antimatière, à l'origine du surplus qui forme notre Univers aujourd'hui. La clé élégante de l'énigme...
Mais il va falloir attendre encore quelques longues années avant d'obtenir le Graal des 5 sigmas, car même l'expérience américaine concurrente de T2K, NOvA, n'est pas en mesure d'apporter suffisamment de détections pour combiner leur résultat avec T2K jusqu'à ce niveau de signifiance statistique. Il faudra des expériences de plus gros volume comme DUNE aux Etats-Unis qui doit débuter ses mesures en 2027 et l'upgrade majeure de SuperKamiokande qui deviendra HyperKamiokande vers 2028. Les physiciens semblent en tout cas très confiants.
Il semble donc que ce ne soit plus qu'une question de temps pour que les neutrinos nous offrent à nouveau une petite révolution dans la physique des particules, et au-delà...
Source
Constraint on the matter–antimatter symmetry-violating phase in neutrino oscillations
The T2K Collaboration
Nature volume 580 (16 april 2020)
Illustrations
1) Traces de la détection d'un neutrino électronique (à gauche) et d'un antineutrino électronique (à droite) dans SuperKamiokande par l'émission de lumière Cherenkov de la particule secondaire produite (électron ou positron) (T2K Collaboration)
2) Une de Nature du 16 avril 2020 montrant la cuve de SuperKamiokande (Nature Springer)
3) Vue schématique de la production d'un faisceau de neutrinos dans l'expérience T2K (Collaboration T2K)
14/04/20
Record d'énergie pulvérisé par une supernova hyperlumineuse
C'est un nouveau record auquel nous venons d'assister, celui de la supernova la plus énergétique jamais observée : 500 plus lumineuse qu'une supernova normale. Détectée en février 2016 en provenance d'une galaxie très lointaine, sa lumière résiduelle a pu être suivie durant trois ans et fournit aujourd'hui la conclusion qu'il s'agit de l'explosion de l'une des étoiles les plus massives que l'on ait observée... Une étude publiée dans Nature Astronomy.
11/04/20
Saturne : la chaleur des aurores polaires se diffuse vers l'équateur
La température élevée des hautes couches atmosphériques de Saturne ne peut pas être expliquée par le seul échauffement solaire. Des nouvelles données obtenues par la sonde Cassini lors de ses dernières orbites autour de Saturne fournissent aujourd'hui une explication viable de la source de chaleur qui serait responsable de cette température deux fois trop élevée. Une étude parue dans Nature Astronomy.
09/04/20
Observation d'une anisotropie de l'Univers !
Une campagne d'observations en rayons X de plusieurs centaines d'amas de galaxies distribués dans toutes les directions dans le ciel vient de mener à une conclusion incroyable : l'expansion de l'Univers ne serait pas isotrope ! Ces mesures statistiquement très robustes pourraient faire vaciller le paradigme cosmologique construit depuis 70 ans. L'imposant article de 42 pages décrivant cette découverte a été publié hier dans Astronomy and Astrophysics.
07/04/20
Premières images à très haute résolution d'un jet de trou noir supermassif par l'Event Horizon Telescope
Alors que la campagne d'observation de l'Event Horizon Telescope de ce printemps a été annulée pour des raisons évidentes, après celles de 2018 et 2019 (pour d'autres raisons), les données de 2017 qui avaient permis l'image historique de la silhouette de M87* donnent encore des résultats stupéfiants, mais sur d'autres objets qui avaient été observés en même temps que les trous noirs emblématiques. Aujourd'hui, ce sont les analyses de ces données qui nous offrent la première image de la base d'un jet de trou noir supermassif à très haute résolution. Une étude parue dans Astronomy & Astrophysics.
06/04/20
Anomalie chimique du Soleil : Jupiter en cause
La composition du Soleil est différente de celle de la majorité des étoiles similaires en température, gravité de surface et métallicité. Les éléments réfractaires (qui composent par ailleurs les planètes rocheuses) y sont notamment 10% moins abondants que dans ces autres étoiles, ce qui n'est pas le cas des éléments plus volatils. Deux astrophysiciens britanniques proposent une solution pour expliquer ce phénomène : tout serait la faute de Jupiter... Une étude parue dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
03/04/20
GRB : Trace d'un cocon de matière entourant le jet ultra-relativiste
Il est possible de connaître l'environnement immédiat du progéniteur d'un sursaut gamma (GRB) en observant l'explosion longtemps après le sursaut et dans d'autres longueurs d'ondes. C'est ainsi que des chercheurs taiwanais et japonais détectent la présence d'un cocon de matière modérément relativiste entourant le jet de matière lié à l'explosion. Une étude parue dans The Astrophysical Journal Letters.
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