30/11/20

La "nova" de 1670 était 25 fois plus lumineuse qu'une nova


Le 20 juin 1670, l'astronome Anthelme Voituret découvrait ce qui allait rester comme la première nova documentée de l'époque moderne : Nova Vulpeculae 1670 (CK Vulpeculae) dans la constellation du Petit Renard. Alors que l'on a longtemps pensé qu'il s'agissait d'une nova relativement classique, des nouvelles observations indiquent que CK Vulpeculae se trouverait 5 fois plus loin que les premières estimations, ce qui signifie que l'éruption de 1670 devait être 25 fois plus brillante qu'une simple nova... L'étude est parue dans The Astrophysical Journal Letters.


27/11/20

Explication trouvée pour la galaxie NGC1052-DF4 très déficiente en matière noire

Cette étude vient peut-être clore un long débat passionné qui a commencé il y a deux ans au sujet d'un couple de galaxies naines qui semblaient très appauvries en matière noire, les galaxies NGC1052-DF2 et NGC1052-DF4. Une équipe vient en effet de montrer que NGC1052-DF4 est victime de cannibalisation par une grosse galaxie voisine qui a déjà accaparé la majorité de sa matière noire et est en train de faire de même avec ces étoiles, d'où son aspect très atypique. L'étude est parue dans The Astrophysical Journal.


25/11/20

Première détection des neutrinos du cycle CNO du Soleil


Les chercheurs de la collaboration Borexino viennent d'obtenir la première preuve expérimentale de l'existence du cycle de fusions nucléaires CNO (carbone-azote-oxygène) dans le Soleil. Ils ont pu le mettre en évidence grâce à la détection des neutrinos spécifiques qui sont produit dans ce processus. Ils publient leurs résultats dans Nature.


24/11/20

Le Grand Nuage de Magellan déforme la Voie Lactée


Le Grand Nuage de Magellan est la plus grosse galaxie satellite de la Voie Lactée. Elle a une masse pas du tout négligeable de l'ordre d'un dixième de celle de la Voie Lactée. On pense que cette galaxie "naine" est passé très près du disque de notre galaxie il y a 700 millions d'années, et aujourd'hui, on découvre que ce passage semble avoir laissé de sérieuses traces d'étirement et de déformation du disque de la Voie Lactée, une étude parue dans Nature Astronomy aujourd'hui.


21/11/20

Le FRB de notre galaxie se répète (lui aussi) !

Il y a à peine trois semaines, je vous relatais la mise en évidence du premier FRB (Fast Radio Burst) provenant de notre galaxie, issu d'un magnétar nommé SGR 1935+2154. Et bien il n'aura pas fallu très longtemps pour détecter deux autres bouffées rapides d'ondes radio venant de ce magnétar. FRB 200428 se répète donc, comme un grand nombre d'autres FRB, et avec une énergie dissipée qui paraît très variable. Une étude parue dans Nature Astronomy.


SGR 1935+2154 est un magnétar qui se trouve à seulement 14000 années-lumière d'ici, deux fois moins loin que le centre galactique et est à ce titre l'un des magnétar les plus proches sur la trentaine que nous avons pu identifiés à ce jour. Mais pour l'instant, c'est le seul qui montre des bouffées rapides d'ondes radio de type FRB. La publication de cette découverte le 4 novembre dernier dans Nature concernait une observation effectuée le 28 avril 2020 avec d'un côté le radiotélescope CHIME et de l'autre avec celui de la collaboration STARE2. Bien évidemment, la communauté astrophysique a été très vite au courant de cette détection, bien avant la rédaction de l'article puis sa publication après le long processus de validation par les pairs. Des équipes se sont donc lancées très vite dans un suivi régulier du magnétar SGR 1935+2154 et voici le premier résultat de cette traque : deux nouvelles bouffées d'ondes radio très courtes, espacées de moins de 2 secondes ont été détectées le 24 mai 2020 par quatre radiotélescopes européens.

Franz Kirsten (Chalmers University) et ses collaborateurs ont scruté le magnétar durant quatre semaines, soit un total de 522 heures, et ont fini par voir deux sursauts de faible intensité espacés de 1,4 s. Et quand on dit faible intensité, c'est vraiment le cas, car si on compare les différentes bouffées observées, entre les deux premières du 28 avril et ces deux nouvelles (10 000 fois plus faibles que les deux premières), plus une autre qui a également été perçue par le radiotélescope chinois FAST entre temps (le 3 mai), et encore 1000 fois plus faible que ces deux nouvelles publiées aujourd'hui, on a des niveaux d'énergie émise qui s'étalent sur 7 ordres de grandeur ! (la plus faible bouffée est 10 millions de fois moins intense que la plus forte). Ces données sont évidemment extrêmement importantes car elles permettent de comprendre pourquoi on peut voir certains FRB extragalactiques se répéter et d'autres non. Il se pourrait simplement qu'ils se répètent tous mais que nous n'arrivons à détecter que les bouffées les plus intenses avec nos radiotélescopes, le sommet de l'iceberg...

Ces deux nouvelles bouffées d'ondes radio portent bien leur nom car elles sont très rapides : 866 ± 43 μs et 961 ± 48 μs. Elles montrent cependant des différences notables, non seulement dans l'énergie qu'elles transportent (la seconde est 5 fois moins énergétique que la première), mais aussi en terme de polarisation des ondes électromagnétiques : la première bouffée est très faiblement polarisée, tandis que la seconde montre à la fois une composante de polarisation linéaire et de polarisation circulaire assez importantes.

Lorsque les chercheurs analysent le taux de répétition de FRB 200428, et le fait qu'ils n'ont rien détecté durant 421h avant de détecter ces deux bouffées séparées de 1,4 s, ils en déduisent que ces bouffées ne sont pas distribuées de façon aléatoire ou selon une distribution de Poisson, mais qu'au contraire les bouffées doivent apparaître en groupes, d'ailleurs exactement ce qui avait été observé sur le premier FRB répétitif découvert, le fameux FRB 121102.

Alors que les deux premières bouffées du 28 avril étaient accompagnées par des bouffées de rayons X qui signaient l'origine du magnétar, ce n'est pas le cas pour ces nouvelles bouffées d'ondes radio : le télescope Fermi-GBM n'a rien détecté à ce moment là et malheureusement, les autres télescopes spatiaux HXMT et Swift n'étaient pas dans le champ de vue de SGR 1935+2154 /FRB 200428. Et inversement, plusieurs bouffées de rayons X ont été détectées durant les 4 semaines d'observation du mois de mai : notamment le 10 mai et le 20 mai en provenance certaine du magnétar, mais aucune bouffée rapide radio n'a été trouvée en coïncidence. Et HXMT a de son côté détecté en tout 59 bouffées de rayons X durant la campagne d'observation de l'équipe de Kirsten, dont certaines beaucoup plus fortes que celle détectée par Fermi, mais là encore, aucun signal radio en coïncidence.

Le suivi resserré de SGR 1935+2154 va donc maintenant se poursuivre dans de multiples longueurs d'ondes, des plus énergétiques aux moins énergétiques, à la recherche de bouffées de tous les types... Lorsqu'on tient un bon client, il serait dommage de le lâcher aussi vite. Ce magnétar est bien parti pour nous fournir la clé de l'énigme FRB.


Source

Detection of two bright radio bursts from magnetar SGR 1935 + 2154
F. Kirsten, et al.
Nature Astronomy (16 november 2020)


Illustration

Signal mesuré des deux nouvelles bouffées rapides d'ondes radio de FRB 200428 (Kirsten et al.)

20/11/20

Découverte d'un amas globulaire extrêmement pauvre en métaux dans la galaxie d'Andromède


Un amas globulaire extrêmement pauvre en éléments lourds a été caractérisé dans la galaxie d’Andromède. RBC EXT8 apparaît beaucoup trop pauvre en « métaux » pour la masse qu’il arbore, de quoi retravailler la théorie de la formation de ces très vieux groupes denses d’étoiles. Une étude parue dans Science.


18/11/20

Mystère résolu pour la Nébuleuse de l'Anneau Bleu


La Nébuleuse de l'Anneau Bleu a été découverte en 2004, et depuis 16 ans, elle fait s'arracher les cheveux des astrophysiciens qui ne comprennent pas comment elle a pu se former. Non seulement sa forme est très atypique mais elle montre également des émissions UV et infra-rouge incompréhensibles. Mais ça c'était avant... avant cette étude qui vient de paraître dans Nature aujourd'hui... Une équipe d'astrophysiciens vient enfin de comprendre l'origine de cette nébuleuse, qui nous donne une vue unique sur un phénomène qui doit pourtant être courant...


17/11/20

Kraken : la galaxie satellite qui a fusionné avec la Voie Lactée il y a 11 milliards d'années


Vous connaissez Kraken ? Je vous rassure, moi non plus jusqu'à avant-hier. Kraken, c'est le nom qui a été donné à une galaxie hypothétique qui aurait participé activement à la formation de notre Voie Lactée, avec de nombreuses autres, via des fusions successives. Elle a été mise en évidence par une équipe d'astrophysiciens qui arrive à reconstituer l'histoire de la formation de notre galaxie, son arbre généalogique en quelque sorte, grâce à ses amas globulaires. Une étude publiée dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.


15/11/20

Détection d'une kilonova anormalement lumineuse


Une nova est le résultat visible d'une explosion thermonucléaire de surface sur une naine blanche. Une supernova est le résultat, 1 million de fois plus brillant, d'une explosion complète de naine blanche (supernova de type Ia) ou de l'effondrement gravitationnel du coeur d'une étoile massive (supernova de type II). Une kilonova, quant a elle, est un phénomène qui se situe entre les deux en terme de luminosité, 1000 fois plus brillante qu'une nova (d''où son nom) mais d'origine très différente puisqu'elle est est associée à la collision de deux étoiles à neutrons. Et aujourd'hui, une équipe d'astrophysiciens vient de détecter une kilonova qui est 10 fois plus lumineuse en infra-rouge que les kilonovas habituelles... Ils rapportent leur découverte dans un article à paraître dans The Astrophysical Journal.


13/11/20

Mesure d'une réaction cruciale pour la nucléosynthèse du Big Bang


Les éléments les plus légers ont été produits durant les premières minutes de l'Univers lors d'une séquence de réactions nucléaires qu'on appelle la nucléosynthèse primordiale, ou nucléosynthèse du Big Bang (BBN en anglais). Parmi ces éléments, le deutérium (2H) est un excellent indicateur des paramètres cosmologiques, car il est très sensible à la densité baryonique ainsi qu'au nombre de familles de neutrinos. L'abondance du deutérium est très liée à l'une des réactions qui le fait disparaître : lorsqu'il fusionne avec un proton pour former un noyau d'hélium-3. Une équipe de physiciens vient de mesurer avec une précision inédite le taux de cette réaction nucléaire cruciale qui restait mal connu, grâce à un accélérateur installé dans les profondeurs du laboratoire souterrain du Gran Sasso. Ils publient leurs résultats cette semaine dans Nature.


11/11/20

L'uranium et le thorium : des éléments clé pour l'habitabilité d'une planète


Une équipe de chercheurs vient de montrer que l'abondance en uranium et en thorium est un paramètre clé pour l'habitabilité d'une planète, via la génération d'un champ magnétique protecteur issu de la dynamique thermique des couches internes, elle même dirigée par la décroissance radioactive de  l'uranium et du thorium... Une étude publiée dans The Astrophysical Journal Letters.


Si la radioactivité naturelle de la Terre était un peu plus faible, notre planète ne serait pas habitable, mais si elle avait été un peu plus élevée, elle n'aurait pas été habitable non plus... C'est pour résumer ce que trouvent Francis Nimmo (University of California) et ses collaborateurs en étudiant l'impact qu'a l'abondance des couches internes d'une planète rocheuse en éléments radioactifs à très longue période (U-235, U-238 et Th-232). 
L'évolution thermique des planètes rocheuses aux échelles géologiques (de l'ordre du milliard d'années) dépend directement de la chaleur produite lorsque les noyaux radioactifs se désintègrent. L'énergie nucléaire qui est libérée lorsqu'un noyau radioactif se désintègre par une émission alpha ou béta , accompagnée le plus souvent par des photons gamma, se transforme en énergie cinétique soit de la particule alpha, soit de l'électron (dans le cas d'une désintégration béta). Cette énergie cinétique est ensuite transformée en mouvement des noyaux d'atomes et des électrons environnants lorsque ces particules entrent en collision avec eux. Les photons gamma, eux, agissent principalement sur les électrons du milieu en les éjectant des atomes par effet photoélectrique ou en leur transférant de l'énergie-impulsion par effet Compton.
Cette agitation des atomes (noyaux et électrons) qui en résulte n'est rien d'autre que ce qu'on appelle la chaleur. La production de chaleur radiogénique actuelle est estimée à 22 TW, dont 15 TW provenant du manteau seul. La chaleur interne de la Terre provient ainsi en grande partie de la décroissance radioactive des milliers de milliards de tonnes d'uranium et de thorium (et de leurs descendants) qu'elle contient. Mais cette quantité d'éléments radioactifs à très longue période n'est pas la même pour toutes les planètes rocheuses, loin de là. Tout dépend en effet du nuage protostellaire dans lequel elles se sont formées. L'uranium et le thorium sont des éléments forgés par des processus rares comme les collisions d'étoiles à neutrons (induisant une capture rapide de neutrons, qu'on appelle le processus-r). On sait que la teneur en uranium de planètes rocheuses peut ainsi très facilement varier d'un facteur 10 à 100 d'un système planétaire à l'autre. Ce qu'ont calculé Nimmo et ses collaborateurs, c'est l'effet d'une telle variabilité de la teneur en éléments radioactifs sur le devenir thermique d'une planète et les conséquences qui en découlent pour son habitabilité potentielle. Ils modélisent ce que donnerait sur Terre une teneur en uranium et thorium seulement 3 fois plus faible et 3 fois plus élevée.
L'effet le plus important qui est induit par la chaleur interne d'une planète tellurique est l'effet dynamo, qui apparaît par le déplacement de charges électriques dans le coeur métallique liquide, qui produit finalement un champ magnétique, à même de protéger l'atmosphère du rayonnement cosmique. Cet effet dynamo ne peut exister que par l'apparition de mouvements de convection des couches internes de la planète, qui sont eux-mêmes générés par la source de chaleur radiogène. 
Reprenons : l'uranium et le thorium produisent de la chaleur, qui fait apparaître des échanges thermiques par des mouvements de convection entre le coeur et le manteau, ce qui produit un effet dynamo. Cet effet dynamo crée le champ magnétique de la planète, qui va alors dévier les particules du rayonnement cosmique et du vent solaire, ce qui va protéger efficacement l'atmosphère d'une forte déplétion et va réduire également fortement l'irradiation du sol. 
Sans radioactivité naturelle, la Terre serait froide et quasi dénuée de champ magnétique, donc probablement sans atmosphère et gelée. Dans leur étude, Francis Nimmo et ses collègues montrent qu'en fait, la Terre a échappé de peu à ce tableau : les valeurs d'abondance en uranium et thorium apparaissent juste suffisantes pour que la Terre ait pu conserver une dynamo continue et efficace, et sasn produire une trop forte activité tectonique. Avec trois fois moins ou trois fois plus d'actinides, l'habitabilité de notre planète était plus que fortement compromise.
On comprend aisément ce qui peut se passer si une planète n'a pas assez de chaleur interne (Mars en est un bon exemple). Mais si elle a trop de chaleur produite par la radioactivité, ça ne se passe pas non plus très bien... Les physiciens américains calculent que si l'abondance en uranium et en thorium était trois plus élevée, l'effet dynamo n'aurait pas été possible durant une très longue période de l'histoire de la Terre (située entre 3,2 et 4,2 milliards d'années après sa naissance) ! En effet, ces éléments qui se trouvent en grande quantité dans le manteau terrestre le rendraient globalement plus chaud et le manteau agirait de fait comme un isolant vis à vis du noyau métallique liquide, qui ne pourrait alors plus produire les importants mouvements de convection qui sont à l'origine du champ magnétique. 


Avec plus de chaleur interne radiogénique, la planète a aussi beaucoup plus d'activité volcanique à sa surface et d'activité tectonique, ce qui pourrait produire plus de dégazage et donc augmenter la densité atmosphérique, mais sans champ magnétique, l'atmosphère se retrouve balayée par le vent solaire et le rayonnement cosmique...
A contrario, une planète sans chaleur interne suffisante est une planète géologiquement morte, sans activité volcanique et donc sans atmosphère, et avec un champ magnétique réduit à la portion congrue, voire quasi inexistant, laissant s'installer une forte irradiation de la surface.
On peut ainsi passer très vite d'une planète géologiquement morte à une planète très active, les deux cas étant a priori inhabitables, et uniquement en faisant bouger la variable de la teneur en uranium et en thorium du manteau rocheux.
On s'attend naturellement à une très forte variabilité de l'abondance en uranium et en thorium dans la matière constitutive des étoiles et des planètes qui vont se former autour d'elles. Car cette abondance dépend de la proximité du nuage de gaz et de poussière initial d'un nuage résiduel de collision d'étoiles à neutrons qui contiendrait les éléments lourds en question. 
L'abondance en éléments lourds comme l'uranium et le thorium peut être estimée, indirectement, dans les étoiles proches (et donc les planètes qui les entourent). Un autre élément formé dans les fusions d'étoiles à neutrons peut en effet être mesuré dans le spectre des étoiles, c'est l'europium, qui va pouvoir servir de traceur. Francis Nimmo et ses collaborateurs ont récupéré des données de l'abondance en europium (mesurée relativement au magnésium) dans une grande population d'étoiles proches de notre galaxie, dans le but de connaître la variabilité naturelle de cette abondance et comparer avec notre système solaire. Résultat : le Soleil se situe bien au milieu de la plage, mais surtout, ce que montrent les chercheurs, c'est que de très nombreuses étoiles ont au moins deux fois moins d'europium et de très nombreuses autres en possèdent plus de deux fois plus.
La plage d'habitabilité semble ainsi plus réduite qu'on ne le pensait, et pour les astrobiologistes, la vie ne s'est pas développée dans notre système solaire par hasard. La Terre avait la bonne proportion d'uranium et de thorium pour produire juste ce qu'il fallait de chaleur interne : un peu d'activité tectonique mais pas trop, et un effet dynamo pérenne, protecteur de l'atmosphère et de l'effet délétère des rayonnements ionisants.
Dans le futur, les observations qui permettront de caractériser l'atmosphère d'exoplanètes offriront la possibilité de déterminer une corrélation entre l'abondance mesurée en uranium et thorium (via le traceur europium) et la nature de l'atmosphère, voire de trouver une variabilité au sein d'un même système stellaire...


Source

Radiogenic Heating and Its Influence on Rocky Planet Dynamos and Habitability
Francis Nimmo et al.
The Astrophysical Journal Letters, Volume 903, Number 2 (10 november 2020)


Illustrations

1) Schéma des couches internes de la Terre (Melissa Weiss)

2) Schéma des couches interne de la Terre avec une plus forte chaleur interne (empêchant l'effet dynamo)  (Melissa Weiss)

09/11/20

Elegast : la première naine brune découverte par son émission radio


Les naines brunes sont des étoiles ratées, trop petites et trop froides pour avoir initié les réactions de fusion de l'hydrogène qui font briller les étoiles. Certaines naines brunes sont même trop froides pour pouvoir être détectées par leurs émissions infra-rouge. Mais elles peuvent être détectées autrement : pour la première fois, une équipe décrit la détection d'une naine brune par les émissions radio de ses aurores polaires. Une étude publiée dans The Astrophysical Journal Letters.


06/11/20

Le gaz chaud intergalactique caractérisé directement par ses rayons X


Une équipe d'astrophysiciens vient de parvenir à mesurer la densité et la température du gaz chaud intergalactique, cette matière baryonique qui a tendance à bien se cacher dans les filaments cosmiques entre les amas de galaxies. Une étude parue dans Astronomy&Astrophysics.


04/11/20

Détection d'un FRB dans notre galaxie, émis par un magnétar!


Le 28 avril dernier, les chercheurs de la collaboration CHIME/FRB (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment/Fast Radio Burst) qui traquent les sursauts rapides d'ondes radio en ont détecté un avec une très forte intensité. Et pour cause, il venait de notre galaxie, et d'un objet déjà identifié auparavant : un magnétar situé à 30000 années-lumière. Qui plus est, une éruption de rayons X avait été également observée au même moment émanant de ce même magnétar. L'origine des FRB (Fast Radio Bursts, sursauts rapides d'ondes radio) semble donc se confirmer... Ils publient leur étude dans le numéro de cette semaine de Nature, qui est accompagnée par deux autres études décortiquant ce sursaut radio, baptisé FRB 200428, qui va rester dans la petite histoire de l'astronomie. 

03/11/20

Les étoiles massives éjectées de leur amas de naissance


La grande majorité des étoiles massives se font éjecter de l'amas où elles sont nées. Deux études différentes arrivent à la même conclusion en étudiant des étoiles massives isolées situées dans le Petit Nuage de Magellan. Et on sait aussi comment ça se passe (là-haut). Deux études publiées dans The Astrophysical Journal.


01/11/20

Mesure de la densité en hydrogène du "vide" interstellaire


Quelle est vraiment la densité d'hydrogène neutre dans le voisinage du Soleil, c'est à dire dans le milieu interstellaire ? C'est à cette question que se sont attaqués des astrophysiciens américains pour départager deux mesures antérieures discordantes. Pour y répondre, ils ont exploité des mesures des flux de particules effectuées par la sonde New Horizons qui explore les confins du système solaire. Ils publient leurs résultats dans The Astrophysical Journal.