Rétrospective des 23 plus belles découvertes de 2023

L'heure de la rétrospective annuelle est venue ! Je vous propose de retrouver ci-dessous les 23 découvertes qui ont marqué cette année 2023, sous la forme d'un classement qui se veut tout à fait subjectif... 

Bonne année à toutes et tous ! 

23 : Découverte d'une galaxie sans étoiles (07.03)

22 : Caractérisation d'un sursaut gamma ultra-long et ultra-lointain (29.09)

21 : La vitesse ultime des trous noirs errants (25.08)

20 : Découverte d'une étoile produite dans un résidu de supernova par instabilité de paires (07.06)

19 : IceCube détecte les neutrinos de la Voie Lactée (07.07)

18 :  Vénus a une activité volcanique actuellement (19.03)

17 :  Nouvelle image du trou noir M87* obtenue grâce à l'intelligence artificielle (13.04)

16 : Les anomalies du fond diffus cosmologique expliquées par un effet d'avant plan galactique (09.07)

15 :  Découverte d'un trou noir de 100 millions de masses solaires 470 megannées post Big Bang (9.11)

14 : Le panache d'eau de Encelade analysé par le télescope Webb (01.06)

13 : Du phosphore détecté dans les panaches de Encelade (16.06 )

12 : De nombreuses molécules organiques identifiées dans les panaches de Encelade (15.12)

11 : Première mesure de la masse d'une naine blanche isolée (02.02)

10  : Mesure inédite de H0 grâce à une supernova démultipliée réapparue avec un retard, et nouveau pavé dans la mare (13.05)

9 : Détection d'une particule de 244 milliards de GeV, soit 40 Joules (29.11)

8 : Mesure inédite du ringdown dans GW190521 et réévaluation à la hausse de la masse du trou noir résultant (5.12 )

7 : La masse de la Voie Lactée divisée par 5 par une mesure précise de sa courbe de rotation (10.10)

6 : Découverte de 8 sursauts radio ultra-rapides (ultra FRB) (20.10)

5 : Découverte de 6 galaxies candidates très massives environ 600 mégannées post Big Bang (24.02)

4 : L'antimatière tombe vers le bas ! (27.09)

3 : L'espace-temps rayonne à proximité des trous noirs et des étoiles à neutrons (04.06)

2 : Détection du fond diffus d'ondes gravitationnelles à basse fréquence (29.06)

1 : GRB 221009A : le sursaut gamma le plus brillant depuis 10 000 ans (30.03)

Axions : Superbes avancées expérimentales et théoriques

L'axion, ou boson de Peccei-Quinn, est un candidat très sérieux pour être la particule de matière noire tant recherchée. De nombreuses équipes partout dans le monde travaillent à sa détection, tandis que des théoriciens creusent le modèle théorique proposé en 1977. Aujourd'hui, une équipe d'expérimentateurs coréens publie ses premiers résultats pour une plage de masse autour de 6,7 µeV en atteignant une sensibilité record, tandis que deux théoriciens américain et japonais démontrent que le champ quantique associé à l'axion, en plus de la non violation de la symétrie CP dans l’interaction forte pour laquelle il avait été imaginé, peut aussi expliquer l'asymétrie matière/antimatière, en plus de la matière noire... Deux études parues dans le même numéro de Physical Review Letters.   

Les orages à l'origine de réactions photonucléaires

Pour la première fois, des physiciens japonais ont mis en évidence la production de réactions photonucléaires dans les orages, où des photons gamma de haute énergie qui sont produits par les électrons accélérés dans les éclairs induisent des réactions sur les noyaux d'atomes d'azote pour en éjecter des neutrons et produire des éléments radioactifs émetteurs de positrons.

L'excès de positrons ne provient pas des pulsars proches

Grâce à une mesure inédite de la région d'émission gamma entourant deux pulsars proches avec le détecteur HAWC, une grande collaboration internationale arrive à déterminer que les positrons détectés en excès sur Terre ne viennent pas de ces pulsars mais auraient une toute autre origine...

Des fusions de naines blanches expliqueraient l'excès de positrons galactiques

Une étude publiée aujourd'hui dans Nature Astronomy fournit une explication convaincante pour expliquer la présence de nombreux positrons en provenance du centre de notre galaxie, un excès mystèrieux très longtemps attribué à Sgr A* ou à d'hypothétiques particules de matière noire.

Cela fait plus de quarante ans qu'un excès de positrons est observé, sous la forme de photons gamma de 511 keV, les photons qui sont produits lorsque des positrons s'annihilent avec leurs antiparticules, des électrons. Les calculs indiquaient que 10⁴³ positrons par seconde devaient s'annihiler dans le centre galactique. Le mystère venait du fait que justement, c'était principalement au niveau du centre galactique qu'ils étaient détectés.

Une des possibilités "classiques" pour produire des positrons est la production de noyaux d'atomes radioactifs émetteurs "béta plus" : ils émettent spontanément des positrons, accompagnés de neutrinos électroniques lors de leur désintégration radioactive. Mais les chercheurs n'ont jamais réussi à trouver un type d'objet astrophysique à même de produire de telles quantités d'isotopes radioactifs émetteurs béta plus. C'est une des raisons qui a poussé les astrophysiciens à penser que l'excès de positrons observé indirectement pouvait provenir d'autres phénomènes moins standards comme des interactions dues au trou noir supermassif de notre galaxie ou bien à des annihilations de particules de matière noire qui auraient produit des paires d'électrons et positrons.

Roland Crocker (Australian National University) et son équipe ont trouvé qu'un type d'objet était capable de produire une quantité suffisante pour expliquer les positrons observés : une supernova produite par la fusion de deux étoiles naines blanches de masses différentes. Et il se trouve que ce type de couple de naines blanches est justement susceptible d'être rencontré bien plus fréquemment au centre de notre galaxie où se trouvent de très nombreuses vieilles étoiles.

Pour en arriver à cette conclusion, Roland Crocker et ses collègues se sont focalisés sur des supernovas trouvées dans d'autres galaxies, dont l'archétype est la supernova SN 1999bg, découverte en 1999. Contrairement aux supernovas "classiques", les supernovas du type de SN 1999bg sont des supernovas très peu lumineuses, et assez rares. Ces supernovas sont si peu lumineuses qu'elles peuvent passer inaperçues même si elles ont lieu dans notre propre galaxie. D'après les modèles, ces supernovas ont lieu lorsque deux naines blanches fusionnent, et plus précisément lorsque qu'il s'agit de deux naines blanches de faible masse : une riche en carbone et oxygène et l'autre riche en hélium. Et la conséquence de leur fusion, qui mène à une explosion thermonucléaire, serait la production d'une grande quantité de Titane-44. C'est ce Titane-44, dont la période radioactive (la demie-vie, durée au bout de laquelle la moitié des noyaux s'est désintégrée) est de 60 années, qui va produire du Scandium-44 qui à son tour va se désintégrer en Calcium-44 avec une période d'environ 4 heures, en émettant des positrons dans sa décroissance radioactive.

Roland Crocker et ses collègues montrent que le nombre de supernovas de type SN1999bg devant peupler le centre galactique est tout à fait suffisant pour expliquer le signal de positrons observé à 511 keV. 

Ces supernovas particulières sont principalement trouvées dans des zones riches en étoiles âgées de 3 à 6 milliards d'années, comme les zones centrales des galaxies. L'émission la plus centrale est par exemple expliquée par les astrophysiciens par la présence d'une population de très vieilles étoiles entourant Sgr A* sur une distance d'environ 650 années-lumière. Mais les auteurs n'excluent pas encore complètement un rôle possible du trou noir supermassif dans la production d'une fraction de ces positrons.

Référence

Diffuse Galactic antimatter from faint thermonuclear supernovae in old stellar populations

Roland M. Crocker, et al.

Nature Astronomy 1, Article number: 0135 (22 mai 2017)

http://dx.doi.org/10.1038/s41550-017-0135

Illustration

Vue d'artiste de la fusion proche de deux naines blanches qui mènera à une supernova de type SN1999bg (ESO, L. Calçada)

Première mesure du spectre électromagnétique de l'atome d'antihydrogène

La collaboration ALPHA au CERN vient pour la première fois de mesurer le spectre électromagnétique d'absorption d'atomes d'antihydrogène, composés d'un antiproton et d'un positron. Cette expérience ouvre une nouvelle ère dans l'étude à haute précision de l'antimatière.

AMS-02 : des positrons en excès, et maintenant aussi des antiprotons et de nouvelles anomalies ?

Le 8 décembre dernier, Samuel Ting a rendu public les derniers résultats du détecteur AMS-02 traquant les particules d'antimatière dans le rayonnement cosmique depuis l'ISS. L'excès de positrons à haute énergie se confirme, avec en plus, maintenant, semble-t-il, un début d'excès d'antiprotons. L'origine de ces excès, entre matière noire et d'autres sources pourrait être tranchée en 2024.

Un atome hybride antiprotonique pour mesurer avec précision la masse de l'antiproton

La masse de l'antiproton vient d'être mesurée avec une précision accrue, grâce à la production d'un atome d'hélium très particulier : un atome antiprotonique, où un antiproton remplace un électron.

Observation pour la première fois d'une asymétrie matière-antimatière dans la désintégration d'un baryon

Pour la première fois, une particule de type baryon, le Λb , montre des signes d'asymétrie entre matière et antimatière. Ce résultat vient d'être obtenu par l'expérience LHCb au CERN. Il s'agit de la première mesure du genre sur un baryon (les particules de la famille des protons et des neutrons), un phénomène encore jamais vu, et ouvre la voie vers l'explication de la domination de la matière sur l'antimatière dans l'Univers.