La nouvelle est tombée au cœur de la torpeur estivale aoûtienne, le 12 août, sur le site de preprints Arxiv. Vous vous souvenez de la découverte que je vous ai rapportée le 26 février dernier : l'observation d'une raie inconnue à 3,5 keV en provenance du centre de la galaxie d'Andromède et de nombreux autres amas de galaxies, là où la concentration de matière noire serait la plus importante....
Spectre de rayons X mesuré dans le centre Galactique (Boyarsky et al.)
Et bien, l'une des équipes à l'origine de ces observations s'est penchée sur des données d'observations de notre propre galaxie, la Voie Lactée, à la recherche d'une présence éventuelle de ces photons de 3,5 keV mystérieux. Alexey Boyarsky de l'Université de Leiden et ses collègues Ukrainiens et Suisses ont exploré les données engrangées par le satellite XMM-Newton vers le centre galactique. Et la nouvelle est très intéressante puisqu'ils trouvent à nouveau la présence de rayons X ayant une énergie de 3,54 keV exactement!
Nous aurions donc des photons de 3,54 keV inconnus provenant du centre de la galaxie d'Andromède, de l'amas de Persée, de 73 autres amas de galaxies, et maintenant de notre propre galaxie.
Pourquoi ces photons de 3,54 keV sont-ils si intrigants ? Parce qu'ils ne correspondent à rien de connu (il existe bien des transitions atomiques de l'argon et du potassium qui se trouvent à proximité dans le spectre, mais pas tout à fait au même endroit, même lorsque sont pris en compte tous les effets de décalage spectral et autre élargissement spectral), et ces photons semblent provenir uniquement de zones où devrait se concentrer la matière noire (les centres galactiques et les centres des amas de galaxies), avec une répartition compatible avec celle de la matière noire modélisée.
XMM-Newton (ESA/CNES)
La seule solution plausible à ce jour pour cette source est une désintégration de particules légères de matière noire de type neutrinos stériles. Les neutrinos stériles seraient une nouvelle forme de neutrinos, beaucoup plus massifs que les trois neutrinos que nous connaissons. Le neutrino stérile est qualifié de cette manière car il ne produit aucune interaction avec la matière ordinaire, il n'est sensible qu'à la gravitation.
Et les théories décrivant les neutrinos stériles indiquent qu'un tel neutrino peut être instable, avec une très longue durée de vie, et se désintègre en deux particules emportant chacune la moitié de l'énergie de masse du neutrino stérile : un neutrino "normal" et un photon. C'est ce photon de désintégration qui serait observé à 3,54 keV. Le neutrino stérile aurait alors une masse de 7,08 keV.
Cependant, Boyarsky et al. se veulent prudents et n'osent pas parler de découverte. L'analyse des données des satellites XMM-Newton et Chandra dans ces régions galactiques est délicate, le signal est très faible. Il faudra encore d'autres observations pour rendre ces résultats plus robustes, ce qui devrait pouvoir être effectué l'année prochaine avec le lancement d'un nouveau télescope X prometteur.
Il y a un quart de siècle, la sonde américaine Voyager 2 frôlait Triton, satellite de la plus lointaine planète de notre système, Neptune. Pour célébrer cet anniversaire, la NASA à retraité les images de l'époque. Regardez ce monde étrange situé à environ 4,5 milliards de kilomètres de nous...
L’étoile binaire êta Carinae n’est pas une étoile comme
les autres. C’est un mystère, un mystère qui fascine les astronomes depuis le
19ème siècle.
Eta Carinae est composée de deux étoiles qui se tournent autour en
5,5 ans. La plus grosse est énorme, elle pèse 90 fois la masse du Soleil, et se
trouve être incroyablement instable. Une
grosse nébuleuse gazeuse formant deux gros lobes (la nébuleuse de l’Homoncule),
elle-même plongée dans une autre masse de gaz (la nébuleuse d’êta Carinae) entoure
l’ensemble. Lorsque sa petite compagne se rapproche au plus près d’elle, comme
c’est le cas en ce moment, l’interaction entre les deux étoiles produit des
changements brutaux dans l’émission à haute énergie du système.
Eta Carinae (NASA/ESA)
Les astronomes sont actuellement
en train de scruter attentivement êta
Carinae, visible dans l’hémisphère sud, dans l’espoir de comprendre ce qui
se passe vraiment au cœur de cette étoile étrange. Dans les années 1840, êta
Carinae a produit une énorme éruption,
produisant une forte variation de luminosité, faisant d’elle l’une des étoiles
les plus brillantes du ciel (et probablement formant les lobes gazeux de
l’Homoncule), puis elle s’est apaisée durant une centaine d’années pour se
réveiller ces dernières décennies, avec toutefois un nouveau sursaut de
luminosité en 1890.
Eta Carinae est dans un état extrêmement instable et nous ne savons
toujours pas pourquoi aujourd’hui. Une partie de la réponse à ces questions
viendra peut-être dans les semaines qui viennent. Une étude parue en 2013 dans
les Notices of the Royal Astronomical
Society a montré que quand l’étoile secondaire d’êta Carinae (la petite)
passe à proximité de la grosse, ses vents stellaires rapides creusent une sorte
de vaste trou à l’intérieur des couches externes de l’étoile primaire. Si c’est
bel et bien le cas, vu l’endroit où se trouve l’étoile secondaire, c’est ce mois-ci
qu’une série d’événements devraient avoir lieu, comme par exemple une forte
augmentation de rayons X après la chute qui a pu être observée depuis la
mi-juillet.
L’étude de êta Carinae a une portée bien plus grande que la connaissance d’une
étoile bizarre, comprendre ses secrets peut permettre de mieux appréhender
comment fonctionnaient les toutes premières étoiles de l’Univers, les étoiles
de première génération. Car en effet, êta Carinae, par sa masse, ressemble à
s’y méprendre à une étoile de l’Univers ancien (d’il y a 10 milliards
d’années), alors qu’elle se trouve seulement à 7500 années-lumière de nous… Les
étoiles de l’Univers d’aujourd’hui dans notre voisinage sont beaucoup plus
légères qu’êta Carinae.
Aux environs du 15 août, la
petite étoile compagne doit passer au plus près de l’étoile géante, à une
distance aussi faible que la distance séparant le soleil de Mars. Plusieurs
observatoires sont d’ores et déjà sur le pont.
Le télescope spatial Hubble est également
mis à contribution, notamment pour déceler une éventuelle variation de la
composition chimique de l’étoile via l’observation de son spectre lumineux.
L’interaction entre les deux compagnes peut produire l’arrachage d’électrons
sur des éléments comme le fer ou l’hélium, les ionisant de manière très
inhabituelle par rapport à ce que l’on connait. Le suivi dans le temps de la
quantité de ces ions permet de déterminer le comportement des vents stellaires
à l’origine de leur production.
En 2009, lors de son dernier
rapprochement, le système êta Carinae
subit une forte décroissance de rayons X suivie d’une puissante remontée en
deux fois moins de temps que ce qui avait été observé la fois précédente en
2003. Cette différence est imputée à un possible ralentissement des vents
stellaires de l’étoile primaire au cours du temps. Les astronomes espèrent
ainsi cette année voir le rebond de rayons X encore plus rapide, ce qui
signerait la poursuite du ralentissement des vents stellaires de l’étoile.
Les astrophysiciens désirent vraiment
voir des variations de tels phénomènes sur des durées de quelques années, ce
qui est possible ici, la seule façon d’essayer d’y comprendre quelque chose à
cet objet hors du commun.
Ce billet concerne la pluie d'étoiles filantes des Perséides de 2014, concernant la pluie d'étoiles filantes de 2015, rendez vous ici
C'est à cause de la Lune. Je dois vous avertir que vous ne verrez pas beaucoup d'étoiles filantes dans les nuits du 12 au 14 août 2014... Alors que les Perséides sont un des spectacles astronomiques les plus visibles par tout le monde (pas besoin du moindre instrument, il suffit de s'allonger dans l'herbe loin de toute source de lumière), cette année ne sera malheureusement pas un bon cru. Ce n'est pas que la fréquence des météores prévue soit particulièrement faible cette année, elle est du même niveau que les années précédentes, c'est à dire environ une centaine d'étoiles filantes par heure, non, c'est que la Lune sera là, presque pleine, et donc durant presque toute la nuit. Et qui plus est, ce mois est un mois de SuperLune, avec une Lune proche de la Terre et donc diamètre apparent augmenté de 14%, ce qui produit une luminosité (proportionnelle à la surface) augmentée de 30%...
La Lune nous renvoie la lumière du Soleil avec une forte intensité lorsqu'elle est pleine, et de la même façon que la présence du soleil ou des lampadaires nous empêchent de voir les étoiles dans le ciel, la quasi-pleine Lune nous cachera les plus faibles étoiles filantes entre le 12 et le 14 août, les dates du maximum de nos chère Perséides estivales...
Les météores les plus lumineux pourront tout de même être visibles, notamment ceux qui apparaîtront dans la direction opposée à celle de la Lune, mais cela laissera forcément un sentiment de déception...
Il vaut mieux le savoir à l'avance plutôt qu'attendre en vain et maudire ces satanés astronomes qui nous racontent des bobards...
La bonne nouvelle, c'est qu'il y a des étoiles filantes dans le ciel à peu près pendant tout le mois d’Août, quoiqu'en plus petites quantité, visez plutôt la fin du mois pour attendre le croissant lunaire moins gênant. Et puis il vous reste toujours des milliers d'autres étoiles (non filantes) à contempler à l’œil nu, allongés dans l'herbe dans la douceur de la nuit...
L'autre bonne nouvelle c'est que l'année prochaine, en 2015, la nuit du 12 août sera totalement noire, sans Lune, un régal en perspective...
En attendant, laissez vous emporter par la contemplation de la Voie Lactée, du grand Triangle de l'été, les constellations du majestueux Cygne ou du menaçant Aigle juste au dessus de vos têtes...
Que faisiez-vous le 23 juillet
2012 ? Ce jour aurait pourtant pu devenir un jour historique, un jour
terrible. En effet le Soleil ce jour-là a failli nous renvoyer à l’ère
pré-industrielle pendant un moment à cause d’une gigantesque tempête solaire jamais vue depuis plus de
150 ans…
Daniel Baker, chercheur à
l’université du Colorado a publié en décembre de l’année dernière dans Space Weather avec des collègues de
plusieurs universités américaines les résultats qu’ils ont pu obtenir avec le
satellite STEREO-A qui étudie le Soleil. Leur étude décrit comment une éjection
de masse coronale ultra puissante a traversé l’orbite terrestre à un endroit où
était passé notre planète à peine une semaine auparavant.
Il faut savoir que les
tempêtes solaires qui se manifestent par des éjections de plasma constituent un
risque très sérieux pour toutes les formes de haute technologie, en fait tout
ce qui est fondé sur l’utilisation de l’électricité.
Une grosse tempête solaire commence
par une sorte d’explosion magnétique le plus souvent au niveau d’une tache
solaire. Des rayons X et du rayonnement UV atteignent la Terre à la vitesse de
la lumière (en 8 minutes) et vont ioniser les couches supérieures de
l’atmosphère, pouvant produire des blackouts radio et des erreurs sur les GPS
par exemple. Quelques minutes à quelques heures plus tard, des particules
énergétiques arrivent (électrons et protons). Ces dernières, accélérées par
l’onde de choc initiale vont endommager les électroniques des satellites en
orbite.
Puis viennent ensuite les
fameuses éjections de masse coronale (CME en anglais) : des milliards de
tonnes de plasma magnétisé qui prennent environ une journée pour traverser la
distance Soleil-Terre.
Vue d'artiste de STEREO (NASA)
Les spécialistes estiment qu’un choc direct avec une
éjection coronale extrême comme celle de juillet 2012 aurait causé des
perturbations massives de tous les systèmes électriques sur l’ensemble des
continents, détruisant potentiellement de nombreux systèmes électriques
branchés à une prise secteur… Avant juillet 2012, lorsque les spécialistes du
domaine parlaient de tempêtes solaires extrêmes, ils évoquaient toujours
l’événement de Carrington de septembre 1859, du nom de l’astronome anglais
Richard Carrington qui eut la chance de voir de ses yeux l’éruption
correspondante. Dans les jours qui suivirent son observation, une série
d’intenses éjections de masses coronale frappèrent la Terre et de nombreux
phénomènes magnétiques furent relevés. Des aurores furent observées jusqu’à des
latitudes très basses, jusqu’à Cuba !.. Des lignes de télégraphe entières
(l’internet de l’époque) furent détruites avec l’apparition d’incendies dans
certains centraux.
Une tempête solaire du même type
aujourd’hui (ou en 2012) aurait un effet catastrophique. D’après une étude de
la National Academy of Science aux
Etats-Unis, l’impact économique global pourrait dépasser 2000 milliards de
dollars. De nombreux systèmes électriques de distribution comme des gros
transformateurs, endommagés simultanément, pourraient prendre plusieurs années
à remettre en fonction.
D’après Daniel Baker, la tempête
de juillet 2012 était au moins aussi puissante que celle de 1859, la seule
différence est qu’elle a raté la Terre…
Quelques mois avant, en février 2012,
le physicien Pete Riley publiait un article toujours dans Space Weather dans lequel il calcule la probabilité d’occurrence de
tempêtes solaires extrêmes. Il y analyse les enregistrements des tempêtes
solaires sur plus de 50 ans. En extrapolant la fréquence des tempêtes « ordinaires »
par rapport à celle des tempêtes extrêmes, il obtient un résultat qui peut
faire un peu peur : une tempête extrême de classe Carrington doit frapper
la Terre dans les 10 ans à venir avec une probabilité de 12%. Comme c’était il
y a deux ans, on dira dans les 8 ans à venir…
Dans son étude, Riley a regardé
un paramètre important, appelé le DST (Disturbance Storm Time), qui est une
valeur mesurée sur des magnétomètres autour de l’équateur. Le DST mesure comment le
champ magnétique terrestre est perturbé par des interactions de plasma solaire.
Plus une tempête solaire est importante plus le DST a une valeur négative. Des
tempêtes géomagnétiques classiques qui produisent de belles aurores boréales
ont un indice de DST de l’ordre de -50 nanoTesla. La plus grosse tempête
géomagnétique jamais enregistrée, en mars 1989, qui paralysa une grande partie
du Québec avait un DST de -600 nT. Des estimations pour l’événement de
Carrington de 1859 s’échelonnent entre -800 nT et -1750 nT. Baker et al. ont
également évalué quel aurait été le DST de la tempête si cette masse coronale
avait atteint la Terre le 23 juillet 2012 : -1200 nT, soit du même ordre
voire plus important que l’événement de 1859.
Ejection de masse coronale imagée par STEREO en 2011 (le soleil est au centre du rond blanc) (NASA)
Il faut bien comprendre qu’on
n’aurait jamais eu vent de la présence de cette tempête solaire géante de
juillet 2012 si le satellite STEREO-A n’en avait pas détecté les effets depuis
son orbite héliocentrique. Grâce à ce satellite, nous connaissons maintenant quelques
détails peut-être cruciaux sur ces éjections de masse coronale, que ce soit
leur structure magnétique, le type d’onde de choc et de particules énergétiques
associées et surtout le nombre d’éjections moins intenses associées à
l’éjection géante. Car la région active du Soleil responsable de ce phénomène
n’a pas produit une seule grosse éjection de plasma mais plusieurs,
probablement au moins deux principales séparées de 15 minutes, qui suivaient
une autre éjection moins intense quatre jours plus tôt. Cette première quelques
jours avant a eu en quelque sorte pour effet de « nettoyer » le
chemin, permettant aux éjections postérieures de ne pas subir de
« ralentissement » dans leur course.
Cette observation de la présence
de multiples éjections associées à une éjection géante est à mettre en relation
avec le fait que l’événement de Carrington de 1859 lui aussi semble avoir
montré de multiples éruptions, ce qui pourrait fournir une clé pour comprendre
ces phénomènes extrêmes.
Combien de telles tempêtes
solaires potentiellement destructrices ont eu lieu en ratant de peu l’orbite de
la Terre ? Nul ne le sait et pas grand monde n’a conscience de ce danger.
Mais si les calculs de Pete Riley sont corrects, nous ne devrions pas nous
désintéresser de ce phénomène. A défaut de pouvoir le prévoir, nous pourrions
au moins nous y préparer.
Donc, notre galaxie et sa voisine la galaxie d'Andromède ne seraient pas des exceptions.... On pouvait quand-même s'y attendre, il n'y avait aucune raison pour que ces deux galaxies soient spécifiques quant à la rotation de leurs galaxies satellites.
Je vous avais relaté l'observation de l'existence d'une sorte de plan de rotation des galaxies naines autour de la galaxie d'Andromède en janvier 2013. Et il faut dire que cette nouvelle s'était répandue comme une traînée de poudre dans les grands médias, au-delà des journaux et blogs scientifiques, mais pas forcément pour des raisons scientifiques...
Vue d'artiste du phénomène observé
(credit : Geraint Lewis)
Si vous vous en souvenez, cette étude avait fait la une de la revue Nature, ce qui est très bien pour leurs auteurs, mais ce qui a déclenché ce gros buzz à l'époque c'est que le nom du premier auteur de l'article était celui d'un gamin de 15 ans, le fils de l'astronome étant à l'origine de cette recherche avec toute une équipe d'astrophysiciens internationaux. Et ledit gamin ayant fait un petit stage de découverte de 3ème à l'observatoire où travaille son père avait été opportunément propulsé en premier auteur de l'article, les médias criant alors tous au "génie qui défie Einstein"... alors que...
Bon, et bien, aujourd'hui, on remet ça ! Il se trouve que cette toute nouvelle étude, qui prend la suite de cette dernière, a également été publiée dans le fameux Nature, et que son premier auteur est à nouveau ce gamin qui affirme travailler pour (défense de rire) le Lycée International de Strasbourg (très connu dans le monde de l'astrophysique comme chacun le sait...). Evidemment, son bon papa, astronome à l'observatoire de Strasbourg, est le deuxième auteur dans la liste (et ne s'y trompons pas probablement le véritable premier auteur).
La Une de Nature du 3 janvier 2013
Bon, venons à la science car c'est ce qui est intéressant ici. L'étude de janvier 2013 avait montré que les galaxies naines associées à la grosse galaxie M31 gravitaient autour d'elle dans le même plan, ce qui est totalement incompris, puisque d'après ce que l'on croit savoir sur les galaxies, les galaxies satellites doivent tourner autour de leur galaxie géante n'importe comment, sans direction privilégiée. Et il se trouve qu'on avait également quelques indices montrant que les galaxies naines situées autour de notre galaxie semblaient elles aussi alignées dans un même plan.
Les astronomes français et australiens ont donc voulu savoir si on pouvait observer le même phénomène sur d'autres galaxies plus lointaines. Ils se sont donc plongés dans une vaste base de données de galaxies, le Sloan Digital Sky Survey pouren extraire les données de décalage spectral des galaxies naines satellites de plusieurs centaines de grandes galaxies.
Ils montrent qu'il existe effectivement un effet systématique : en regardant des galaxies naines diamétralement opposées autour d'une galaxie géante donnée, ils montrent qu'elles ont des vitesses anti-corrélées : l'une va dans une direction et l'autre dans la direction opposée. Et lorsqu'on observe la distribution spatiale d'autres galaxies naines plus éloignées du centre galactique, elles se retrouvent avec une forte probabilité dans un plan défini par l'axe joignant la paire de galaxies naines anti-corrélées. Les galaxies naines semblent donc tourner systématiquement autour des grosses galaxies dans un même plan.
Cette confirmation va poser quelques soucis aux astrophysiciens qui vont devoir revoir pas mal de leurs modèles concernant les galaxies : un truc cloche mais quoi ? Matière noire ? Gravitation ? Modèle de formation des galaxies ? Nature des galaxies naines ? Un peu tout ça en même temps ? C'est avec de nouvelles observations incomprises que l'astrophysique avance. En ce sens, cet article est une très bonne nouvelle, même si le prénom qui sera cité en parlant de cette étude n'est sans doute pas vraiment l'auteur principal de ce travail...
Référence :
Velocity anti-correlation of diametrically opposed galaxy satellites in the low-redshift Universe
Neil Ibata, Rodrigo Ibata, Benoit Famaey & Geraint Lewis
Je vous en avais parlé le 16 mai 2013, puis à nouveau le 12 janvier 2014, il faut que je revienne un instant sur G2. Les astrophysiciens espéraient voir un superbe spectacle, celui d'un nuage de gaz fonçant à toute vitesse vers le trou noir supermassif de notre galaxie.
Vue d'artiste du nuage G2 autour de Sgr A*
Cela aurait pu, aurait dû être un spectacle car ledit nuage de gaz devait "rallumer" notre gros trou noir Sgr A*, qui se trouve désespérément calme. Pour étudier cet objet sombre rien de tel qu'un peu de matière pour le nourrir, ce qui aurait produit pas mal de rayonnements que nous aurions pu analyser tranquillement dans le détail. Mais il n'en fut rien. Il faut se rendre à l'évidence, il ne se passera rien cette année autour de Sgr A*. G2 n'a pas été au rendez-vous.
La raison pour laquelle il ne s'est rien passé est aujourd'hui investiguée et plusieurs hypothèses voient le jour. Une hypothèse intéressante vient d'être publiée sur le site de préprints Arxiv par une équipe allemande du Max Planck Institute. Ils suggèrent que le nuage G2 n'est pas vraiment un nuage, mais plutôt une zone dense située à l’intérieur d'un flot de matière, et qu'au lieu d'être attirée par Sgr A*, ce flot ne ferait que passer auprès du TN sans tomber dessus pour former un disque d’accrétion. Si ç'avait été le cas, nous aurions eu droit à de belles émissions de rayons X et d'ondes radio. Evidemment, en n'étant pas accéléré à des vitesses folles, le gaz n'a aucune raison de produire de tels rayonnements. Le flot continu de matière que les astrophysiciens allemands évoquent aurait été extrait de l'enveloppe d'une étoile qui serait passée un peu trop près du trou noir il y a relativement peude temps, environ une centaine d'années seulement.
Vue schématique du centre galactique (Nature)
Ils ont en remarqué qu'un autre nuage de gaz nommé G1, découvert il y a dix ans avait quasi la même orbite que G2 et se mouvait même dans le même plan.
L'hypothèse de l'équipe qui a scruté la zone de Sgr A* à l'aide du Very Large Telescope est que G1 et G2 font tous les deux partie du même flot de matière qui traverse la zone centrale de la Galaxie. Et c'est peu ou prou la même idée qu'avaient émise James Guillochon et Avi Loeb du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics à Cambridge en avril dernier dans un article paru dans the Astrophysical Journal Letters.
Andrea Ghez
(photo Kyle Alexander)
Si cela s'avère exact, il se pourrait que d'autres boursouflures gazeuses apparaissent à la suite de G2 avec pourquoi pas un passage légèrement plus près de Sgr A* avec des conséquences observables...
Mais il existe aussi d'autres hypothèses qui voient les choses très différemment. Andrea Ghez, astrophysicienne à l'université de Californie à Los Angeles, qui s'est spécialisée dans la région de Sgr A*, pense, à partir d'autres données d'observations, qu'il y a une étoile cachée dans le "nuage" G2, rien de moins ! Son équipe fait des images de la région de Sgr A* en observant la poussière interstellaire, et tout indique selon eux la présence d'une étoile, qui par son attraction gravitationnelle, empêcherait le gaz de tomber vers le trou noir. Ils ont publié leur étude au début du mois de mai dans un Telegram of the International Astronomical Union.
Quoi qu'il en soit, G2 est toujours en mouvement et pourrait traverser dans quelques années ou dizaines d'années la zone du disque de matière entourant Sgr A*. Toujours une occasion pour en savoir un peu plus sur ce qui passe là haut...
Références :
The Galactic Center cloud G2 and its gas streamer
Oliver Pfuhl et al.
arXiv:1407.4354 , soumis à Astrophysical Journal
Detection of Galactic Center Source G2 at 3.8 micron during Periapse Passage Around the Central Black Hole
A. M. Ghez et al.
Telegram of the International Astronomical Union. 2 May 2014
Ça c'est le noyau de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko vue par la sonde Rosetta. Chaque angle est ici espacé de 20 minutes sur cette image prise par la caméra OSIRIS de Rosetta qui était alors à environ 14000 km de la comète.
Il va falloir que la sonde dépose son atterrisseur Philae en Novembre prochain sur ce, sur cette... sur cette chose... Ne reste donc plus qu'à faire tourner les ordis, parce qu'une telle forme n'était pas tout à fait prévue par les spécialistes de l'agence spatiale européenne...
Les chercheurs de matière noire allemands viennent encore de frapper droit au but. Leur expérience s'appelle CRESST II et signifie Cryogenic Rare Event Search with Superconducting Thermometers. Cette expérience est installée au laboratoire souterrain du Gran Sasso en Italie et si vous êtes un fidèle lecteur, vous savez que ces physiciens cherchent des WIMPs, particules hypothétiques de matière noire.
Les nouveaux résultats que nos amis allemands viennent de publier sur Arxiv (1) sont tout simplement une preuve qu'ils font de la belle science. Vous vous souvenez sans doute que CRESST était une des trois expériences qui revendiquait avoir détecté quelques événements compatibles avec des interactions de WIMPs, c'était en 2011. Il faut désormais parler au passé car les résultats que la collaboration CRESST publie aujourd'hui viennent simplement rejeter catégoriquement les événements détectés antérieurement comme des WIMPs, qui s'avéraient donc n'être que du bruit de fond mal éliminé.
Courbes d'exclusion des WIMPs
(rouge : CRESST II, bleu plein : LUX, bleu pointillé ; XENON100, vert plein : SuperCDMS)
Ces nouveaux résultats ne montrent donc aucune WIMP à l'horizon, ce qui permet aux physiciens de CRESST de fournir une zone d'exclusion plus vaste que ce que nous connaissions auparavant, et ce surtout pour des WIMPs de très faible masse (je sais, une particule massive de très faible masse, c'est une terminologie étrange, mais disons que ça fait quelques GeV, ce qui est déjà assez massif, bref...). CRESST parvient ainsi à couvrir une zone inexplorée par les expériences concurrentes LUX, SuperCDMS ou EDELWEISS. C'est beau parce qu'ils ne s'entêtent pas face à l'évidence.
Il ne reste donc officiellement que deux expériences qui s'entêtent, elles, à revendiquer l'observation de WIMPs : l'italienne DAMA (depuis 1998) et l'américaine CoGENT (depuis 2012). Ces deux expériences là n'utilisent pas du tout les mêmes détecteurs, même si la méthode est toujours la même : détecter des collisions de WIMPs sur les noyaux d'atomes du détecteur. Le point commun de ces deux expériences est qu'elles observent une modulation annuelle de leur signal, qui correspondrait exactement à ce qu'on s'attendrait à voir si il s'agissait de WIMPs. Bien évidemment, la zone correspondante de ces signaux dans le graphe de la section efficace d'interaction en fonction de la masse de la particule est totalement exclue par toutes les autres expériences, y compris désormais CRESST.
Et voilà que quelques jours avant la publication de CRESST, un petit papier était publié (2), toujours sur le site de preprints Arxiv, par un certain Jonathan Davis de l'Université de Durham au Royaume-Uni qui propose une lumineuse explication pour le signal modulé observé par DAMA (et qui pourrait sans doute s'appliquer à celui de CoGENT).
Jusqu'ici, on pensait que tous les bruits de fond avaient été explorés pour essayer de comprendre ce signal. Un bruit de fond très intéressant est notamment constitué par le flux de muons cosmiques résiduel qui arrive encore jusqu'au laboratoire souterrain, ces muons produisant des neutrons dans des réactions secondaires sur les matériaux à fort numéro atomique, comme le plomb qui entoure les détecteurs pour les blinder contre les rayonnements gamma. Comme le flux de muons varie naturellement sur une base annuelle à cause de la variation de température dans la haute atmosphère, ils étaient un candidat parfait... Sauf que le maximum et le minimum (la phase de l'oscillation) ne correspondait pas avec celle du signal de DAMA (et de CoGENT, qui est identique).
Modélisation du signal de bruit de fond en considérant muons et neutrinos solaires (J. Davis)
Jonathan Davis s'est rendu compte qu'il existait une autre source de particules montrant une oscillation annuelle, due elle à la variation de la distance Terre-Soleil : il s'agit des neutrinos solaires provenant de l'isotope 8Be au cœur du soleil. Mais cette variation sinusoïdale du flux de neutrinos solaires a elle aussi une phase différente de celle du signal observé par DAMA, et aussi différente de celle de l'oscillation du flux de muons. Et ces neutrinos énergétiques (environ 15 MeV) produisent également des neutrons par interactions sur des noyaux lourds, bien qu'avec une section efficace très faible, mais ils ont l'avantage du nombre...
En ajustant l'amplitude de ces deux oscillations à phases différentes, on obtient une nouvelle sinusoïde ayant une phase intermédiaire. Et vous devinez ? Cette modulation prenant en compte à la fois le flux de muons et le flux de neutrinos, tous deux produisant des neutrons, colle parfaitement avec le signal observé par DAMA...
J'allais oublier : dans un détecteur de matière noire, on ne peut pas différencier un neutron d'une WIMP...
Jonathan Davis a peut-être mis le doigt sur la résolution d'un problème qui gène plus d'un chercheur de matière noire depuis 15 ans. Cette solution potentielle devrait pouvoir être testée par les expériences similaires à DAMA qui ont été lancées dans l'hémisphère sud, les phases des flux de muons devant être différentes et très vite observables.
En attendant, nous avons appris cette semaine que l'agence de financement fédérale aux Etats-Unis donnait son feu vert pour la poursuite d'une nouvelle génération d'expériences de recherche directe de matière noire : deux cherchant des WIMPs : SuperCDMS et LZ (LUX+ZEPLIN), et une cherchant des axions : ADMX. La chasse continue...
Sources :
(1) Results on low mass WIMPs using an upgraded CRESST-II detector
C'est l'année dernière qu'une équipe d'astronomes américains a découvert pas moins de 26 nouveaux trous noirs dans la galaxie d'Andromède, ce qui porte à 35 le nombre de trous noirs connus dans cette galaxie sœur de la nôtre.
La galaxie d'Andromède
(zoom sur le centre en rayons X)
(NASA/Chandra X Ray Lab)
C'est bien évidemment le plus grand nombre de trous noirs jamais trouvés dans une galaxie autre que la nôtre. Cette découverte a été effectuée grâce au télescope spatial Chandra spécialisé dans la détection des rayons X.
L'équipe du Harvard-Smithonian Center for Astrophysics a utilisé 152 sessions d'observations sur Chandra espacées sur 13 ans pour trouver ces 26 trous noirs, ce qui fait en moyenne deux trous noirs trouvés par an. Pas mal pour des objets invisibles...
Les trous noirs en question sont des trous noirs stellaires, des résidus d'étoiles ayant explosé, ayant un masse comprise entre 4 fois et 10 fois celle du Soleil, rien de commun avec des trous noirs supermassifs dont nous parlons souvent ici.
Ils ont tout de même un petit point commun, c'est que leur disque d'accrétion subit les mêmes phénomènes physiques, bien qu'à une échelle différente : l'échauffement du gaz en rotation autour de trou produit une émission intense de rayons X. Et ce sont ces rayons X que Chandra parvient à détecter et localiser.
Sept des 35 candidats trous noirs se situent dans un rayon de 1000 années-lumière seulement du centre de la galaxie, ce qui est un nombre plus important que celui des trous noirs similaires connus dans le centre de notre galaxie. Mais cette concentration n'est pas vraiment une surprise car le bulbe central d'étoiles d'Andromède est plus gros que celui de la Voie Lactée, et donc doit logiquement former plus de trous noirs stellaires.
Les trous noirs détectés dans le centre d'Andromède (cercles)
(Chandra X-Ray Observatory)
Il existe une autre différence au sujet des trous noirs peuplant les deux galaxies voisines : parmi ces 35 trous noirs d'Andromède, 8 se trouvent à l'intérieur d'amas globulaires, ces regroupements sphériques de vieilles étoiles, alors qu'aucun trou noir n'a encore pu être observé dans un amas globulaire de notre Voie Lactée...
Lorsque les deux galaxies fusionneront dans quelques milliards d'années, tous ces petits trous noirs se trouveront dispersés au sein de la galaxie elliptique géante qui résultera de la rencontre.
Référence: Chandra identification of 26 new black hole candidates in the central region of M31 Barnard, R. et al, 2013, ApJ 770, 148; arXiv:1304.7780
Les rayons cosmiques sont ces particules chargées, majoritairement des protons, mais pas uniquement, ils peuvent aussi être des petits noyaux d'atomes. Leur énergie peut être très variable, assez faible pour les nombreux protons venant du Soleil et beaucoup plus énergétiques pour ceux d'entre eux qui proviennent de l'extérieur de notre galaxie. Quand on parle d'énergie pour les rayons cosmiques, on parle d'énergie cinétique.
Alors que l'énergie de masse d'un proton (énergie au repos) vaut un peut moins de 1 GeV (1 milliard d'électron-volts), l'énergie totale des rayons cosmiques peut atteindre, pour les plus énergétiques d'entre eux jusqu'à 100 milliards de GeV. Ces rayons cosmiques hors norme sont appelés des UHECR (Ultra High Energy Cosmic Rays). Une équipe d'astrophysiciens de l'Université de l'Utah vient de mettre en évidence un phénomène étonnant : alors qu'on s'attendait logiquement à ce que tous les UHECR détectés soient répartis uniformément sur la totalité du ciel, Gordon Thomson et son équipe montrent qu'il n'en est rien ! Il existe une petite zone du ciel de l'hémisphère nord (6% de la surface du ciel) qui concentre à elle seule plus de 20% des 72 particules ultra-énergétiques détectées entre 2008 et 2013 par le Telescope Array qu'ils ont utilisé pour leur étude. Ce Telescope Array est un réseau de 500 détecteurs distribués sur une zone de 1,2 kilomètres carrés dans le désert de l'Utah.
Répartition spatiale des rayons cosmiques ultraénergétiques
(K. Kawata, University of Tokyo Institute for Cosmic Ray Research)
Or on ne sait toujours pas quelles sont les sources à l'origine de tels rayons cosmiques ultra énergétiques, ce dont on est sûr en revanche, c'est qu'ils ont la capacité de filer tout droit, leur énergie cinétique induisant une très faible déviation de leur trajectoire par des champs magnétiques galactiques. Ils peuvent venir de galaxies très très lointaines (plusieurs millions ou milliards d'années-lumière) et leur direction d'observation dans le ciel doit nous indiquer la direction des sources qui sont à leur origine.
Parmi ces sources potentielles évoquées par les chercheurs figurent les objets les plus violents de l'univers on s'en doute : noyaux de galaxies actives, émetteurs gamma de tout poil, supernovae, trous noirs, ondes de choc de galaxies en collision, et même des sources exotiques hypothétiques comme des désintégrations de cordes cosmiques ou de particules massives provenant de l'Univers primordial...
Mais il se pourrait bien que cette observation permette au final d'en savoir plus sur la structure de l'univers à grande échelle. Comme les rayons cosmiques sont censés provenir des zones denses de matière comme les superamas de galaxies, il se pourrait que la zone du ciel de 40° de diamètre qui a été repérée soit exceptionnellement peuplée de matière.
Une chose est sûre en tout cas : les astrophysiciens savent maintenant dans quelle zone du ciel il faudra regarder pour attraper des rayons cosmiques ultra énergétiques : dans un petite zone de l'hémisphère nord, et plus précisément dans la constellation de la Grande Ourse...
Référence :
Indications of Intermediate-Scale Anisotropy of Cosmic Rays with Energy Greater Than 57 EeV in the Northern Sky Measured with the Surface Detector of the Telescope Array Experiment
The Telescope Array Collaboration
arXiv:1404.5890 26 Jun 2014, à paraître dans Astrophysical Journal Letters
Les grains de poussière jouent un rôle fondamental dans l’évolution des galaxies. Ils contribuent à la formation des étoiles et fournissent le matériau essentiel pour la formation des planètes telluriques et de tout ce qui se trouve dessus.
Mais l’origine des poussières reste un sujet délicat. Il n’est toujours pas très clair si elles proviennent bien d’explosions d’étoiles massives (supernovae). Certains modèles indiquent que les grains de poussières préexistants à l’explosion doivent être littéralement soufflés ou détruits lors de l’expulsion violente de gaz accompagnant la supernova. Mais des observations indirectes, d’autre part, ont montré l’existence de grandes quantités de poussières dans des galaxies éloignées comme proches, suggérant que, ou bien les supernovae produisent vraiment beaucoup beaucoup de poussières, ou bien la destruction de ces poussières est très inefficace.
SN 200jl dans sa galaxie (NASA/Chandra)
Une équipe d’astrophysiciens majoritairement danois s’est penchée sur cette question et publie son étude dans Nature cette semaine. Les chercheurs se sont intéressés à la poussière entourant une supernova découverte en 2010, dénommée SN2010jl. Leurs observations tendent à indiquer que les deux phénomènes seraient vrais : les supernovae produisent énormément de poussière et ne parviennent pas à la détruire…
Christa Gall et ses collègues ont vérifié l’absorption de la lumière émise par la poussière par des débris de la supernova en mouvement vers nous, ainsi qu'observé l’émission infra-rouge de cette poussière.
Avec le Very Large Telescope situé au Chili, l'équipe a pu observé la supernova au cours du temps sur dix époques, à partir du 26ème jour après l'explosion. Ils trouvent une belle évidence que des grains de poussière se sont formés dans la coquille dense qui se situe juste derrière l'onde de choc en expansion de la supernova. Et ce qu'ils ont trouvé de surprenant, c'est qu'au jour 868 après l'explosion, la quantité de poussière a augmenté considérablement. La masse totale de poussière est de l'ordre de 830 fois la masse de la Terre.
Mais il y a mieux : les astrophysiciens menés par Christa Gall ont exploité la courbe d'extinction de la lumière par ces grains de poussière pour en déduire leur composition et surtout leur taille, et c'est là qu'arrive la surprise! Leur composition n'est pas surprenante, il s'agit surtout de grains composés de carbone, mais leur taille est une vraie surprise. Ces grains de poussière sont énormes par rapport à ce qu'on connait dans notre galaxie. Dans notre galaxie, afin de reproduire les courbes d'extinction de la poussière, on doit déduire que les grains de poussière font environ 0,25 microns de rayon; dans SN2010jl, les grains de poussière doivent faire entre 1 µm et 4,2 µm !
Certes, ce n'est pas la première fois que des astronomes rencontrent des grains de poussière aussi gros, on peut citer la sonde Ulysses qui avait détecté des grains de plus de 2 microns dans notre système solaire et des grains de 6 µm sont déjà parvenus dans la haute atmosphère de la Terre.
Il faut avoir en tête qu'il y a plusieurs dizaines de milliards d'atomes dans un grain de 1 µm.
Ces gros grains de poussière autour d'une supernova lointaine nous prouvent non seulement que cette poussière est produite au cours de l'explosion, mais aussi que cette poussière est difficilement détruite par le phénomène explosif et l'environnement dur associé. C'est en fait leur grande taille qui rend ces grains résistants. En effet, un grain de quelques microns est bien moins vulnérable à des collisions de particules plus petites à très haute vitesse que ne l'est un grain d'une fraction de micromètre.
Il existe une autre supernova, beaucoup plus proche de nous, dans le grand nuage de Magellan, petite galaxie satellite de la nôtre, qui pourrait être un superbe laboratoire pour étudier les interactions de la supernova avec la poussière. SN1987A pourrait donner aux astronomes une belle opportunité d'observer ce qui se passe quand des débris de l'explosion en mouvement rapide viennent percuter un anneau de poussière produit auparavant par l'étoile progénitrice de la supernova. Les débris de SN1987A se meuvent à 2000 km/s dans notre direction et devraient bientôt atteindre le nuage situé à environ 150000 années-lumière de nous.
Les chercheurs vont pouvoir observer ce qui se passe en direct grâce au réseau ALMA. La formation et la destruction de poussière vont pouvoir être observées de très près et si il se confirme que de telles ondes de choc sont moins destructrices pour la poussière, on commencera enfin à comprendre pourquoi il existe de telles masses de poussières dans les galaxies.
Référence :
Rapid formation of large dust grains in the luminous supernova 2010jl
"L'infini du ciel, avec ses défis, son roulement, ses mots innombrables, n'est qu'une phrase un peu plus longue, un peu plus haletante que les autres." René Char, Possessions extérieures "Plus qu'aucune autre question, celle de l'infini a depuis toujours tourmenté la sensibilité des hommes; plus qu'aucune autre idée, celle de l'infini a stimulé et fécondé leur raison; mais plus qu'aucun autre concept, celui de l'infini demande à être élucidé." David Hilbert "Toutes les choses étaient ensemble, infinies tant en multitude qu'en petitesse; car la petitesse aussi était infinie." Anaxagore "C'est nous - la divinité indivise qui opère en nous - qui avons rêvé l'univers. Nous l'avons rêvé solide, mystérieux, visible, omniprésent dans l'espace et fixe dans le temps; mais nous avons permis qu'il y eût à jamais dans son architecture de minces interstices de déraison, pour attester sa fausseté." Jorge Luis Borges, Les Avatars de la tortue "Il avait raison Van Gogh, on peut vivre pour l’infini, ne se satisfaire que d’infini, il y a assez d’infini sur la terre et dans les sphères pour rassasier mille grands génies. " Antonin Artaud
"L'homme est un éternel chercheur. Il aspire à l'infini, il trouve le fini." Jean-Charles Harvey, Les demi-civilisés "Ce n'est pas seulement le nombre des atomes, c'est celui des mondes qui est infini dans l'univers."
Epicure
"Car enfin, qu'est-ce qu'un homme dans la nature ? Un néant à l'égard de l'infini, un tout à l'égard du néant , un milieu entre rien et tout." Blaise Pascal "Il n’existe que deux choses infinies, l’univers et la bêtise humaine... mais pour l'univers, je n'ai pas de certitude absolue. " Albert Einstein "Le silence éternel de ces espaces infinis m'effraie."
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