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)

Record de sensibilité pour XENON1T dans la recherche directe de la matière noire

Lors de son inauguration en novembre 2015, Elena Aprile, responsable scientifique de l’expérience XENON1T de recherche de matière noire, l’avait prédit (voir ici) : il ne faudrait que quelques semaines pour atteindre une meilleure sensibilité que la meilleure obtenue par les expériences précédentes. Il aura fallu 34 jours...

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Un jet de matière de près d'1 année-lumière émis par une naine brune

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Une explication théorique de l'expansion accélérée de l'Univers

Trois chercheurs de l'Université de Vancouver (Canada) viennent de proposer dans un article impressionnant, publié dans Physical Review D, une solution très élégante qui explique pourquoi l'Univers est en expansion accélérée, et qui réconcilie relativité générale et physique quantique tout en éliminant la notion d'"énergie noire" ou constante cosmologique. Une révolution si cette vision est confirmée.

Le mystère des FRB se poursuit

Les Fast Radio Bursts (FRB) sont des bouffées d'ondes radio très courtes. 22 ont été détectées à ce jour, et leur origine demeure toujours mystérieuse. Un suivi de la FRB 150215 juste après sa détection a été effectué dans toutes les longueurs d'onde imaginables, des rayons gamma aux neutrinos. Résultat : rien de détectable... Mais une particularité de notre galaxie est apparue...

La première FRB a été détectée il y a 10 ans tout juste. Aujourd'hui, avec FRB 150215, nous en sommes à 22. Celle-ci a été détectée par le radiotélescope australien Parkes le 15 février 2015 et a duré 2,8 ms. Contrairement aux FRB antérieures, les astrophysiciens ont réussi à mettre en place très vite après la détection une flopée de moyens observationnels dans toutes les longueurs d'ondes pour scruter la zone d'origine de FRB 150215 à la recherche d'une contrepartie ou d'un signal rémanent. Pas moins de 11 télescopes ou détecteurs ont été exploités ! Emily Petroff (Netherlands Institute for Radio Astronomy) et son équipe ont ainsi regardé avec H.E.S.S (rayons gamma de très haute énergie), le Thai National Telescope (visible), ANTARES (neutrinos), le Australia Telescope Compact Array (ondes radio), Swift (rayons gamma), Chandra (rayons gamma), Magellan (visible), la Dark Energy Camera du Blanco Telescope (infra-rouge), le GMRT indien (ondes radio), le radiotélescope Lovell (ondes radio) et le réseau VLA (ondes radio).

Les chercheurs n'ont absolument rien trouvé dans la zone où FRB 150215 a été détectée... aucune rémanence ou contrepartie. Et au cours des 17,25 heures qui ont suivi la détection, aucune autre bouffée n'a été détectée...

Mais les astrophysiciens ont tout de même trouvé une information intéressante, liée à notre galaxie. Car FRB 150215 était située presque dans le plan galactique, exactement à 5,28° au dessus du plan. Dans cette région de notre galaxie, le champ magnétique galactique aurait dû interagir avec le signal des ondes radio de la FRB en induisant une rotation de leur polarisation. Mais bizarrement, les ondes radios de FRB150215 ne montraient pas du tout de rotation, mais au contraire une polarisation linéaire de 43%.

Il semble donc que la bouffée de FRB150215 soit passée par un "trou" magnétique de notre galaxie, étonnant, qui n'a pour le moment que des explications peu étayées. Emily Petroff et ses collaborateurs estiment même que ce "trou" magnétique pourrait avoir facilité d'une manière ou d'une autre, la détection de la FRB, car parmi les 22 détectées à ce jour, la grande majorité se trouvaient bizarrement en dehors du plan galactique. 

Le mystère des FRB, à défaut de s'épaissir, semble donc se poursuivre, et c'est passionnant.

Référence

A polarized fast radio burst at low Galactic latitude

E. Petroff et al.

accepté pour publication dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

https://arxiv.org/pdf/1705.02911.pdf

Illustration

1) Image infra-rouge de la zone de FRB150215 obtenue avec l'instrument DECam. Les cercles bleus sont centrés sur le point d'origine de la détection de FRB150215 par la radiotelesope Parkes. (E Petroff et al.)

2) Signal radio mesuré par le radiotelescope Parkes le 15 février 2015 (E. Petroff et al.)

Découverte d'un pont magnétique entre les nuages de Magellan

Pour la première fois, des astronomes viennent de mettre en évidence l'existence d'un champ magnétique associé au "pont magellanique", filament de gaz reliant le Grand Nuage et le Petit Nuage de Magellan, les deux galaxies naines les plus proches de la Voie Lactée.

Des trous noirs très actifs, mais très enveloppés

Une équipe d'astronomes utilisant le télescope spatial NuSTAR, montre en étudiant 52 galaxies à noyau actif à différents stades de fusions galactiques que celles qui en sont au dernier stade ont un trou noir supermassif complètement enveloppé par un épais cocon sphérique de gaz.

Alors, matière noire ou pas matière noire ?

Alors qu'il y a quelques jours à peine, je vous relatais des observations réfutant l'explication de l'excès de rayons gamma du centre galactique par l'annihilation de particules massives formant la matière noire, aujourd'hui, deux études indépendantes arrivent à la conclusion inverse, en utilisant l'excès d'antiprotons observé par le détecteur AMS-02.

Rapprochement Lune-Jupiter à moins de 2° ce soir

Vers 23h ce soir (7 mai 2017, heure française), regardez vers l'horizon Sud, vous ne verrez qu'elles : la Lune gibeuse et l'éclatante Jupiter juste en dessous, dans une conjonction très rapprochée, à seulement 1°40' de séparation. 

Jupiter est actuellement dans la constellation de la Vierge, non loin de l'étoile Spica (𝛂 Vir) que vous apercevrez légèrement en dessous à gauche de Jupiter. 

Si vous êtes muni d'un paire de jumelles, vous pourrez voir non seulement le satellite de la Terre, mais aussi les quatre plus gros satellites de Jupiter, qui entourent ce soir la géante avec Ganymède d'un côté et les trois autres de l'autre (Io, Europe, Callisto).

Cette belle conjonction se déroule non loin également de la petite constellation du Corbeau et notamment d'un objet astronomique parmi les plus emblématiques : la galaxie du Sombrero, alias M104. Il vous faudra cependant un instrument plus puissant que des jumelles pour en profiter. Ce soir, M104 forme un triangle équilatéral quasi parfait avec Spica et la Lune, une aubaine pour la localiser facilement sans passer par notre astuce classique de la petite flèche du Corbeau...

La Galaxie du Sombrero est une galaxie spirale dont le disque est vu par la tranche, presque perpendiculairement. Vue dans un télescope d'amateur, elle ressemble à ça :

et vue par le télescope Hubble, à ça : 

NICER, un nouveau télescope bientôt à bord de l'ISS

Le premier juin prochain s’envolera à bord d’un cargo de ravitaillement de SpaceX un instrument  mi-télescope-mi détecteur. NICER (Neutron star Interior Composition Explorer) sera installé à bord de l’ISS pour étudier le rayonnement X en provenance des étoiles à neutrons pour mieux comprendre leur composition.

Confirmation de l’origine astrophysique de l’excès de rayons gamma du centre galactique

Les nouveaux résultats du télescope gamma Fermi-LAT sont très clairs : l’excès de rayons gamma au centre de notre galaxie provient d’une grande population de pulsars et non pas de réactions de particules de matière noire. Ils viennent donc refermer une question ouverte il y a une dizaine d’années.

Et si la matière sombre était constituée de bosons ultra-légers ?

Une étude effectuée sur 13 amas de galaxies par des observations de l'émission X du gaz chaud vient de tester l'hypothèse que la matière sombre (matière noire) soit constituée de bosons très légers, formant une matière noire "floue". Les observations apparaissent plus cohérentes avec ce modèle qu'avec celui de la matière noire froide...

Première mesure des fluctuations à petite échelle du gaz intergalactique

La première mesure des variations à petite échelle du gaz intergalactique vient d’être publiée. Pour arriver à ce résultat sur la matière très diffuse qui peuple le « vide » cosmique, les astronomes ont observé l’atténuation de paires de quasars distants.

XB091D, le pulsar le plus lent observé au sein d'un amas globulaire

Une équipe de chercheurs russes, français et italiens vient de publier une étude caractérisant le pulsar le plus lent trouvé dans un amas globulaire. Ce pulsar est situé dans la galaxie d'Andromède et semble être tout juste en train de réaccélérer sa rotation...