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 Quoi de neuf sur ''notre'' Univers...

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tanka
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MessageSujet: Quoi de neuf sur ''notre'' Univers...   Jeu 13 Jan 2011 - 22:22

Planck nous livre sa nouvelle carte du ciel

Le satellite européen de cosmologie, lancé il y a un peu plus d'un an, vient de fournir sa première carte intégrale du ciel.

Réalisée dans la portion micro-ondes du spectre électromagnétique, elle montre un visage inédit de notre galaxie, la Voie lactée (en bleu-violet). "Grâce à elle, les spécialistes du milieu interstellaire vont mieux comprendre où et comment se forment les étoiles", promet François Bouchet.


Cartographie du ciel par Planck. La lumière de la galaxie (en violet) se superpose à celle du fond diffus cosmologique
(en rouge orangé). Des nébuleuses et objets extragalactiques ont été entourés.
Crédit: ESA/LFI&HFI/Ciel et Espace Photos
Pister la première lumière de l'Univers
Si importante soit-elle, la nouvelle image de la Voie lactée en cache une autre, plus précieuse encore: celle du fond diffus cosmologique - en rouge orangé, de part et d'autre de notre galaxie. C'est pour observer ce vestige de la première lumière émise par l'Univers que le satellite Planck a été conçu.

Le satellite doit cartographier ce rayonnement fossile dans des longueurs d'onde inédites et à une résolution bien meilleure que ses prédécesseurs, comme le satellite Cobe de la Nasa.

Connaître précisément l'emplacement et la taille des petites irrégularités de ce rayonnement va nous permettre de comprendre comment notre Univers s'est ensuite structuré en galaxies.

Premiers résultats cosmologiques en 2012
"Pour compléter l'étude de cette première lumière de l'Univers, il nous faut encore deux ans d'observation et traiter l'image de façon à 'soustraire' la Voie lactée", indique François Bouchet. Rendez-vous donc en 2012.

Cette petite vidéo montre comment Planck scanne le ciel:



Pour en savoir davantage sur Planck:
Écoutez notre série de podcasts "Planck, vers l'aube du temps" sur le site Ciel & Espace Radio.

Emilie Martin, le 5 juillet 2010
Source Ciel&Espace: http://www.cieletespace.fr/evenement/5560_planck-nous-livre-sa-nouvelle-carte-du-ciel


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MessageSujet: Re: Quoi de neuf sur ''notre'' Univers...   Jeu 13 Jan 2011 - 22:23

Planck livre ses premiers résultats

Grandes structures de l'Univers, amas galactiques, gaz et poussières interstellaires ont livré quelques-uns de leurs secrets au satellite européen Planck.

Lancé en 2009 pour cartographier le fond diffus cosmologique, le satellite Planck a observé la totalité de la sphère céleste dans les longueurs d'onde millimétriques et submillimétriques. En attendant sa carte ultraprécise de la « première lumière de l'Univers », prévue pour 2013, il a révélé de précieuses informations sur des astres situés en avant-plan.


Le ciel vu par Planck.
Crédit: ESA/Planck collaboration
1/ Des poussières en rotation ultrarapide
L'origine de la mystérieuse « émission micro-onde anormale », découverte dans les années 1990, est expliquée. L'excès de rayonnement observé entre 10 et 60 GHz de fréquence serait dû à des grains interstellaires de 10 à 50 atomes en rotation ultrarapide - jusqu'à 10 milliards de tours par seconde. Cette émission (ci-dessous en rouge) est notamment observée dans le nuage interstellaire de Rho Ophiuchus.


Le nuage de Rho Ophiuchus vu par Planck.
Crédit: ESA/Planck collaboration
2/ Davantage de gaz dans la Galaxie
Planck a détecté et mesuré une importante fraction de gaz interstellaire qui échappait jusqu'ici aux observations. Jusqu'à la moitié de l'hydrogène moléculaire de la Galaxie, probablement situé dans les enveloppes des nuages interstellaires, vient ainsi d'être « retrouvé ».

3/ Une toile cosmique en évolution
Le fond diffus infrarouge de l'Univers (constitué de l'éclat accumulé de toutes les galaxies formant des étoiles, vues à travers les âges) a été cartographié par Planck avec une précision inédite. Le satellite l'a observé jusqu'à des fréquences auxquelles il n'avait jamais été vu avant, et avec une grande précision. Ses mesures dessinent une toile cosmique qu'il est désormais possible de voir évoluer au cours du temps, jusqu'à 11 milliards d'années dans le passé (animation ci-dessous).


Planck voit la trame cosmique des galaxies évoluer avec la fréquence
d'observation, autrement dit au cours de l'évolution cosmique.
4/ Un catalogue de sources compactes
Le premier catalogue de sources compactes issu de la cartographie de Planck a aussi été publié hier. Constitué de neuf listes, une par fréquence d'observation, il compte plus de 15000 objets, dont 189 amas de galaxies découverts par effet Sunyaev-Zel'dovich et 915 nuages moléculaires plus froids que -259°C - la température moyenne des poussières dans la Galaxie. C'est une mine dans laquelle chaque chercheur pourra piocher.



Pour en savoir plus sur les objectifs de Planck, écoutez notre podcast "Planck, les secrets de la première lumière de l'Univers" sur le site Ciel & Espace Radio.

David Fossé, le 12 janvier 2011
Source Ciel&Espace: http://www.cieletespace.fr/node/6564

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MessageSujet: Re: Quoi de neuf sur ''notre'' Univers...   Sam 26 Mar 2011 - 3:17

Inflation, énergie et matière noires selon WMap 7

Les données des observations de Planck ne seront rendues publiques qu’en 2012. En attendant, celles obtenues au bout de 7 années par WMap viennent de l’être. Pas de révélations si ce n’est que l’accord entre le modèle dit LambdaCDM et les observations continue d'être excellent et que les anomalies, signatures possibles d’une nouvelle physique, invoquées dans le rayonnement fossile par certains chercheurs, ne semblent finalement pas être présentes.

On ne le répétera sans doute jamais assez, nous sommes entrés depuis quelques années dans l’ère de la cosmologie de précision. Les observations des télescopes au sol comme ceux du VLT, du Keck et en orbite comme Hubble, Chandra et WMap (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), permettent des mesures fines et indépendantes de plusieurs paramètres cosmologiques. Ils sont aujourd'hui déterminés à l’aide de phénomènes astrophysiques différents et la concordance des valeurs observées ainsi que la précision atteinte rendent très peu crédible l’invocation de l’influence d’une série de hasards malheureux, ou d’épicycles, pour mettre à mal la théorie du Big Bang.

Matière noire et énergie noire sont de plus en plus solidement établies même si leur nature exacte est encore mal comprise, et plusieurs des prédictions des modèles inflationnaire ont été observées. Toutefois, nous ignorons encore à quoi ressemble l’Univers au-delà de l’horizon cosmologique, s'il est fini ou infini, et même si il a eu un début ou aura une fin.

Si l’on en croit des théories comme celles de l’inflation chaotique de Linde, ou encore celle du paysage cosmique issue de la théorie de cordes avancée par Léonard Susskind, notre Univers observable pourrait bien n’être qu’une bulle infinitésimale transitoire dans un multivers éternel et infini. Il pourrait aussi être unique, fini mais osciller depuis toute éternité entre des phases d’expansion et de contraction comme le suggère par exemple la théorie de la gravitation quantique à boucle. Se poser la question d’un avant le Big Bang aurait donc un sens. Ce ne sont que des exemples des spéculations qui existent chez les cosmologistes et elles font souvent la part belle à la notion d’entropie, sans oublier celle de principe anthropique et toutes les questions philosophiques qui vont avec.

L’étude du rayonnement fossile, même si elle est limitée à notre Univers observable, est cependant une excellente illustration de la maturité de la cosmologie scientifique, fournissant des réponses bien déterminées. En témoigne la mise en ligne par l’équipe de WMap des résultats des analyses de sept années d’une sorte de longue pause photographique du fond cosmologique diffus. Appelé WMap 7, ce travail est le troisième bilan des observations de ce satellite qui est ainsi livré à la communauté des cosmologistes et astrophysiciens, sans oublier des physiciens des hautes énergies. La dernière (WMap 5) datait de 2008.

Les chercheurs ont à nouveau gagné en précision et réduit les biais d'observations possibles mais on cherchera en vain parmi les six papiers publiés sur arXiv l’annonce d’une découverte importante révolutionnant le modèle standard de la cosmologie ou la physique théorique.

Les observations de WMap sont suffisantes à elles seules pour corroborer un modèle cosmologique dépendant de 6 paramètres fondamentaux contenant de la matière baryonique, noire et de l’énergie noire dans les proportions suivantes si l’on prend le plus simple modèle Lambda CDM (en ajoutant d’autres paramètres pour des modèles un peu plus complexes, ces valeurs changent légèrement).
  • 0,0449 /- 0,0028 pour matière baryonique
  • 0,222 /- 0,026 pour la matière noire
  • 0,734 /- 0,029 pour l’énergie noire
En revanche, bon nombre d’anomalies dans le CMB qui avaient été signalées par différents chercheurs ne sont plus vraiment là, ou plus exactement, elles ne représentent plus un écart statistiquement significatif par rapport aux observations.

Les chercheurs de l’équipe de WMap mettent d’ailleurs à nouveau en garde contre la tendance de l’esprit humain à introduire abusivement des corrélations et des régularités là où seul le hasard intervient et il mentionne l’exemple célèbre de la soi-disant présence des initiales de Stephen Hawking dans la carte de fluctuations de température du rayonnement fossile.


En haut, la carte des fluctuations de températures du rayonnement fossile vue par Cobe au début des années 1990. En bas une des cartes fournies
il y a quelques années par WMap. Certaines fluctuations statistiques peuvent faire croire à tort à l'existence d'anomalies,
comme celle montrée ici au centre de l'ellipse. On voit en effet les initiales de Stephen Hawking !
Crédit: Nasa
Un Univers bien peu courbé
Ainsi les observations de WMap 7 ne font plus apparaître comme crédibles des asymétries du fond diffus cosmologique entre les deux hémisphères ou au niveau des modes dipolaire et quadripolaires de la courbe de puissance du CMB. Les points froids n’auraient rien de particulier et il n’y aurait pas non plus d’alignements entre les modes quadrupolaire et octopolaire qui seraient incompatibles avec un modèle LamdaCDM minimal.

Toujours est-il que la précision désormais atteinte avec WMap permet de commencer à tester la présence et la nature de l’énergie noire sans faire appel aux observations des supernovae. Jointes à d’autres, les mesures de WMap montrent par exemple que la nature de l’énergie noire est parfaitement compatible avec ce que l’on attend d’une vraie constante cosmologique et au final la courbure de l’Univers apparaît comme plate à moins de 1% près.

Dans un modèle LamdaCDM minimal, l’âge de l’Univers est évalué maintenant à 13,75 /- 0,13 milliards d’années. Pour mémoire et toujours dans le cadre de ce modèle minimal il était de 13,69 /- 0,13 milliards d’années avec WMap 5.

La matière noire est toujours bien présente dans les observations de WMap 7 et de nouvelles bornes ont pu être posées sur sa nature. On peut par exemple se servir de ces observations pour soutenir que l’axion ne peut pas être une composante majeure de la matière noire, mais il n’y a encore rien de certain à ce sujet. Pour le moins, l’espace des paramètres concernant l’axion est désormais plus restreint.

WMap 5 avait détecté une signature du fond neutrinos et posé là aussi des bornes sur le nombre de neutrinos de types différents dans l’Univers observable et la somme de leurs masses. Les mesures du LEP étaient favorables à l’existence de seulement trois familles de neutrinos, en bon accord avec les limites précédemment données par la théorie et les observations de la nucléosynthèse primordiale qui avaient été les premières à suggérer une telle borne. WMap 7 confirme à nouveau un bon accord avec le modèle standard même si le dernier mot à ce sujet n’est peut-être pas dit.

Les mesures donnent aujourd’hui comme valeurs:

Somme Mneutrino < 0,58 eV (avec un degré de confiance de 95%)

et pour le nombre d’espèces de neutrinos:

Ne = 4,34 0,86/-0,88 (avec un degré de confiance de 68%)


La nouvelle carte du spectre de puissance fournie par WMap 7.
Crédit: Nasa/WMap Science Team
Un mystère au sein des gaz intergalactiques
Il y a cependant une nouveauté et elles concernent la matière baryonique. Si la théorie du Big Bang prédit que l’essentiel de l’hélium est d’origine primordiale et que sa proportion par rapport à l’hydrogène a été peu changée à l’échelle cosmologique par la nucléosynthèse stellaire, son abondance dans le cosmos était déduite de la composition chimique des étoiles. La mesure plus précise de la courbe de puissance du rayonnement fossile jointes aux mesures d’expériences au sol comme celles de QUaD permettent aujourd’hui de détecter et de mesurer la présence d’hélium dans l’Univers observable au moment de la recombinaison, c'est-à-dire avant que n’apparaissent les premières étoiles.

Pour la première fois, on a donc une mesure de l’abondance de l’hélium cosmologique avant l’apparition des étoiles et, sans surprise, celle-ci est à nouveau en accord avec la théorie du Big Bang.

Il existe dans le rayonnement fossile des anisotropies secondaires de températures dont l’une des plus intéressantes est celle causée par l’effet Sunyaev–Zel’dovich au niveau des amas de galaxies. Les électrons du plasma de gaz chaud émettant des rayons X à l’intérieur des amas peuvent entrer en collision avec les photons du CMB selon le principe de l’effet Compton inverse. Cela change donc la distribution en énergie des photons fossiles passant à travers un amas et ce changement est relié aux caractéristiques de cet amas.

Les observations de WMap 7 sont compatibles avec ce qu’on déduisait d’eux à partir des observations en rayons X, mais cette fois, elles entrent en conflit avec les modèles théoriques, suggérant que quelque chose nous échappe dans l’hydrodynamique du gaz intergalactique.

Remarquablement, en revanche, la théorie du rayonnement fossile prédisait une nette corrélation entre les zones froides-chaudes et l’état de la polarisation du CMB selon des figures bien déterminées. Cette prédiction a été vérifiée comme le montre l’image ci-dessous.


Comparaison des prédictions et des observations concernant les fluctuations de températures et la polarisation autour
des points (spot) chauds (hot) et froids (cold) dans le CMB.
Crédit: Nasa / WMap Science Team
Comme nous l’avait expliqué Laurence Perotto dans un précédent article, l’un des buts de la mission Planck est de détecter d’éventuels modes B de polarisation et aussi des non-gaussianités d’origine primordiale dans les fluctuations du rayonnement fossile. Si WMap a bien détecté les modes dits E depuis un certain temps, il n’y a toujours pas trace des modes B prédits par la théorie de l'inflation, ce qui n’est guère surprenant car les chances d’en voir avec WMap étaient très faibles. Il n’y a toujours pas de trace significative non plus de ces non-gaussianités.

Ces informations négatives placent cependant des contraintes sur les modèles d’inflations possibles qui sont très nombreux (voir par exemple l’article de William H. Kinney). De plus, les chercheurs croient distinguer des signes d’une différence entre les intensités des fluctuations à grandes échelles dans le rayonnement fossile qui seraient légèrement plus faibles que celles à petites échelles, ce qui est effectivement ce que prédisent nombre de modèles inflationnaires.


Une vue d'artiste de WMap dans l'espace.
Crédit: Nasa / WMAP Science Team
Par Laurent Sacco, Futura-Sciences      Le 4 février 2010 à 15h37
Source Actualité Futura-Sciences:
http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/astronomie/d/inflation-energie-et-matiere-noires-selon-wmap-7_22445/

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MessageSujet: Re: Quoi de neuf sur ''notre'' Univers...   Sam 26 Mar 2011 - 3:24

Martin Perl, prix Nobel, veut détecter l'énergie noire au laboratoire

Peut-on observer en laboratoire la présence de l'énergie noire accélérant l'expansion de l'univers ? Pour le prix Nobel de physique Martin Perl et ses collègues, cela pourrait être possible grâce aux expériences d'interférométrie atomique.
  • Parcourez le dossier complet sur l’énergie noire >>
Il n’y a guère de doute sur l'accélération de l’expansion de l’espace depuis quelques milliards d’années. Par contre, on ne sait toujours pas comment interpréter la présence de la constante cosmologique responsable de cette accélération. Faut-il en rester à une attitude très conservatrice ne faisant pas intervenir une nouvelle physique, comme c’est le cas dans le cadre du scénario du vide minimal ? Faut-il faire intervenir au contraire de l’énergie noire découlant d’une physique au-delà du modèle standard ?

Pour répondre à cette question, on se tourne généralement vers l’infiniment grand, à des échelles supérieures à celle des amas de galaxies. La présence de l’énergie noire, ses possibles variations dans le temps et l’espace en fonction des théories proposées affectent en effet le rythme d’expansion de l’univers et la formation des amas de galaxies d’une façon déterminée. Il existe cependant dans le cadre de certains modèles d’énergie noire, en particulier celui des particules caméléons, des expériences qui sont réalisables en laboratoire.

Une expansion nulle ou négligeable dans le Système solaire
C’est assez remarquable car l’expansion de l’espace n’est vraiment sensible qu’aux échelles supérieures aux amas de galaxies. On l'a appris en 1945 à la suite de la publication par Einstein et son assistant de l’époque (Ernst Strauss) d’un article contenant ce que l’on peut appeler la métrique de Einstein-Strauss.

Les deux chercheurs y exhibaient une solution des équations d’Einstein décrivant le champ de gravitation d’une étoile ou d’une planète à l’intérieur d’un modèle cosmologique en expansion. Cette solution montrait clairement que ni le Soleil ni le Système solaire ne subissaient les effets de cette expansion. Des calculs plus généraux que cette solution simple à symétrie sphérique, comme ceux de Cooperstock et ses collègues, ont montré par la suite que si on ne pouvait exclure une telle expansion à cette échelle, elle était parfaitement inobservable même sur une échelle de temps de plusieurs milliards d’années.

Comment donc pourrait-on tester des modèles d’énergie noire à des échelles humaines de temps et d’espace ?


La mystérieuse énergie noire composerait plus de 70 % du contenu de l'univers observable.
© Nasa CXC M Weiss
Des différences de chemins dans l'espace-temps
Le prix Nobel de physique Martin Perl pense qu’il est possible de relever le défi en utilisant des expériences d’interférométrie atomique et ce d'ici 2014 ! Ces expériences reposent sur l’idée que la valeur de l’énergie noire fluctue constamment dans le vide, bien que de façon très faible. D’une région à l’autre de l’espace, même à notre échelle, ces fluctuations seraient présentes. Si l’on croit que l’énergie noire découle en fait des fluctuations quantiques des champs de matière et de force, cette hypothèse ne semble pas déraisonnable. Si l’énergie noire découle d’un champ de quintessence, on peut espérer que de telles fluctuations existent aussi. Tout le problème est de savoir si elles sont mesurables.

L’idée exposée par Martin Perl est alors la suivante.

On laisse tomber en chute libre des paquets d’ondes de matière associés à des atomes. Sous l’action d’un faisceau laser, le paquet d’ondes correspondant à un atome est séparé en deux, de sorte qu’il existe une superposition de deux états quantiques de mouvement pour un seul atome. En chute libre l’un des deux paquets est freiné par absorption de photons issus d’un laser ; au bout d’un certain temps, et toujours sous l’effet d’un laser, les deux paquets sont recombinés en fin de chute. La situation est alors similaire à celle d’une expérience d’interférométrie dans laquelle deux chemins optiques de longueurs différentes ont été associés à un photon unique. On peut donc obtenir des franges d’interférences.

Si l’on prend deux expériences de ce genre, avec une hauteur et un temps de chute identiques pour des atomes d’un même élément, mais peu séparés dans l’espace à l'intérieur d'un laboratoire, on doit obtenir des résultats identiques dans le champ de gravitation de la Terre.

Mais si de l’énergie noire existe, qu’elle se couple à de la matière et qu’elle fluctue bel et bien, alors une différence de déphasage, indépendante de la gravitation de la Terre va apparaître entre les deux expériences. On aura alors accès directement à l’effet de l’énergie noire, pour autant que d’autres sources de déphasages bien comprises aient pu être soustraites des données de l’expérience. On pourra consulter l’article publié sur arXiv pour plus de détails.

L'un des grands intérêts de cette proposition d'expérience est qu'elle peut se faire sur Terre dans une cloche à vide de 2 mètres de haut tout au plus et avec des ondes de matière associées aux atomes ultrafroids. Une technologie en cours de développement. Elle ne nécessite pas de lancer des instruments dans l'espace comme les missions actuellement à l'étude.

Toutefois, elle repose sur des hypothèses qui ne vont pas de soi. Espérons que l'univers sera suffisamment enclin à se mettre à notre portée d'ici quelques années avec ce type d'expérience...


Le prix Nobel de physique Martin Perl, le découvreur du tauon, cousin lourd de l'électron.
© Peter Ginter
Par Laurent Sacco, Futura-Sciences      Le 18 février 2011 à 13h36
Source Actualité Futura-Sciences:
http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/martin-perl-prix-nobel-veut-detecter-lenergie-noire-au-laboratoire_28121/

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MessageSujet: Re: Quoi de neuf sur ''notre'' Univers...   Sam 26 Mar 2011 - 14:09

Matière noire et énergie noire selon Jean-Pierre Luminet

À l’origine du projet multiplateforme francophone sur la cosmologie contemporaine, « Du Big Bang au Vivant », Jean-Pierre Luminet nous fait partager aujourd’hui sa vision de la cosmologie et de la physique théorique contemporaines dans un premier article. Nous nous pencherons ensuite sur le principe anthropique et ses liens avec l’exobiologie, toujours avec Jean-Pierre Luminet, dans un second article.

Parmi les questions les plus importantes que se pose l’Humanité se trouvent celles du destin de l’univers et de son origine. Ces deux questions sont inséparables. Si elles fascinent à ce point tant d’Homo sapiens depuis des millénaires, c’est évidemment parce que nous sentons bien que répondre à ces questions est un préalable obligatoire pour espérer apprendre d’où nous venons, qui nous sommes et où nous allons.

Depuis les temps des premiers philosophes grecs ou des spéculations métaphysiques des penseurs indiens, nous avons fait quelques progrès. Grâce au LHC et aux satellites Planck, Corot et Kepler, nous espérons en accomplir d'autres, bien que comme aimait à le dire le grand John Wheeler: « Nous vivons encore dans l’enfance de l’espèce humaine, tous les horizons que sont la biologie moléculaire, l’ADN, la cosmologie, commencent juste à s’ouvrir. Nous sommes juste des enfants à la recherche de réponses et à mesure que s’étend l’île de la connaissance, grandissent aussi les rivages de notre ignorance ».


De gauche à droite à côté de lui, les bustes d'Einstein et de Bohr, les maîtres à penser de John Wheeler.
© Texas A&M University
Jean-Pierre Luminet nous invitait tout dernièrement à réfléchir au destin de l’univers dans un de ses ouvrages. Mais c’est surtout grâce à un projet multiplateforme francophone sur la cosmologie contemporaine qu’il nous permet aujourd’hui avec Hubert Reeves d’explorer la structure et l’évolution du cosmos, Du Big Bang au Vivant.

Les clés pour comprendre le destin de l’univers s’appellent l’énergie noire et la matière noire. Elles apparaissent étroitement liées à l’apparition de la vie et des exoplanètes qui l’abritent peut-être.

Un long métrage accompagnant la présence en ligne du site Du Big Bang au Vivant devrait sortir prochainement en France. En attendant, nous avons posé quelques questions à Jean-Pierre Luminet. Les voici.


Jean-Pierre Luminet.
© OBSPM
Futura-Sciences: Comment en êtes-vous venu à participer au projet « Du Big Bang au Vivant » avec des producteurs et réalisateurs québécois ?

Jean-Pierre Luminet: Tout est parti, il y a quatre ans, de discussions que j’ai eues avec la productrice Iolande Cadrin-Rossignol. Alors qu’il existe d’excellents documentaires destinés à un large public dans le monde anglo-saxon, montrant les dernières découvertes dans les domaines de l’astrophysique, de la cosmologie et de l’exobiologie, il n’y avait rien d’équivalent dans les pays francophones. Il y avait donc un vide à combler et un défi à relever. Certaines personnes se sont montrées très intéressées par le projet au Québec et en France. Malheureusement, seuls les Québécois ont finalement décidé de s’impliquer réellement. Alors qu’il y a encore une dizaine d’années, il n’aurait pas été difficile de monter un tel projet en France, on rencontre maintenant beaucoup de frilosité.

C’est donc du Québec que tout est vraiment parti et c’est à ce moment que nous avons demandé à Hubert Reeves de nous rejoindre, ce qu’il a accepté de faire. À un certain stade du travail, il nous est apparu que ça serait une bonne chose de s’inspirer de la trame et des thèmes que j’avais développés dans mon ouvrage écrit en collaboration avec Élisa Brune: Bonnes nouvelles des étoiles.

Philippe Brax, qui était avec vous au colloque « Cosmologie et Philosophie » organisé à Lyon par Aurélien Barrau et Daniel Parrochia, nous a récemment expliqué dans un dossier consacré à l’énergie noire qu’il existait plusieurs interprétations possibles à l’accélération de l’expansion de l’univers découverte en 1998. Quelle est pour vous l’explication de la nature de l’énergie noire qui vous semble la plus probable ?

Jean-Pierre Luminet: Je pense qu’il s’agit d’une véritable constante cosmologique. Sa valeur ne devrait donc pas changer dans le temps et dans l’espace, comme dans le cas des modèles de quintessence ou ceux avec de l’énergie fantôme conduisant à un Big Rip. L’univers observable devrait donc continuer son expansion accélérée pour l’éternité et il ne devrait pas y avoir de Big Crunch. Toutefois, le modèle de cosmologie cyclique récemment proposé par Penrose, bien que non orthodoxe, pourrait se révéler être plus qu’une brillante spéculation.


Une vidéo extraite du site Du Big Bang au Vivant avec des
commentaires de Jean-Pierre Luminet sur le LHC.
© Groupe ECP, www.dubigbangauvivant.com/Youtube
L’existence de la matière noire semble solidement établie grâce à différentes observations astrophysiques, comme les collisions entre amas de galaxies. Beaucoup s’attendent à ce qu’on produise des particules de matière noire dans peu de temps avec des collisions au LHC. On a proposé différents candidats possibles pour expliquer cette matière noire, comme une population de minitrous noirs primordiaux. Il semble cependant que les candidats les plus sérieux soient des particules supersymétriques comme le neutralino. Quel est votre avis sur cette question ?

Jean-Pierre Luminet: Tout d’abord, je pense que la matière noire est effectivement la bonne explication aux observations concernant les courbes de rotation des galaxies, celles concernant la stabilité des amas de galaxies et la naissance des grandes structures de l’univers. La théorie MOND proposée par Mordehai Milgrom au début des années 1980, qui modifie la loi de la gravitation de Newton à grandes échelles, et sa variante relativiste construite quelque temps après par Jacob Bekestein, ne me semblent pas apporter les bonnes solutions aux énigmes que l’on a rencontrées.

Je trouve que la supersymétrie et la supergravité, l’extension supersymétrique de la théorie de la relativité générale d’Einstein, sont de très élégantes théories. Mais je suis plutôt sceptique quand à leur pertinence pour décrire l’univers.

Surtout, et bien que la théorie des cordes soit favorable à l’idée que la forme de l’espace puisse être topologiquement compliquée, comme je l’ai proposé avec le modèle cosmologique du dodécaèdre de Poincaré, j’ai pris des distances avec cette dernière.

S'il n'est pas impossible que des particules supersymétriques n’existent pas dans notre univers sans que la théorie des cordes soit fausse, ce n’est pas une possibilité très naturelle.

Par contre, si l’on devait découvrir des partenaires supersymétriques des particules du modèle standard comme le photon, les quarks ou les leptons, il semble qu’il soit difficile d’avoir de la supersymétrie sans la supergravité. Or cette dernière elle-même ne semble pas cohérente sans faire intervenir la théorie des supercordes. Pour ces raisons, je ne pense pas que l’on trouvera de particules supersymétriques au LHC.


Abhay Ashtekar (né le 5 juillet 1949) est un physicien indien. Il est l'un des fondateurs
de la gravitation quantique à boucles.
© Kavli Institute.
Effectivement, le prix Nobel Steven Weinberg disait (dans The Quantum Theory of Fields, Volume III, Supersymmetry): « La gravité existe, donc si la supersymétrie se révèle pertinente pour décrire le monde, une théorie supersymétrique réaliste doit finalement être étendue pour constituer une théorie supersymétrique de la matière et la gravitation, connue sous le nom de supergravité. La supersymétrie sans supergravité n'est pas une option, même si elle peut être une bonne approximation à des énergies inférieures à l'échelle de Planck ». À laquelle s’ajoute une autre phrase d’un des grands théoriciens de la supergravité M.-J. Duff (Erice lectures on "The status of local supersymmetry"): « La supergravité elle-même n’est qu'une théorie effective non renormalisable qui ne fonctionne plus à l'énergie de Planck. Donc, s'il y a quelque vérité dans la supersymétrie alors toute théorie supersymétrique réaliste doit finalement être englobée par la théorie des supercordes, qui reste finie à hautes énergies. La supersymétrie sans supercordes n'est pas une option ». Cela veut-il dire que vous favorisez maintenant une autre approche au problème de la construction d’une théorie quantique de la gravitation, celle de la gravitation quantique à boucles par exemple ?

Jean-Pierre Luminet: C’est effectivement le cas. Bien que je ne sois pas fondamentalement opposé à la théorie des supercordes, je trouve qu’elle a un peu trop fait d’ombre à la gravitation quantique à boucles (Loop Quantum Gravity ou LQG en anglais) développée par Abhay Ashtekar, Lee Smolin et, en France, par Carlo Rovelli. Pour quelqu’un qui a été formé initialement dans le domaine de la théorie quantique des champs de particules élémentaires, la théorie des supercordes peut sembler la bonne voie à suivre pour quantifier le champ de gravitation. Mais pour un relativiste, les techniques de quantifications utilisées en LQG semblent bien plus naturelles et bien mieux fondées.

La théorie des cordes est pourtant capable de retrouver la fameuse formule de Hawking-Bekenstein pour l’entropie des trous noirs, au moins dans le cas des trous noirs supersymétriques. C’est ce qui a été montré par les calculs de Strominger et Vafa en 1995.

Jean-Pierre Luminet: Les théoriciens de la gravitation quantique à boucles sont eux aussi capables de le faire, et sans supposer autre chose que les équations de la relativité générale d’Einstein. Dans le cadre de la LQG, les surfaces, comme celle de l’horizon d’un trou noir, sont quantifiées. C'est-à-dire qu’un trou noir grossissant (ou s’évaporant) en absorbant (ou émettant) des particules, ne peut le faire que par des sauts discrets des valeurs de l’aire de son horizon. Il se comporte donc comme un atome quantique avec un spectre discret d’états d’énergie.

De la même façon que la mécanique quantique stoppe l’effondrement d’un électron sur le noyau d’un atome en physique classique, des travaux en LQG semblent bel et bien indiquer qu’il n’existe pas de singularité avec une courbure de l’espace-temps infini au cœur des trous noirs ou lors de la naissance de l’univers observable.

La suite de l'interview c'est ici


Le Trou Noir, lithographie et dessin (1992) de Jean-Pierre Luminet.
© Jean-Pierre Luminet
Par Laurent Sacco, Futura-Sciences      Le 21 février 2011 à 13h32
Source Actualité Futura-Sciences:
http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/astronomie/d/matiere-noire-et-energie-noire-selon-jean-pierre-luminet_26063/

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Dernière édition par tanka le Sam 26 Mar 2011 - 21:11, édité 2 fois
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MessageSujet: Re: Quoi de neuf sur ''notre'' Univers...   Sam 26 Mar 2011 - 14:10

Hubble réfute une alternative à l'existence de l'énergie noire

L’expansion accélérée de l’univers est un fait, mais peut-on se passer de l’énergie noire pour l’expliquer ? Cela semble désormais très peu crédible suite aux mesures effectuées avec le télescope Hubble, réfutant le plus simple modèle cosmologique inhomogène, nous mettant presque au centre d’une zone de sous-densité dans le cosmos observable.

L’introduction de sa fameuse constante cosmologique dans son tout premier modèle de cosmologie relativiste a par la suite été qualifiée par Einstein de « la plus grande erreur de sa vie », scientifique, bien évidemment. De nos jours, nous la voyons comme une nouvelle preuve de son génie. En effet, depuis les années 1998, les observations se sont multipliées et affinées, montrant qu’il faut bel et bien ajouter un terme dans les équations qu’Einstein a découvertes pendant les années 1907 à 1916, celles de la relativité générale.

Ce terme se comporte comme une sorte de pression accélérant l’expansion de l’univers depuis quelques milliards d’années. On croyait que celle-ci devait diminuer lentement mais sûrement, pour peut-être atteindre une valeur nulle avant de s’inverser (scénario du Big Crunch), à moins qu’il ne faille un temps infini pour que cette annulation se produise (scénario du Big Chill).


L'énergie sombre vient brouiller les cartes des scientifiques. Se dirige-t-on
vers un Big Chill ou vers un Big Crunch ? L'avenir de l'univers n'a jamais
été aussi incertain. Pour en savoir plus:

www.dubigbangauvivant.com. © Groupe ECP, YouTube.
Au centre d'une bulle de sous-densité ?
La nature de cette constante cosmologique est mystérieuse et pourtant, dans un volume de l’univers observable plus grand que celui d’un amas de galaxie, la densité d’énergie que l’on peut associer à cette constante domine celle de la matière ordinaire et de la matière noire. Cette énergie doit avoir des propriétés inhabituelles et on la désigne sous le nom d’énergie noire. Toutefois, tout en ne niant pas la découverte de l’expansion accélérée de l’univers, certains se demandaient depuis quelques années si l’énergie noire existait réellement. Une autre explication avait été proposée, ne faisant intervenir aucune physique exotique, comme la supergravité. Elle porte le nom de scénario du vide minimal.


La galaxie spirale NGC 5584 se trouve à 72 millions d'années-lumière dans la constellation de la Vierge.
© Esa-Nasa
Dans celui-ci, l’expansion accélérée de l’univers n’est qu’un phénomène local, provenant du fait que l’univers ne serait pas aussi uniformément dense en matière à très grande échelle que l’on ne le supposait jusqu’à présent. Si nous vivons dans une zone de sous-densité, on peut montrer que cela conduit naturellement à l’apparition de la fameuse constante cosmologique d’Einstein dans cette zone. Nul besoin de faire intervenir des champs scalaires, de modifier de façon non linéaire les équations d’Einstein ou encore de faire intervenir les fluctuations quantiques des champs en espace-temps courbe.

Mais si l’on veut appliquer la méthode du rasoir d’Occam, en évitant de postuler de la nouvelle physique, nous devrions nous trouver presque au centre d’une bulle de sous-densité de plusieurs milliards d’années-lumière de rayon. Une hypothèse bien peu copernicienne qui nous placerait d’une certaine façon au centre du monde... Mais elle restait logiquement possible, aussi étrange que cela paraisse, et ne pouvait donc pas être rationnellement rejetée sans courir le risque d’être victime d’un préjugé sans fondement indiscutable. Il existait cependant au moins un moyen de savoir si tel était bien le cas.

Observer dans l'infrarouge pour réduire l'absorption par la poussière
Depuis quelques années, l’un des découvreurs de l’expansion accélérée de l’univers observable, Adam Riess, s’est lancé avec ses collègues dans le projet Shoes (Supernova H0 for the Equation of State). Il consiste à mesurer plus précisément les caractéristiques de centaines de céphéides contenues dans plusieurs galaxies. Ils ont pour cela effectué des observations dans l’infrarouge proche avec la Wide Field Camera 3 équipant depuis quelques années le télescope spatial Hubble.


La galaxie NGC 5584 est l'une de celles étudiées par Adam Riess et ses collègues dans le cadre de Shoes. Les céphéides avec des périodes de moins
de 30 jours et entre 30 et 60 jours sont marquées par des cercles bleus et verts, respectivement. Un petit nombre de céphéides,
avec des périodes de plus de 60 jours, sont marquées en rouge.
© Esa-Nasa
Les céphéides sont utilisées depuis longtemps en cosmologie. Il s’agit d’étoiles pulsantes dont la luminosité intrinsèque varie en fonction de la périodicité de leur pulsation. Connaissant cette luminosité intrinsèque, il est possible d’en déduire leur distance en fonction de leur luminosité apparente. C’est facile à comprendre: la luminosité d’une bougie est d’autant plus faible pour un observateur qu'elle est loin de lui.

Jusqu'à quelques dizaines de millions d’années-lumière de la Voie lactée, ces céphéides constituent de bons indicateurs de distance. Mais pour sonder l’univers profond, il faut trouver des bougies bien plus lumineuses et dont on est raisonnablement sûr que la luminosité intrinsèque ne varie pas beaucoup. Ces indicateurs existent: ce sont des supernovae SN Ia.

Toutefois, elles ne constituent pas vraiment ce qu’on appelle des chandelles standards et les mesures de distances que l’on peut faire avec elles possèdent une incertitude non négligeable. On a pu toutefois s’en servir pour mesurer la fameuse constante de Hubble H0 et découvrir l’expansion accélérée de l’univers.

Une imprécision de 10% en 1999 pour H0 réduite à quelques pourcents en 2011
Or, plus on connaît précisément la valeur de H0, qui varie au cours du temps, plus il est possible d’avoir des informations sur la nature de la constante cosmologique. En particulier, observer les céphéides dans une galaxie lointaine avec des instruments plus sensibles, conjointement avec une supernova SN Ia, permet de réduire l’imprécision des mesures sur la valeur de la constante de Hubble. C’est ce qui a été fait ces dernières années par Riess et ses collègues. Ils sont parvenus à descendre à une précision de l’ordre de 3,3 % pour H0 et donnent aujourd’hui comme valeur:

H0 = 73,8 ± 2,4 km/s/MPc (MPc pour mégaparsec)
En joignant ces mesures avec celles fournies par WMap 7, les chercheurs ont obtenu une équation décrivant le comportement de l’énergie noire incompatible avec son interprétation par l’hypothèse du vide minimal, ou pour le moins, sa formulation la plus simple avec un modèle de cosmologie relativiste inhomogène.

Nous ne connaissons toujours pas la cause de l’expansion accélérée de l’univers mais nous savons ce qu’elle n’est pas. Avec de la chance, l’expérience proposée par le prix Nobel de physique Martin Perl nous dira peut-être dans quelques années ce qu’est l’énergie noire...


La galaxie spirale NGC 5584 a fait partie de celles qui ont permis de réfuter le scénario dit du vide minimal.
© Nasa, Esa, A. Riess (STScI/JHU), L. Macri (Texas A&M University), the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Par Laurent Sacco, Futura-Sciences     Le 18 mars 2011 à 16h33
Source Actualité Futura-Sciences:
http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/astronomie/d/hubble-refute-une-alternative-a-lexistence-de-lenergie-noire_28817/

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MessageSujet: Re: Quoi de neuf sur ''notre'' Univers...   Lun 2 Mai 2011 - 21:20

Le Hubble des rayons cosmiques, AMS, bientôt à bord de l'ISS

La route a été longue et difficile pour le détecteur de rayons cosmiques AMS mais il devrait décoller le 29 avril 2011, à 21 h 47 (heure française), à bord de la navette spatiale Endeavour, qui effectuera sa toute dernière mission. L’Alpha Magnetic Spectrometer rejoindra alors l’ISS pour tenter de percer les secrets de l’antimatière manquante et de la matière noire.
  • À lire: notre dossier sur l'antimatière >>
Dans sa quête atavique d’une compréhension et d’une vision générale de l’évolution de l’univers, du Big Bang au vivant, ainsi que de la place qu’elle y occupe, l’Humanité vient de se doter d’un nouvel œil qu’elle va placer sur orbite. Destiné à scruter les arcanes du cosmos pendant au moins dix ans à bord de l’ISS, l'Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) utilisera pour cela un puissant aimant. C'est d'ailleurs l'importante consommation en électricité de cet aimant qui a nécessité l'amarrage d'AMS à la Station spatiale internationale, équipé de grands panneaux solaires.

Selon les mots de Samuel Ting, prix Nobel de physique et porte-parole de l’expérience AMS : « Le cosmos est le laboratoire ultime. De sa position dans l’espace, AMS étudiera des questions comme l’antimatière, la matière noire et l’origine des rayons cosmiques. Toutefois, son objectif le plus stimulant sera d’explorer l’inconnu, car, chaque fois que l’on explore des territoires vierges avec une sensibilité inégalée, on peut s’attendre à faire des découvertes passionnantes et inimaginables. »


Une vidéo de présentation d'AMS avec des sous-titres en anglais. Contrairement à ce qui
est indiqué dans la vidéo, le choix d'un aimant supraconducteur n'a finalement
pas été retenu et c'est un aimant standard qui équipe maintenant AMS.
© The Alpha Magnetic Spectrometer Official Channel/YouTube
En effet, l'un des objectifs principaux d'AMS est de vérifier qu'il n'existe pas d'antiétoiles ou d'antigalaxies dans l'univers observable, ce qui donnera des informations supplémentaires pour espérer résoudre l'énigme de l'antimatière cosmologique. Le détecteur pourrait également nous révéler qu'il existe bel et bien des particules de matière noire dans la Galaxie ainsi que des minitrous noirs s'évaporant.

L'instrument, installé dans la navette Endeavour, décollera demain du Centre Spatial Kennedy, à 15 h 47 locale (19 h 47 TU). Cette mission STS-134 devrait être l'avant-dernier voyage d'une navette spatiale avant la mise à la retraite de la flotte.


Le détecteur AMS en cours de montage au Cern.
© Cern-Maximilien Brice
Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 28 avril 2011 à 12h39
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/en-bref-le-hubble-des-rayons-cosmiques-ams-bientot-a-bord-de-liss_29827/

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MessageSujet: Re: Quoi de neuf sur ''notre'' Univers...   Dim 8 Mai 2011 - 19:24

La lumière des quasars livre la plus grande carte de l'univers lointain

La plus grande carte en 3D de l’univers lointain est en train d’être constituée grâce aux observations du Sloan Digital Sky Survey III. Une première version, incomplète, vient d’être révélée, montrant la répartition de l’hydrogène intergalactique il y a environ 10 milliards d’années, grâce à la lumière émise par 14.000 quasars. De quoi tester les théories sur l’énergie noire.
  • À lire, notre dossier sur la mystérieuse énergie noire >>
Lorsque l’univers n’était âgé que de quelques minutes à environ 380.000 ans, il était constitué d’un plasma chaud de noyaux et d’électrons, baignant dans un gaz de photons et de neutrinos. L’énergie noire ne dominait pas encore son expansion mais la matière noire était déjà là. Elle dominait comme aujourd’hui la composante baryonique de la matière composée pour l’essentiel de noyaux d’hydrogène et d’hélium avec des traces de deutérium, de lithium et de béryllium. Le gaz de baryon était parcouru par des ondes sonores, lesquelles modifiaient sa densité et sa température, ce qui laissait à jamais des traces sous forme d’anisotropies des fluctuations de températures du rayonnement fossile.

L’existence de ces ondes sonores a laissé d’autres traces, dans la façon dont les galaxies se regroupent en amas et pour former des structures à grandes échelles. De même que l’étude des anisotropies de température du rayonnement fossile nous donne des renseignements sur les paramètres cosmologiques de l’univers observable (son âge, sa géométrie, son contenu en matière noire etc.), l’étude des oscillations acoustiques des baryons (BAO, Baryon Acoustic Oscillations en anglais) au moyen de la répartition des galaxies est porteuse d’informations cosmologiques. Elle est particulièrement adaptée à l’étude de l’énergie noire et de ses caractéristiques, notamment dans les premiers milliards d’années de l’existence de l’univers observable. C’est un bon complément des observations faites avec les supernovae, qui ont, les premières, permis de découvrir l’existence de l’énergie noire et du rayonnement fossile lui-même.

Boss, un programme pour étudier le son du Big Bang
La répartition des galaxies et leur tendance à se rassembler en amas et superamas n’est pas la seule façon de mesurer les caractéristiques des BAO. En effet, ces oscillations se retrouvent aussi dans la répartition du gaz d’hydrogène primordial qui s’est effondré localement dans des zones de surdensité pour donner étoiles et galaxies.


Une coupe en 2D de la carte en 3D fournie par une année d'observation avec le Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (Boss). Les points noirs
sont des galaxies situées autour de la Voie lactée jusqu'à une distance de 7 milliards d'années-lumière environ. La zone colorée correspond elle
à la répartition en densités de l'hydrogène neutre intergalactique situé à plus de 10 milliards d'années-lumière. La zone blanche correspond
aux limites des observations actuelles avec les instruments de Boss.
© Anže Slosar, Boss Lyman-alpha cosmology working group
Ces deux fenêtres d’observation, répartition des galaxies et répartition de l’hydrogène primordial intergalactique, font l’objet des études menées dans le cadre du Sloan Digital Sky Survey (ou SDSS). Il s’agit d’un programme de relevé des objets célestes, utilisant un télescope optique de 2,5 mètres de diamètre situé à l'observatoire d'Apache Point, et démarré en 2000. Ce programme porte le nom de la fondation Alfred P. Sloan. Il a pour but de cartographier 25% du ciel et d'enregistrer les informations relatives à plus de 100 millions d'objets célestes. Aujourd’hui on en est à l’étape dite de SDSS III. Plus précisément, la part de SDSS qui est consacrée aux BAO se nomme Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (Boss).

Les cosmologistes impliqués dans Boss viennent de publier sur Arxiv les résultats de leurs travaux concernant la première année de la campagne d’observation. En utilisant la lumière de 14.000 quasars situés à plus de 10 milliards d’années-lumière de la Voie lactée, ils ont pu dresser la plus grande carte 3D de l’univers lointain à ce jour. Elle montre la répartition de l’hydrogène intergalactique dans le passé lointain du cosmos. Pour cela ils ont observé les forêts Lyman-alpha liées à ces quasars, celles que l'on utilise par exemple pour mesurer la température de l'univers, il y a 11 milliards d'années.

La raie d'absorption Lyman-alpha, une clé pour l'énergie noire
Rappelons que la raie d’absorption Lyman alpha est le nom d’une transition atomique dans l'atome d’hydrogène. Lorsque de la lumière traverse un grand nuage d’atome d’hydrogène neutre, il se produit une absorption dont l’intensité est liée à la densité du nuage. Du fait du décalage spectral vers le rouge produit par l’expansion de l’univers observable, une série de nuages d’hydrogène intercalés entre un quasar et un observateur sur Terre va donner lieu à des raies Lyman-alpha qui apparaîtront avec des décalages vers le rouge différents, fonction de la distance de ces nuages. Il apparaît donc dans le spectre du quasar toute une série de raies d’absorption très proches les unes des autres, une quasarforêt Lyman-alpha.


Un zoom sur la répartition de l'hydrogène neutre dans l'univers il y a plus de 10 milliards d'années. En rouge les zones de surdensités
et en bleu les zones de sousdensités. En bas à droite, la barre indique une distance de 1 milliard d'années-lumière.
© Anže Slosar, Boss Lyman-alpha cosmology working group
Toutes les observations de Boss sont importantes pour contraindre les modèles théoriques de l’énergie noire.

On sait que l’expansion de l’univers n’est pas notable à l’intérieur d’un amas de galaxies mais une modification de la vitesse de l’expansion de l’univers peut influencer la façon dont les amas de galaxies se forment et évoluent au cours du temps. En mesurant l’évolution des traces des BAO dans la répartition des galaxies et des nuages d’hydrogène intergalactiques primordiaux, on peut donc en théorie remonter à cette modification. Comme celle-ci n’est pas la même selon que l’énergie noire est une vraie constante cosmologique ou bien l’effet, par exemple, de champs scalaires lentement variables dans le temps, on peut espérer en savoir plus sur la nature de l’énergie noire et enfin sur le futur de l’univers.


Le SDSS-III Baryon Oscillation spectroscopiques Survey (Boss) cartographie la distribution spatiale des Galaxies Lumineuses Rouges (GRL)
et des quasars afin de mesurer les caractéristiques des Oscillations Baryoniques Acoustiques (BAO) dans l'univers primitif. Les ondes
sonores qui se propageaient alors dans l'univers primitif, comme des vaguelettes dans un étang, ont laissé des empreintes dans
les fluctuations de températures du rayonnement traduisant des fluctuations de densité. Ces fluctuations ont évolué pour
former aujourd’hui les murs et les vides observés dans la répartition des galaxies. L’image d’artiste ci-dessus illustre
les traces des BAO dans le rayonnement fossile et la répartition des galaxies.
© Chris Blake et Sam Moorfield
Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 4 mai 2011 à 10h31
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/astronomie/d/la-lumiere-des-quasars-livre-la-plus-grande-carte-de-lunivers-lointain_29907/

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MessageSujet: Re: Quoi de neuf sur ''notre'' Univers...   Dim 15 Mai 2011 - 16:10

Le mystère de la nucléosynthèse du carbone est entièrement résolu

Depuis plus de cinquante ans, les astrophysiciens nucléaires s’obstinaient à retrouver par le calcul les caractéristiques précises d’un état excité du noyau de carbone, nécessaire à sa synthèse dans les géantes rouges. C’est finalement chose faite grâce au superordinateur Jugene.

Dans les différentes étapes de l’Histoire du cosmos observable menant Du Big Bang au Vivant, il en est sans doute une qui nous concerne particulièrement: la synthèse du carbone présent dans toutes les molécules organiques constituant les cellules des organismes vivants. On n’a commencé à comprendre l’origine des noyaux qu’à la fin des années 1930 avec les progrès de la théorie de la structure stellaire et la constitution de la théorie quantique des réactions nucléaires.

Ce n’est cependant qu’après la seconde guerre mondiale et au début des années 1950 que l’astrophysique nucléaire a vraiment pris son envol. La théorie qui se développe alors, conjointement avec les données issues des collisions de noyaux en accélérateurs, est celle de la nucléosynthèse stellaire.

Plusieurs réactions thermonucléaires peuvent faire briller les étoiles et certaines nécessitent la présence de noyaux de carbone. Mais d’où viennent ces noyaux eux-mêmes ?


La réaction triple alpha de synthèse du carbone conduisant à l'état excité de Hoyle du noyau de carbone.
© Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO)-A Tovey
Un état excité du noyau de carbone
L’une des réactions les plus prometteuses pour produire les grandes quantités de carbone observées dans le cosmos fait intervenir la collision de trois noyaux d’hélium. C’est la réaction triple alpha. Elle est très rare puisqu'elle nécessite presque trois collisions simultanées dans la fournaise stellaire. Il faut donc que les étoiles brillent suffisamment longtemps pour que du carbone soit synthétisé en quantités importantes et que la vie basée sur le carbone puisse apparaître.

C’est l’astrophysicien Edwin Salpeter qui a le premier considéré sérieusement la réaction triple alpha et effectué les premiers calculs avec, au début des années 1950. Toutefois, un problème restait. La quantité de carbone sortant des équations de Salpeter était bien trop faible. C’est l’un des pères de l’astrophysique nucléaire qui trouva un début de réponse. Considérant que notre simple présence dans l’univers observable était une preuve que la nature possédait bel et bien une voie de synthèse efficace du carbone, il postula un niveau d’énergie bien particulier dans la structure en couche du noyau de carbone. Si ce niveau existait et correspondait à un état excité du noyau, tout comme il existe des états excités des électrons dans un atome, alors il devenait possible de réconcilier calculs et observations.

Cet état excité fut observé quelques années plus tard par le prix Nobel de physique William Fowler. Toutefois, personne n’arrivait à calculer la valeur de ce niveau d’énergie à partir de l’équation de Schrödinger. D’une certaine façon donc, la synthèse du carbone dans les étoiles restait énigmatique.


Une vue du superordinateur d'IBM, le Jugene.
© Jülich Supercomputing Centre
Un nouvel élément pour débattre du principe anthropique
L'énigme n'en est plus une grâce aux simulations conduites à l’aide du superordinateur Jugene du Forschungszentrum Jülich en Allemagne. Avec des collègues américains, des chercheurs des Universités de Bonn et de Bochum sont bel et bien parvenus à retrouver numériquement ab initio les niveaux d’énergie du noyau de carbone dans le fameux état de Hoyle, nécessaire à l’efficacité de la réaction triple alpha. Tout comme dans le cas de la masse du proton, ce sont des calculs sur réseaux avec l’astuce du temps imaginaire qui ont été mis en œuvre.

Les physiciens se demandent maintenant s'il ne serait pas possible d’apporter, avec la connaissance nouvellement acquise, quelques éléments de plus au débat généré par la découverte de Hoyle dans le cadre du principe anthropique. En effet, l’existence d’un niveau d’énergie excité bien particulier, nécessaire pour l’apparition de la vie basée sur le carbone, semble tellement peu triviale que certains y voient la preuve d’un projet dans l’univers, celui de l’apparition de la vie justement. Que faudrait-il en conclure si de légères modifications des valeurs des constantes impliquées dans le calcul de l’état de Hoyle entraînaient l’impossibilité de la synthèse du carbone, ou bien montraient son insensibilité à la variation de ces constantes ?


Fred Hoyle en plein cours d'astrophysique nucléaire.
© Astrophysics Group at Clemson University, Department of Physics and Astronomy
Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 13 mai 2011 à 13h28
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/le-mystere-de-la-nucleosynthese-du-carbone-est-entierement-resolu_30089/

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MessageSujet: Re: Quoi de neuf sur ''notre'' Univers...   Jeu 19 Mai 2011 - 0:48

L'AMS est parti pour l'ISS à bord d'Endeavour

La navette spatiale Endeavour a bien décollé comme prévu ce lundi 16 avril 2011. Le détecteur de rayons cosmiques AMS va donc bientôt traquer l’antimatière, la matière noire et des signes de l’existence de minitrous noirs à bord de l’ISS.

Comme le montre cette vidéo, le décollage d’Endeavour a bien eu lieu à 14h56 (en heure française) du pas de tir du Centre spatial Kennedy en Floride. Il s’agit du dernier vol pour Endeavour, la dernière des navettes construites. Un ultime vol avec la navette Atlantis est toujours en préparation.


Une vue d'AMS lorsqu'il était encore au Centre spatial Kennedy.
© Nasa/Jack Pfaller
Pour certains cosmologistes et spécialistes de la physique des hautes énergies, c’est un grand événement qu’ils attendaient depuis au moins dix ans. Endeavour va en effet permettre à l'Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) d’entrer en fonction à bord de l’ISS où il pourra être alimenté en électricité par les puissants panneaux solaires de la station.


La navette Endeavour lors de son décollage le 16 mai 2011.
© Nasa
Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 16 mai 2011 à 17h40
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/astronautique/d/en-bref-ams-est-parti-pour-liss-a-bord-dendeavour_30232/

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MessageSujet: Re: Quoi de neuf sur ''notre'' Univers...   Ven 20 Mai 2011 - 11:53

A la recherche de la matière noire


Structure de l'Alpha Magnetic Spectrometer
Le détecteur de particules AMS-02 est parti lundi à destination de Station Spatiale Internationale (ISS) à bord de la navette américaine Endeavour. Pendant dix ans, il recherchera les traces de matière noire et d'antimatière dans les rayons cosmiques

Le 18 Mai 2011

Source RIANOVOSTI Multimédia: http://fr.rian.ru/infographie/20110518/189517725.html

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MessageSujet: Re: Quoi de neuf sur ''notre'' Univers...   Mer 25 Mai 2011 - 0:04

Les rayons cosmiques peuvent-ils influer sur le climat de la Terre ?

Modulé par le champ magnétique du Soleil, le flux des rayons cosmiques galactiques a-t-il un impact sur le climat, via la formation de nuages modifiant l’albédo de notre planète ? Une expérience du Cern tente de le savoir. Une autre, menée au Danemark, montre déjà qu’un lien est effectivement possible...

L’expérience Cloud (Cosmics Leaving OUtdoor Droplets) au Cern se propose de déterminer l'influence que pourraient avoir les rayons cosmiques galactiques sur les nuages et le climat de la Terre, en étudiant leurs interactions microphysiques. En effet, la quantité de nuages, leurs caractéristiques et leur présence à diverses altitudes ont des répercussions sur le transfert radiatif de l’énergie solaire. Selon les cas, en réfléchissant le rayonnement issu du Soleil ou en piégeant celui issu de la Terre, les nuages peuvent influer de façon négative ou positive sur l’évolution de la température moyenne de la planète.

Or, on soupçonne depuis un certain temps que l’intensité des rayons cosmiques tombant sur Terre module en partie la quantité de nuages présents dans l’atmosphère à des altitudes données. Afin d’affiner et de préciser les modèles climatiques utilisés par le Giec, il est donc naturel d’examiner ce lien d’un peu plus près.

Physique des particules et météorologie, un lien ancien
L’idée d’un lien entre particules chargées et formation des nuages est ancienne puisqu’elle a été à l’origine de la première chambre à brouillard, créée en 1912 par le physicien écossais Charles Wilson. Fasciné par le spectacle des nuages, il a voulu comprendre leur mécanisme de formation ce qui le conduisit à poser l'hypothèse que des ions libres servaient de germes de nucléation pour la condensation de gouttelettes à partir de la vapeur d'eau. Cherchant à vérifier cette hypothèse, il commença par démontrer en 1896 que les rayons X, certains rayons cosmiques et surtout des matériaux radioactifs provoquent la formation d’un brouillard.

Poursuivant ses travaux et découvrant que, dans un milieu à la limite de la saturation en vapeur contenu dans une chambre, les particules la traversant y provoquaient la formation de petites gouttes alignées, il inventa en 1912 le fameux dispositif permettant l'observation des trajets de particules énergétiques ou chargées. En donnant le moyen d'identifier certaines caractéristiques de ces particules, la chambre de Wilson fit faire un bond à la physique et fut l’ancêtre d’abord des chambres à bulles puis de la chambre multifils de Georges Charpak. Pour cette invention Wilson reçut d’ailleurs le prix Nobel de physique en 1927.


Le prix Nobel de physique Charles Wilson.
© The Nobel Foundation
C’est donc d’une certaine façon un retour aux sources de la physique des hautes énergies qu’effectuent les physiciens de Cloud lorsqu’ils utilisent les faisceaux de particules produits par le Proton Synchroton (PS) du Cern pour les envoyer dans une chambre de réaction où leurs effets sur la production d'aérosols sont enregistrés et analysés. La chambre elle-même est alimentée par un dispositif produisant de l'air ultrapur provenant de l'évaporation d'oxygène et d'azote liquides et elle permet de reconstituer les conditions de température et de pression en tout point de l’atmosphère terrestre.

Une expérience danoise avec peu de moyens
Il existe une autre chambre similaire à l’Université d'Aarhus au Danemark et les chercheurs ont là aussi entrepris de vérifier si l’hypothèse avancée par le physicien Henrik Svensmark est correcte, à savoir si les rayons cosmiques sont bien en mesure d’influencer significativement la couverture nuageuse de la planète. Le mélange d’oxygène, d’azote et de traces de vapeur d’eau, de dioxyde de soufre et d’ozone contenu dans la chambre a d’abord été soumis à un flux d’ultraviolets pour générer des molécules d’acide sulfurique autour desquelles des agrégats peuvent se former. Les physiciens ont ensuite fait passer dans la chambre un faisceau d’électrons à des énergies de 580 MeV fournies par le plus grand accélérateur de particules du Danemark, Astrid.

Analysant des prélèvements, Svensmark et ses collègues ont effectivement constaté que le taux de formation d’agrégats de molécules d’eau était effectivement augmenté. Toutefois, les agrégats formés avaient une taille de l’ordre de 3 nanomètres (nm) alors qu’il faudrait au moins 100nm pour qu’ils puissent effectivement servir de germes de nucléation pour les gouttes d’eau des nuages. Leur petite taille serait due à celle de la chambre elle-même qui n’est pas assez grande, contenant seulement 0,05m3. Il pourrait fort bien en être tout autrement avec la chambre du Cern dont le volume est de 27m3.

Rayons cosmiques et réchauffement climatique, un lien pas évident
Toujours est-il que cela confirme bel et bien un rôle possible des rayons cosmiques dans la formation des nuages. Il faut cependant garder bien présent à l’esprit deux faits. D’abord, la corrélation observée entre intensité du rayonnement cosmique et évolution de la température moyenne dans le passé ne fonctionne plus depuis quarante ans. Ce qui est une difficulté à résoudre pour ceux qui voudraient attribuer le réchauffement climatique aux modulations du flux de rayons cosmiques par le champ magnétique du Soleil.

Ensuite, quels seraient les nuages dont la formation serait ainsi significativement pilotée par ce flux ? La question est d’importance car s’il s’agit de nuages de hautes ou de basses altitudes l’effet est soit de piéger du rayonnement issu du sol soit au contraire de réfléchir celui du Soleil. Une augmentation ou une diminution du flux de rayons cosmiques n’aura donc pas les mêmes effets selon que l'un ou l'autre de ces types de nuages est majoritairement affecté.


Une vue de l'expérience Cloud au Cern.
© Cern/Maximilien Brice
Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 19 mai 2011 à 15h33
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/les-rayons-cosmiques-peuvent-ils-influer-sur-le-climat-de-la-terre_30259/

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MessageSujet: Re: Quoi de neuf sur ''notre'' Univers...   Mer 25 Mai 2011 - 0:13

L'énergie noire est bien là mais reste désespérément constante

Les derniers résultats de l’étude de la nature de l’énergie noire à l’aide des traces laissées par les oscillations acoustiques des baryons dans la distribution des galaxies viennent d’être publiés. Conduite dans le cadre du WiggleZ Dark Energy Survey, cette étude confirme la présence de l’énergie noire mais malheureusement aussi qu’elle se comporterait bien comme une constante cosmologique.

Einstein en deviendrait presque exaspérant d’avoir toujours raison. Sa théorie de la relativité générale continue à être la meilleure théorie métrique de la gravitation dont nous disposons actuellement. La constante cosmologique qu’il avait introduite avant de se rétracter semble bel et bien aussi être la meilleure description de la nature de l’énergie noire accélérant l’expansion de l’univers depuis plusieurs milliards d’années. Ce qui veut dire qu’il n’y a toujours aucun signe clair d’une nouvelle physique au-delà du modèle standard.

Certes, la constante cosmologique en elle-même est le signe qu’il nous reste des choses à comprendre avec la gravitation et qu’il nous manque une pièce cruciale du puzzle des lois de l’univers observable. Récemment, Hubble a éliminé une théorie qui tentait de rendre compte de la constante cosmologique à partir des seules équations d’Einstein. D’autres observations ont montré que plusieurs des extensions possibles des équations d’Einstein, celles dans le cadre des théories f(R), n’étaient pas favorisées. Par contre le modèle dit Lambda CDM déduit des équations de la relativité générale avec de la matière noire et de l’énergie noire était bien celui qui correspondait le mieux aux mesures.

Un test avec la distribution des galaxies
Toutefois, ces tests ne font pas intervenir pour le moment tout le volume observable de l’univers. Diverses campagnes d’observations, en cours ou programmées, se proposent de sonder l’univers encore plus loin dans l’espace et dans le passé, afin de détecter de subtiles variations de la valeur de l’énergie noire dans le temps et l’espace. Certains, comme le prix Nobel de physique Martin Perl, espèrent même que l’on pourrait détecter ces variations sur Terre en laboratoire.


Les oscillations acoustiques baryoniques (BAO pour Baryon Acoustic Oscillations en anglais) dans l'univers primitif sont des ondes sonores qui se propageaient
alors dans l'univers primitif, comme des vaguelettes dans un étang. Elles ont laissé des empreintes dans les fluctuations de températures du
rayonnement traduisant des fluctuations de densité. Ces fluctuations ont évolué pour former aujourd’hui les murs et les vides observés
dans la répartition des galaxies. L’image d’artiste ci-dessus illustre les traces des BAO
dans le rayonnement fossile et la répartition des galaxies en amas.
© Chris Blake et Sam Moorfield
Il y a quelques mois, la campagne d’observations du WiggleZ Dark Energy Survey conduite avec le Galaxy Evolution Explorer (Galex) et l'Anglo-Australian Telescope (AAO) s’est achevée. Elle a permis aux astrophysiciens de repousser à des valeurs du décalage spectral vers le rouge plus élevées un test concernant la nature de l’énergie noire. Ce test est intéressant non seulement parce qu’il permet de préciser les caractéristiques de ce qu’on appelle l’équation d’état de l’énergie noire mais aussi parce qu’il confirme sa présence autrement qu’au moyen des supernovae SN Ia.

De nouveau, il confirme aussi que dans un passé reculé de l’Histoire de l’univers, et bien sûr à la précision des mesures obtenues, la valeur de l’énergie noire reste bien constante, en plein accord avec l’opinion dont Jean-Pierre Luminet nous avait fait part à son sujet.

Les oscillations acoustiques des baryons
Pour comprendre comment les chercheurs ont obtenu ce résultat, il faut connaître un peu ce qu’on appelle les oscillations acoustiques des baryons (BAO pour Baryon Acoustic Oscillations en anglais). Avant la recombinaison s’étant produite 380.000ans après le début de l’univers observable et au moins depuis la période de la nucléosynthèse primordiale, quelques minutes après le mythique temps de Planck, l’univers est un mélange de baryons couplés aux photons, baignant déjà dans la matière noire.

Les fluctuations de densité de la matière noire génèrent alors des ondes sonores sphériques s’éloignant à presque la moitié de la vitesse de la lumière des zones de surdensités de la matière noire. Au moment de la recombinaison, lorsque les premiers atomes neutres apparaissent, la lumière se découple de la matière baryonique et le front de ces ondes sonores poussé par le flux de photon se fige temporairement.


La courbe rouge donnant une relation entre le décalage spectral (galaxy redshift) et la distance des galaxies (cosmic distance) selon un modèle
cosmologique avec une constante cosmologique et la matière noire s'accorde bien dans le temps
avec les observations, dont celles de la campagne WiggleZ.
© WiggleZ Dark Energy Survey
Il en résulte que des zones de surdensité de matière normale formant des coquilles (dont le diamètre est fixé par la vitesse des ondes sonores produites par les oscillations acoustiques) se forment dans le cosmos observable. Ces zones vont être des lieux privilégiés de formation de galaxies et de leur accumulation sous forme d’amas. Plus tard, la présence de plus en plus dominante de l’énergie noire (ce qui n’était pas le cas dans les premiers milliards d’années) va influer sur le taux de croissance des amas de galaxies.

Surtout, si l’on considère un grand échantillon de galaxies et que l’on en mesure les distances entre deux paires, il apparaîtra un excès de ces paires pour une valeur de distance liée à celle des coquilles de matières dont on a précédemment parlé. On dispose alors d’une sorte de mètre étalon dont la longueur intrinsèque est connue. En mesurant la valeur apparente de cette longueur on peut en déduire une distance absolue et si l’on mesure différents décalages spectraux, on peut dresser une courbe reliant distance cosmologique et décalage spectral.


La courbe rouge donnant une relation entre le décalage spectral (galaxy redshift) et le taux de croissance (growth rate) des amas de galaxies
selon un modèle cosmologique avec une constante cosmologique et la matière noire s'accorde bien
dans le temps avec les observations dont celles de la campagne WiggleZ.
© WiggleZ Dark Energy Survey
Or, en fonction du modèle cosmologique que l’on considère, avec ou sans énergie noire, cette dernière étant ou non une constante cosmologique, on n’obtient pas la même courbe. De même, le taux de croissance des amas de galaxies n’est pas le même.

Ces courbes sont les analogues de celles obtenues avec les supernovae SN Ia. Elles ont donc été dressées à l’aide de pas loin de 200.000 galaxies et couvrent presque 7 milliards d’années de l’histoire de l’univers observable. Deux articles sur Arxiv font le bilan des mesures.


Sur ce dessin on voit à gauche les supernovae SN Ia utilisées comme chandelle plus ou moins standard de luminosité et à droite les paires de galaxies
comme étalon de longueur. Dans les deux cas, ces objets dont les valeurs apparentes changent avec la distance
et les modèles cosmologiques considérés démontrent l'existence de l'énergie noire.
© Nasa/JPL-Caltech
Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 23 mai 2011 à 08h43
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/lenergie-noire-est-bien-la-mais-reste-desesperement-constante_30316/

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MessageSujet: Re: Quoi de neuf sur ''notre'' Univers...   Mer 25 Mai 2011 - 20:36

AMS-02 a enregistré ses premiers rayons cosmiques

L'Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02) est fixé sur l'ISS depuis quelques jours et il fonctionne à merveille, observant déjà ses premiers rayons cosmiques. Espérons qu’il aidera à faire la lumière sur deux énigmes: la nature de la matière noire et l'antimatière cosmologique manquante.

C’est fait, après le succès du lancement d'Endeavour le lundi 16 avril 2011, le Hubble des rayons cosmiques a finalement été installé il y a quelques jours sur la Station Spatiale Internationale en orbite autour de la Terre. La mise en place de l'Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02) pouvait d’ailleurs être suivie en direct sur Nasa HD-TV.


AMS-02 est bien visible en haut à gauche devant un panneau solaire de l'ISS.
@ Nasa
Le Cern a joué un rôle important dans la construction d'AMS-02 et il continuera à le faire tout au long de cette expérience qui devrait durer au moins dix ans. En effet, en juin 2011, le Centre des opérations de l'AMS entrera en fonction tout près de l'endroit où le détecteur AMS a été assemblé en salle blanche au Cern. Les chercheurs en astroparticules pourront y commander l'AMS, ainsi que recevoir et analyser les données qu’il va fournir.


L'AMS est désormais en place sur l'ISS.
© 2011 Cern/YouTube
On peut déjà constater que le détecteur est à l'ouvrage, comme le montre l'image ci-dessous de la trajectoire d'une particule ayant traversé le détecteur.


Sur la droite, une ligne rouge montre la trajectoire reconstituée de la particule qui a traversé l'AMS.
© 2011 AMS-02
Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 24 mai 2011 à 12h23
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/astronomie/d/en-video-ams-02-a-enregistre-ses-premiers-rayons-cosmiques_30370/

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MessageSujet: Re: Quoi de neuf sur ''notre'' Univers...   Jeu 28 Juil 2011 - 13:51

AMS, le détecteur spatial, est désormais contrôlé par le Cern !

AMS-02, le Hubble des rayons cosmiques, a déjà observé plus d’un milliard de rayons cosmiques. Sa salle de contrôle vient d'être transférée du Johnson Space Center, à Houston, à l’un des nouveaux bâtiments du Cern, à Genève. Plusieurs chercheurs, dont Aurélien Barrau, sont actuellement aux commandes, espérant en apprendre plus sur l’antimatière et la matière noire. Un récit de passation de pouvoir...

AMS-02 est à bord de l’International Space Station (ISS) depuis le 19 mai 2011. Tout semble se passer pour le mieux et les chercheurs surveillent la collecte des données concernant le flux de particules des rayons cosmiques. Les instruments qui fonctionnent en général à une température de seulement quelques degrés Celsius au-dessus de zéro enregistrent en moyenne 50 millions de rayons cosmiques par jour. Le détecteur lui-même envoie 10MBPS d’informations au sol depuis une altitude d’environ 400km.

Plusieurs physiciens sont occupés à surveiller certains des sous-systèmes équipant le détecteur depuis le Payload Operation Control Center (POCC) qui se trouve maintenant au Cern depuis le 24 juin 2011. On peut par exemple y croiser Aurélien Barrau, que les lecteurs de Futura-Sciences connaissent bien.


Aurélien Barrau en plein travail au POCC (Payload Operations and Control Center) d'AMS au Cern.
© Aurélien Barrau
En effet, tout en poursuivant avec ses collègues des recherches théoriques en cosmologie quantique à boucles sur les traces éventuellement laissées dans le rayonnement fossile par un rebond succédant à un pré-Big Bang, il s’occupe aussi de la détection d'empreintes éventuelles de l’évaporation des minitrous noirs et d'annihilation de particules de Kaluza-Klein dans le rayonnement cosmique.

AMS, une collaboration internationale
Le cosmologiste s’est donc joint à la collaboration AMS il y a plus de dix ans, laquelle est internationale, réunissant près de 600 chercheurs. En France, c’est Sylvie Rosier Lees, du LAPP à Annecy-le-Vieux, qui dirige les équipes françaises. Outre celle du LAPP, qui est impliquée dans le calorimètre électromagnétique d’AMS, il y a celle du LPSC à Grenoble, dirigée par Laurent Derome, qui s’est occupée du détecteur Cherenkov à imagerie annulaire d’AMS. Enfin, l’équipe du LUPM à Montpellier, a la responsabilité complète du système GPS spatial.


Une autre vue du POCC (Payload Operations and Control Center) d'AMS au Cern avec les chercheurs au travail.
© Aurélien Barrau
Selon les chercheurs, le comportement d’AMS est tout à fait satisfaisant, et Aurélien Barrau ajoute: « C'est assez exaltant de voir enfin "en vie" ce détecteur qui a attendu longtemps sa mise en orbite. Les rayons cosmiques abondent, espérons qu'il y aura des surprises ! »

Le travail avec AMS n’est pas toujours facile, comme le chercheur l’avoue lui-même: « Je dois reconnaître qu'un certain stress nous gagne quand il s'agit de "passer des commandes" directement sur l'ISS... Les protocoles Nasa ne sont pas les plus simples ! » Cela n’empêche pas le physicien de garder son âme de poète: « Hier soir, la Station spatiale internationale - où se trouve notre détecteur - est passée au-dessus du Cern en étant encore sous le Soleil tandis que nous étions déjà plongés dans la nuit, ce fut magnifique ! »


Un noyau de carbone avec une énergie de 42 GeV traverse ici le détecteur AMS-02. Cet événement a été enregistré le 19 mai 2011
alors que le détecteur était à bord de l'ISS.
© 2011 AMS-02
Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 28 juin 2011 à 11h24
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/ams-le-detecteur-spatial-est-desormais-controle-par-le-cern_31096/

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MessageSujet: Re: Quoi de neuf sur ''notre'' Univers...   Sam 6 Aoû 2011 - 14:17

Une nouvelle contrainte pour la gravitation quantique avec INTEGRAL

Bien que ne donnant aucune contrainte sur la taille d’éventuels « atomes d’espace-temps », l’analyse des observations d'un sursaut gamma réalisées par le satellite INTEGRAL en fournit tout de même sur les théories de la gravitation quantique. Si une Violation de l’Invariance de Lorentz est possible en gravitation quantique, l’amélioration des mesures de quatre ordres de grandeur implique qu’elle serait alors encore plus faible qu’on ne l’imaginait.

Pendant longtemps, le terme de gravitation quantique expérimentale semblait destiné à n’être qu’un oxymoron. Pourtant, l’ingéniosité des expérimentateurs et des théoriciens a fait de ce rêve une réalité au cours des dernières années. Une récente publication faite par plusieurs chercheurs analysant les observations du INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory (INTEGRAL) le montre bien.

Parmi les auteurs de l’article se trouve Philippe Laurent, astrophysicien au Service d'astrophysique du CEA-Irfu et au laboratoire APC. Il a participé à la conception et à la réalisation d’INTEGRAL et il a bien voulu répondre à quelques questions de Futura-Sciences concernant les implications des observations d’INTEGRAL pour les théories de gravitation quantique.


L'astrophysicien Phillipe Laurent.
© APC
Pour bien comprendre de quoi il retourne, quelques considérations et rappels sur la gravitation quantique sont nécessaires.

Gravitation quantique, Big Bang et structure de l'espace-temps
On sait que lorsque l’univers observable devait avoir une taille inférieure à celle d’un noyau d'atome, les processus dominant son évolution devaient largement dépendre d’une théorie quantique de la gravitation. Il faut alors nécessairement combiner les lois de la mécanique quantique avec celles de la relativité générale pour comprendre ce qui se passe lorsque les échelles de temps, de distance et d’énergie sont de l’ordre de celles de Planck.

Lorsque la température du contenu de l’univers observable devait atteindre les 1032K, le comportement de l’espace-temps devait être l’analogue d’un liquide en ébullition. Sa structure devait être violemment modifiée par l’apparition de trous de ver et de microtrous noirs, selon les idées avancées il y a longtemps par John Wheeler.

Lorsque la température de l’eau atteint puis dépasse les 100°C survient une transition de phase. Le liquide laisse la place à un gaz. Mais avec l’espace-temps, que pourrait-il bien se produire ? Pour décrire sa structure, peut-on introduire l’analogue des atomes, qui pourraient former une sorte de réseau cristallin ?

L’idée est problématique pour de nombreuses raisons, en particulier parce que dans sa forme la plus naïve, elle conduit à ce qu’on appelle une Violation de l’Invariance de Lorentz, c'est-à-dire le pilier central de la théorie de la relativité restreinte.

On pourrait objecter qu’une telle violation ne peut se produire qu’aux échelles de Planck, donc tout au début de la naissance de l’univers observable. Il n’y aurait donc aucune contradiction avec le fait que l’on n’observe pas aujourd’hui de Violation de l’Invariance de Lorentz. De plus, l'énergie impliquée dans les processus physiques à cette époque étant de 1016 TeV (TeraelectronVolts), celle de la mythique masse de Planck, il faudrait un accélérateur grand comme la Voie Lactée pour les observer à nouveau.

Cela n’est pas nécessairement le cas.
Tout d’abord, la masse de Planck pourrait être de l’ordre de 10 TeV, ce qui conduirait à des effets observables au LHC, comme la création de minitrous noirs. Mais surtout, si l’on considère des photons gamma se déplaçant sur des distances cosmologiques, les effets de la gravitation quantique qui sont normalement très faibles et qui n’interviennent qu’à des échelles d’espace de l’ordre de 10-35 mètre peuvent s’accumuler et changer de façon infime mais détectable les caractéristiques des photons gamma.

L’effet le plus spectaculaire serait, qu’en contradiction avec la théorie de la relativité restreinte, ces photons ne voyageraient pas dans le vide avec la même vitesse selon leurs énergies, ce qui constitue une Violation de l’Invariance de Lorentz. Ce serait en particulier le cas si l’espace-temps était discontinu en dessous de cette échelle. En 2009, un premier test de ces idées avait été réalisé avec un sursaut gamma. Pour plus de détails, nous renvoyons le lecteur à l’article précédemment publié par Futura-Sciences et portant sur les observations de Fermi.

Une variante de la même idée est que la polarisation de la lumière, c'est-à-dire quand le champ électrique d’une onde électromagnétique peut osciller selon une direction particulière (par exemple parallèlement à une droite ou en décrivant un cercle) pourrait être modifiée en fonction de l’énergie des photons voyageant dans le vide. Ainsi, si l’on trouvait une source intense de rayons gamma polarisés se trouvant à une distance cosmologique, d’éventuels effets de gravitation quantique le long de la trajectoire des photons gamma pourraient s’accumuler en changeant significativement la polarisation de ces photons selon leurs énergies. Là aussi, cela impliquerait une Violation de l’Invariance de Lorentz (Lorentz Invariance Violation ou LIV en anglais).

Pas de prédiction de LIV en gravitation quantique à boucles ?
La question qui se pose est bien sûr de savoir s'il existe des prédictions de Violation de l’Invariance de Lorentz dans le cadre des théories de gravitation quantique. Les deux théories considérées comme les candidates les plus sérieuses sont la théorie des supercordes et la Gravitation Quantique à Boucles.

Dans le cadre de la théorie des supercordes standard, la réponse est automatique. Il n’y a pas de Violation de l’Invariance de Lorentz car la théorie est construite précisément pour que cela ne se produise pas. Il existe cependant des variantes exotiques de la théorie des cordes qui autorisent de faibles effets de Violation de l’Invariance de Lorentz comme l’ont montré John Ellis et ses collègues. Mais elles ne l’imposent pas, pas plus qu’elles ne semblent déterminer l’amplitude de ces violations.


Aurélien Barrau à gauche en pleine discussion avec Carlo Rovelli.
© Aurélien Barrau
Dans le cadre de la Gravitation Quantique à Boucles (Loop Quantum Gravity ou LQG en anglais), certains ont laissé entendre que la structure granulaire de l’espace-temps, prédite par cette théorie, devait induire une Violation de l’Invariance de Lorentz. Pour Carlo Rovelli, l’un des fondateurs de la LQG, il n’en est rien, comme il l’a affirmé dans un article en 2002.

On a tout de même cherché une prédiction de LIV dans le cadre de la LQG. Pour le moment, comme l’a confié Aurélien Barrau à Futura-Sciences, et qui a discuté tout récemment de ce problème avec les fondateurs de la LQG Carlo Rovelli, Lee Smolin et Abhay Ashtekar lors du symposium Loop 2011 à Madrid, il n’y en a... aucune !

Cela demande une compréhension détaillée de la limite "continue" de la théorie qui est très délicate à atteindre dans l'état actuel des recherches. C’est donc une des choses les plus difficiles à déterminer dans le cadre de la LQG et Rovelli lui-même s’attend à ce que le jour où l’on pourra vraiment traiter cette question avec la LQG, aucune LIV ne sortira de ses équations.

Toujours est-il qu’aujourd’hui, et après Fermi, c’est le satellite INTEGRAL qui vient de fournir un nouveau test des possibles effets de gravitation quantique en tentant de mesurer une différence de polarisation des photons émis par le sursaut gamma GRB 041219A en fonction de leurs énergies. Observé en 2004, ce sursaut gamma situé à au moins 300 millions d'années-lumière est l’un des plus brillants puisqu’il surclasse 99% de ceux qui sont connus.

Pour en savoir plus sur les observations d’INTEGRAL, tournons-nous donc maintenant vers Philippe Laurent.

Futura-Sciences: Comment avez-vous mesuré la polarisation des photons gamma ?

Philippe Laurent: La mesure s’est faite de façon indirecte en mettant à profit l’effet Compton. En entrant en collision avec un électron, un photon est diffusé selon un certain angle et avec un changement d’énergie. Or, en mesurant les caractéristiques en énergie et en distribution angulaire d’un flux de photon gamma diffusé par effet Compton par les électrons d’un matériau, on peut en déduire la polarisation de ces photons. C’est ce que nous avons fait avec l’instrument Ibis équipant INTEGRAL. Nous avons alors découvert que le sursaut gamma GRB 041219A constituait une bonne source de photons gamma nettement polarisés.


Le prix Nobel de physique Arthur Compton.
© The Nobel Foundation
F-S: En quoi une mesure de la polarisation des photons gamma peut-elle donner des contraintes sur la structure de l’espace-temps en régime de gravitation quantique ?

Philippe Laurent: On ne sait pas très bien à quoi doit ressembler l’espace-temps dans ces conditions ni quelle est la bonne théorie permettant de combiner la relativité générale et la mécanique quantique. Toutefois, à des énergies plus basses que celle de Planck, on peut s’attendre à ce qu’apparaissent des termes décrivant une modification de la propagation des photons gamma dont la forme ne dépend pas de la théorie de la gravitation quantique. Seules des constantes multiplicatives de ces termes sont fixées par une telle théorie.

Il s’agit d’une approche bien connue en physique qui consiste à travailler avec des théories effectives. Ainsi, dans le cas d’un fluide visqueux, on peut écrire des équations qui marchent très bien à notre échelle et qui ne dépendent de la nature atomique du fluide que par l’intermédiaire de la valeur de constantes que l’on peut aussi mesurer à notre échelle. On peut donc aboutir à des conclusions solides même sans connaître la nature exacte de ce qui se passe en régime de gravitation quantique.

F-S: Quel résultat avez-vous obtenu pour la polarisation ?

Philippe Laurent: Un des effets possibles de la gravitation quantique est un changement de l’état de la polarisation d’un photon gamma en fonction de sa quantité de mouvement p. Un tel changement de son état de polarisation se traduirait par une modification de la relation entre la fréquence de ce photon et sa quantité de mouvement. De linéaire, cette relation deviendrait plus compliquée avec en première approximation l’apparition de carrés et de cubes de p multipliés par des constantes dépendant de paramètres. Cette modification, dans le cas d’un photon se propageant dans le vide, indiquerait alors qu’il y a Violation de l’Invariance de Lorentz, par exemple parce que l’espace-temps ne peut plus être considéré comme continu en dessous d’une certaine échelle de distance.

À la précision de nos mesures, qui améliorent de quatre ordres de grandeur celles déjà faites auparavant, nous n’avons observé aucune modification de la polarisation des photons en fonction de leurs énergies et donc aucune Violation de l’Invariance de Lorentz. Si elle existe, le paramètre multipliant la première correction à la relation de dispersion pour les photons doit être plus faible que 10-14.

F-S: S’agit-il de la démonstration que l’espace-temps peut être considéré comme continu jusqu’à des distances de 10-48 mètre, c'est-à-dire bien en dessous de la longueur de Planck ?

Philippe Laurent: Pas du tout ! En fait, si l’on pense qu’une Violation de l’Invariance de Lorentz découle d’effets de gravitation quantique et si nous avions constaté une telle violation avec un changement de polarisation dont l’amplitude avait été de l’ordre de la précision des mesures, alors oui, il aurait fallu en conclure que des modifications de la nature classique de l’espace-temps ne devaient se produire qu’en dessous de 10-48 mètre. Mais nous n’avons pas mesuré une telle violation et l’on ne peut donc rien en conclure sur la continuité ou non de l’espace-temps en régime de gravitation quantique.

Si des effets de LIV existent et sont un jour prédits par une théorie quantique de la gravitation, alors nos observations posent une contrainte sur cette théorie. C’est tout ce que l’on peut conclure pour le moment.


Une vue d'artiste du INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory (INTEGRAL) observant un sursaut gamma sur la voûte céleste.
© Esa 2002, illustration par Medialab
Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 12 juillet 2011 à 15h32
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/une-nouvelle-contrainte-pour-la-gravitation-quantique-avec-integral_31257/

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MessageSujet: Re: Quoi de neuf sur ''notre'' Univers...   Dim 7 Aoû 2011 - 0:09

Le rayonnement fossile seul prouve l'existence de l'énergie noire

Les mesures concernant le rayonnement fossile ne suffisaient pas à prouver l’existence de l’énergie noire ni à déterminer la géométrie de l’Univers observable. Il fallait, par exemple, les compléter par les observations des supernovae. Ce n’est plus le cas grâce à la mesure fine des effets de lentille gravitationnelle sur ce rayonnement.

La sonde Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMap) a été lancée par la Nasa en 2001. Destinée à mesurer avec précision le rayonnement fossile elle a fourni des résultats décisifs pour que la cosmologie entre dans l’ère de la précision qui caractérise toute science parvenue à maturité. Grâce à WMap, nous savons que l’Univers observable est âgé de 13,7 milliards d’années, qu’il contient de la matière noire et de l’énergie noire et que sa géométrie est très proche de celle d’Euclide.

En fait, cette affirmation n’est pas à prendre au pied de la lettre. Les observations de WMap seules permettent d’estimer l’âge de l’Univers et son contenu en matière mais elles ne déterminent pas sans ambigüité son contenu et par voie de conséquence sa géométrie. On parle de dégénérescence des modèles cosmologiques relativistes.

Sous ce mot compliqué se cache un fait simple: il est possible d’ajuster les paramètres de courbure, de densité et de contenu en matière noire des équations décrivant l’Univers observable de sorte qu’elles correspondent aux observations mais indiquent que nous vivons dans des Univers très différents. On pourrait tout aussi bien en déduire que nous vivons dans un Univers jeune avec une courbure spatiale négative, et très largement dominé par une énergie du vide, que dans un Univers vieux, sans énergie du vide, et avec une courbure spatiale positive comme celle d’une sphère.

Ce n’est que lorsque que l’on ajoute des observations supplémentaires, en particulier celles des supernovae SN Ia, que la dégénérescence est brisée. Le meilleur modèle de cosmologie relativiste collant aux observations semble bel et bien être celui avec une courbure spatiale nulle et avec de l’énergie noire constituant environ 72% de son contenu. Toutefois, un modèle d’Univers à courbure spatiale positive mais topologiquement compliqué colle aussi aux observations, comme Jean-Pierre Luminet et ses collègues l’ont montré.


Une vidéo extraite du site Du Big Bang au Vivant avec des
commentaires de Jean-Pierre Luminet et Hubert Reeves.
© Groupe ECP,
www.dubigbangauvivant.com/Youtube

Le plus haut télescope au sol du monde
Ces conclusions sont robustes mais elles le seraient encore plus si les observations du rayonnement fossile à elles seules permettaient d’en déduire l’existence de l’énergie noire. C’est précisément ce qui vient d’être fait par plusieurs cosmologistes en utilisant l'Atacama Cosmology Telescope (ACT) qui, comme son nom l’indique, se trouve dans le désert de l’Atacama au nord du Chili. Ce télescope de 6m construit sur le Cerro Toco a été conçu pour cartographier le ciel en micro-ondes avec une haute résolution afin d'étudier le fond diffus cosmologique. Situé à une altitude de 5.190m, il est le plus haut télescope permanent du monde.

Avec lui, les chercheurs ont pu mesurer l’effet de lentille gravitationnelle des galaxies et amas de galaxies sur le rayonnement fossile. Rappelons que le champ de gravitation des astres est capable de dévier les rayons lumineux de sorte que même s’ils se déplacent dans le vide, on peut considérer que celui-ci se comporte comme un milieu d’indice variable ou comme lentille vis-à-vis de la lumière. Ainsi, les amas de galaxies, présents entre la Voie Lactée et les régions dont nous parviennent aujourd’hui les plus vieux photons de l’Univers observable, sont responsables d’effets de déformation des images du rayonnement fossiles. Comme l’évolution dans le temps et l’espace de ces structures dépend du contenu du cosmos, en particulier de la présence ou non d’énergie noire, on peut tirer des effets de lentille des contraintes sur cette dernière.

L’ACT permet de mesurer plus finement que WMap le rayonnement fossile aux faibles échelles angulaires sur la voûte céleste. Jointes aux observations de WMap, les mesures du groupe de chercheurs permettent maintenant de prouver avec le rayonnement fossile qu’il y a bien de l’énergie noire dans l’Univers.

La cosmologie scientifique en sort, bien sûr, très renforcée. Mais on aimerait bien pouvoir en savoir plus sur la nature de l’énergie noire. C’est peut-être possible selon les idées avancées par Martin Perl et peut-être même avec le LHC comme l’ont proposé John Ellis et ses collègues.


Une vue de l'Atacama Cosmology Telescope, le télescope le plus haut au monde.
© Lyman A. Page
Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 13 juillet 2011 à 11h31
Source [color:89d9=indigo]Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/le-rayonnement-fossile-seul-prouve-lexistence-de-lenergie-noire_31345/

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MessageSujet: Re: Quoi de neuf sur ''notre'' Univers...   Mar 9 Aoû 2011 - 16:00

Lemaître est-il le vrai découvreur de la loi de Hubble ?

Qui a vraiment découvert le premier la loi reliant décalage spectral et distance des galaxies lointaines, autrement dit la loi de Hubble ? On l’attribue à Georges Lemaître depuis longtemps mais certains laissaient entendre qu’Hubble aurait pu censurer ce grand physicien belge. Qu'en est-il réellement ?

Contrairement à ce que l’on pense encore trop souvent, toutes les galaxies ne s’éloignent pas de nous et le décalage spectral vers le rouge de celles qui le font n’est généralement pas une manifestation de l’effet Doppler. Ce n’est en effet que lorsque l’on se place à une échelle de distance supérieure à celle des amas de galaxies que l’expansion de l’espace se manifeste.

Curieusement, et bien que l’on crédite Edwin Hubble de la découverte de l’expansion de l’univers dans son célèbre article de 1929, celui-ci se refusait à envisager son observation comme autre chose qu’un fait brut dont il laissait l’interprétation aux théoriciens. Mais il y a plus surprenant encore: la relation entre le décalage spectral (équivalent à un effet Doppler en première approximation) et la distance des galaxies exprimée linéairement (la fameuse loi de Hubble) était déjà donnée par Georges Lemaître dans un article de... 1927 !

Cet article avait été publié en français dans les annales de la Société scientifique de Bruxelles et s’intitulait: Un univers homogène de masse constante et de rayon croissant, rendant compte de la vitesse radiale des nébuleuses extragalactiques. Il est remarquable à plus d’un titre car non seulement il contient une dérivation analytique de la loi de Hubble à partir des équations de la relativité générale mais aussi une estimation numérique de la valeur de la fameuse constante de Hubble.

Cerise sur le gâteau, Lemaître interprétait déjà tout à fait correctement le décalage spectral non pas comme un vrai effet Doppler mais bien comme l’effet de la dilatation de l’espace sur la longueur d’onde de la lumière pendant son trajet, effet d'étirement d’autant plus important que le trajet dure longtemps.


Edwin Hubble en train de lire dans son bureau.
© California Institute of Technology
Il est vrai que Lemaître utilise pour sa découverte des observations concernant les distances de certaines galaxies provenant des travaux de Hubble, mais il n’en reste pas moins qu’il précède celui-ci de deux ans et qu’il comprend, lui, qu’il s’agit bien d’un effet de l’expansion de l’espace. Ce qui fait dire à certains que le télescope Hubble devrait être débaptisé pour s’appeler le télescope Lemaître !

Une censure sous la pression de Hubble ?
Tout ceci est connu des historiens depuis un certain temps. Un autre fait surprenant n’est également pas nouveau puisqu’on le trouve mentionné, par exemple, dans le célèbre traité de cosmologie de Peebles, Principles of Physical Cosmology (p. 82), en 1993. Si une traduction anglaise de l’article de Lemaître a bien été faite en 1931 dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, plusieurs paragraphes concernant précisément la découverte de Lemaître ont tout simplement disparu ! La publication a été faite sous l’impulsion d’Arthur Eddington, l’ancien mentor de Lemaître, mais l’identité du traducteur restait inconnue à ce jour.

C’est précisément ce flou qu’exploitaient plusieurs articles récemment publiés sur Arxiv et qui ont même fait l’objet de commentaires dans le journal Nature pour insinuer que non seulement il y avait eu censure de l’article de Lemaître mais que l’auteur de cette censure était probablement Hubble lui-même afin de s’assurer la priorité sur la découverte de Lemaître et peut-être la pérennité de crédits de recherche pour l’Observatoire du Mont Wilson.

On peut très sérieusement mettre cette thèse en doute suite à une révélation faite par Jean-Pierre Luminet en réponse à l’article de Nature. En effet, l’un des spécialistes de Lemaître, Dominique Lambert de l’université de Namur, vient de retrouver dans les archives une lettre montrant que la traduction de l’article de 1927 a été réalisée par Lemaître lui-même à la demande d’un des membres de Royal Astronomical Society. Il s’agirait donc d’une autocensure de la part de Lemaître.

La même année, en 1931 et toujours dans Nature, le chanoine publiait un article posant les bases de ce qui constituera entre les mains de Wheeler, DeWitt et Hawking la cosmologie quantique. Mais c’est une autre histoire…


De gauche à droite: Millikan, Lemaître et Einstein.
© Université catholique de Louvain
* Edwin Hubble in translation trouble
* Who discovered the expanding universe ?

Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 19 juillet 2011 à 15h42
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/astronomie/d/polemique-lemaitre-est-il-le-vrai-decouvreur-de-la-loi-de-hubble_31463/

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MessageSujet: Re: Quoi de neuf sur ''notre'' Univers...   Dim 14 Aoû 2011 - 14:37

La rétine de Gaia avec son milliard de pixels a pris forme

Peut-on retracer l’histoire des collisions et fusions de galaxies, subies par notre Voie Lactée ? Cela devrait être possible grâce à la mission Gaia qui mesurera avec précision les positions et vitesses d’un milliard d’étoiles à l’horizon 2013-2014. Sa caméra dotée de 106 CCD prend forme actuellement.

Faire de l’archéologie galactique, préciser la structure et la dynamique de la Galaxie, telle est l’ambition principale des ingénieurs et astronomes participant à la mission Gaia qui devrait être lancée en 2013. Une fois une compréhension plus fine de notre Voie Lactée acquise, le savoir obtenu devrait nous permettre de mieux comprendre ses sœurs dans l’univers observable et, par voie de conséquence, la cosmologie elle-même et l’évolution de la complexité Du Big Bang au Vivant.

Gaia sera placé sur une orbite autour du Soleil bien spécifique, à savoir autour du deuxième point de Lagrange L2, du nom du découvreur de ces points particuliers, le grand mathématicien Joseph Louis Lagrange (1736-1813). Le satellite ira y rejoindre d’autres grands frères européens,Planck et Herschel, pour une mission de cinq ans. Il s'agit essentiellement de combiner des mesures d'astrométrie, de photométrie et de spectroscopie concernant pas loin d'un milliard d'étoiles, mais la chasse aux exoplanètes et aux géocroiseurs fait aussi partie du programme. Les premières estimations suggèrent que Gaia va détecter entre 10.000 et 50.000 planètes hors de notre Système solaire.

Pour cela, il disposera d'une caméra formée de 106 éléments CCD. Les fameux capteurs de Willard Boyle n'en ont donc pas encore fini de révolutionner le monde de l'astronomie et de l'astrophysique. Or justement, l'Esa vient d'annoncer que ces 106 capteurs au milliard de pixels ont été assemblés, formant l'une des pièces principales des instruments équipant Gaia.


Des techniciens en train de monter les capteurs CCD de Gaia dans une chambre blanche à Toulouse. Il y en a 106 au total et il fallait en moyenne
une journée pour en installer 4. Les éléments sont sur des supports en carbure de silicium et l'ensemble pèse 20kg. Chaque capteur CCD
mesure 6×4,7cm, avec une épaisseur de seulement quelques dizaines de microns. L'écart entre les CCD adjacentes est d'environ 1mm.
© Astrium
Gaia devrait faire au moins deux cents fois mieux qu’Hipparcos, son prédécesseur, dans le domaine de l’astrométrie, c'est-à-dire essentiellement la détermination des positions angulaires et mouvements des astres. Ainsi, si Hipparcos pouvait mesurer depuis la Terre, l'angle qui correspond à la hauteur d'un astronaute debout sur la Lune, Gaia sera capable de mesurer celle de son pouce ! Le satellite devrait pouvoir mesurer les caractéristiques de jusqu’à 3 millions d’étoiles par degré carré et permettre de dresser en 3D une carte de tous les astres jusqu'à la magnitude 20 avec une précision à 20 μas (microseconde d'arc).

Trente mille CD d'informations en cinq ans
S’y ajouteront des mesures spectroscopiques de haute résolution et de photométrie qui permettront de placer avec précision les étoiles sur le diagramme de Hertzsprung-Russel. Il sera alors possible de faire d’impressionnantes statistiques sur les relations entre masses, compositions chimiques, luminosité, températures et distances des étoiles dans la Voie Lactée. En plus de permettre de préciser la théorie de l’évolution et de la structure stellaire, la connaissance accrue des positions, vitesses et compositions chimiques des populations d'étoiles ouvre la porte à leur utilisation comme de véritables traceurs de l’évolution chimique de la Galaxie et plus généralement de son histoire. En plus de donner des indications sur les processus de formation d’étoiles, des courants stellaires provenant d’anciennes galaxies naines absorbées ou en cours d’absorption pourront ainsi être mis en évidence.

Si l’on considère que les étoiles sont l’équivalent des atomes formant la Terre, astronomes et astrophysiciens s’adonneront au même jeu que les géophysiciens et les géochimistes analysant la structure et l’évolution de notre planète, lorsqu'ils disposeront du flot de données que fournira Gaia. On estime que même compressées, ces données représenteront l’équivalent de 30.000 CD.


Une vue d'artiste de Gaia en train d'accomplir sa mission d'arpentage de la Galaxie.
© Medialab
Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 24 juillet 2011 à 17h26
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/astronomie/d/la-retine-de-gaia-avec-son-milliard-de-pixels-a-pris-forme_31438/

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MessageSujet: Re: Quoi de neuf sur ''notre'' Univers...   Lun 29 Aoû 2011 - 17:03

Un nuage céleste géant rayonne de l'intérieur

Le VLT a pu observer l'un des plus grands objets isolés connus, datant de l'univers jeune, appelés Nuages Lyman-alpha. L'équipe d'astronomes impliquée dans ces observations a ainsi pu lever le voile sur l'énigmatique source d'énergie de ce nuage géant de gaz: elle proviendrait de galaxies lumineuses cachées au-dedans.

Des observations réalisées avec le Very Large Telescope (VLT) de l’ESO ont permis de faire la lumière sur la source d’énergie d’un vaste nuage de gaz brillant très rare, datant des premiers instants de l’univers. Les observations montrent pour la première fois que ce « Nuage Lyman-alpha » géant - un des plus grands objets isolés connus - doit être alimenté en énergie par des galaxies enfouies en son sein. Des résultats présentés dans la revue Nature du 18 août.

Une équipe d’astronomes a utilisé le Very Large Telescope de l’ESO pour étudier un objet peu commun appelé Nuage Lyman-alpha1. Ces structures énormes et très lumineuses sont rares. Elles sont habituellement observées dans les régions de l’univers jeune où la matière est concentrée. Cette équipe a découvert que la lumière provenant de l’une de ces structures est polarisée2. Dans la vie quotidienne, par exemple, la lumière polarisée est utilisée pour créer des effets 3D au cinéma3. C’est la première fois qu’une polarisation est trouvée dans un Nuage Lyman-alpha, une observation qui permet de dévoiler le mystère sur ce qui fait briller ces nuages.

Les galaxies lumineuses à la source du rayonnement
« Nous avons montré pour la première fois que le rayonnement de cet objet énigmatique provient de la lumière diffusée par les galaxies lumineuses qui y sont cachées plutôt que de la luminosité propre du gaz répandu dans tout le nuage », explique Matthew Hayes (université de Toulouse, France), premier auteur de l’article scientifique.

Les Nuages Lyman-alpha sont parmi les plus gros objets de l’univers: de gigantesques nuages d’hydrogène qui peuvent atteindre quelques centaines de milliers d’années-lumière de diamètre (plusieurs fois la taille de la Voie Lactée) et sont aussi brillants que les galaxies les plus lumineuses. Ils sont habituellement observés à de très grandes distances astronomiques, ce qui signifie que nous les voyons tels qu'ils étaient quand l’univers n’avait que quelques milliards d’années d’existence. Ils sont de ce fait importants pour notre compréhension de la formation et de l’évolution des galaxies quand l’univers était plus jeune. Toutefois, la source énergétique de leur très grande luminosité et la nature précise de ces nuages n’étaient pas très claires.

L’équipe a étudié une des premières et des plus grosses de ces structures à avoir été observées. Connue sous le nom de LAB-1, elle a été découverte en 2000 et elle est si éloignée qu’il a fallu 11,5 milliards d’années à sa lumière pour nous atteindre. Avec un diamètre d’environ 300.000 années-lumière, c’est aussi l’une des plus grandes connues et elle héberge plusieurs galaxies primordiales dont une galaxie active4.


LAB-1 héberge plusieurs galaxies primordiales,
dont une galaxie active. Ici M106, un exemple de galaxie active.
© Jay Gabany
Les Nuages Lyman-alpha confrontés aux théories
Il existe plusieurs théories concurrentes pour expliquer les Nuages Lyman-alpha. L'une d'entre elles est qu'ils brillent quand le gaz se contracte du fait de la très forte attraction gravitationnelle du nuage et qu’il se réchauffe. Autre théorie: ils hébergent des objets lumineux comme des galaxies en pleine formation intense d’étoiles ou contenant des trous noirs voraces engloutissant de la matière. Les récentes observations montrent que ce sont des galaxies enfouies et pas l’attraction du gaz qui alimentent LAB-1.

L’équipe a testé les deux théories en mesurant si la lumière du nuage était polarisée ou non. En étudiant la manière dont la lumière est polarisée, les astronomes peuvent découvrir des informations sur les processus physiques qui produisent cette lumière ou ce qui s'est passé entre sa source et son arrivée sur Terre. Si elle a été réfléchie ou diffusée, elle devient polarisée et ce subtil effet peut être détecté avec un instrument très sensible. Du fait de leur très grande distance, mesurer la polarisation de la lumière d'un Nuage Lyman-alpha est toutefois un véritable défi.

« Ces observations n’auraient pas pu être réalisées sans le VLT et son instrument FORS. Nous avions clairement besoin de deux choses: un télescope avec un miroir d’au moins 8m pour collecter suffisamment de lumière et une caméra capable de mesurer la polarisation de la lumière. Il n’y a pas beaucoup d’observatoires au monde offrant cette combinaison », ajoute Claudia Scarlata, coauteur de l’article scientifique.


Une vue du VLT accompagné de VISTA, dans le soleil du matin.
© H.-H. Heyer
En observant leur cible pendant environ 15h avec le VLT, l’équipe a trouvé que la lumière du Nuage Lyman-alpha LAB-1 était polarisée dans un anneau autour de la région centrale et qu’il n’y avait pas de polarisation au centre. Cet effet est pratiquement impossible à produire si la lumière vient seulement du gaz tombant vers l'intérieur du nuage sous l’effet de la gravité, mais c’est exactement ce qui est attendu si la lumière provient des galaxies enfouies dans la région centrale avant d’être diffusée par le gaz.

Les astronomes projettent maintenant d’observer davantage de ces objets afin de voir si le résultat obtenu pour LAB-1 est valable pour les autres nuages.

Informations
Cette recherche a été présentée dans un article de la revue Nature du 18 août 2011: ''entral Powering of the Largest Lyman-alpha Nebula is Revealed by Polarized Radiation'' by Hayes et al.

L’équipe est composée de Matthew Hayes (Université de Toulouse, France et Observatoire de Genève, Suisse), Claudia Scarlata (University of Minnesota et Spitzer Science Center, California Institute of Technology, Pasadena, USA) et Brian Siana (University of California, Riverside, USA).

Notes:
1. Le nom vient du fait que ces nuages émettent de la lumière à une longueur d’onde caractéristique connue en tant que rayonnement « Lyman-alpha » qui est produit quand les électrons de l’atome d’hydrogène descendent du second niveau d’énergie au niveau le plus bas.
2. Quand les ondes lumineuses sont polarisées, leurs composantes de champ électrique et de champ magnétique ont une orientation spécifique. Dans la lumière non polarisée, l’orientation du champ est aléatoire et n’a pas de direction préférée.
3. L’effet 3D est créé en s’assurant que l’œil gauche et l’œil droit regardent des images légèrement différentes. L’astuce utilisée dans certains cinémas 3D fait appel à de la lumière polarisée: des images séparées, réalisées avec de la lumière polarisée différemment, sont envoyées à notre œil droit et à notre œil gauche par des filtres polarisés sur les lunettes.
4. Les galaxies actives sont des galaxies dont le cœur brillant est supposé être alimenté par un trou noir massif. Leur luminosité vient de la matière chauffée alors qu’elle est attirée par le trou noir.


Des galaxies enfouies dans le nuage géant de gaz expliquent son rayonnement.
© ESO
Source: OAMP, le 18 août 2011 à 11h37
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/astronomie/d/un-nuage-celeste-geant-rayonne-de-linterieur_32903/

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MessageSujet: Re: Quoi de neuf sur ''notre'' Univers...   Sam 3 Sep 2011 - 22:21

Une énigme de la formation des étoiles s'éclaircit...

On pense que l’hydrogène moléculaire H2 est un élément clé de la formation des premières étoiles de l’univers observable. De nouveaux calculs quantiques du comportement de cette molécule pourraient aider à comprendre cette étape importante de l’évolution du cosmos, ainsi que l’origine de l’eau des océans.
  • Lorsque l'univers formait les étoiles, un dossier à découvrir >>
Les poussières et certaines molécules comportant des atomes lourds jouent un rôle important dans la formation des étoiles depuis des milliards d’années, en permettant aux nuages interstellaires en train de s’effondrer gravitationnellement de continuer à le faire en dissipant de l’énergie thermique. Sans elles, la température et les augmentations de pressions résultantes dans ces nuages finiraient par contrecarrer puis stopper l’effondrement, avant qu’une étoile ne se forme. Cette constatation a conduit à une énigme concernant la formation des premières étoiles.

Comment ont-elles pu apparaître puisque ce sont précisément les réactions thermonucléaires dans ces étoiles qui ont fabriqué les premiers atomes lourds de carbone, d’oxygène et de silicium composant les poussières interstellaires ?

On pense que les molécules d’hydrogène primordiales ont servi d’agents de refroidissement dans ces nuages. Mais pour comprendre leur rôle, il faut bien connaître leurs propriétés et les réactions qu’elles peuvent subir, comme celle faisant intervenir H+ et H2.


Un globule de Bok, comme celui visible sur cette image, est un amas sombre de poussières et de gaz du milieu interstellaire au sein duquel
peut commencer la naissance d'étoiles. Ils contiennent de l'hydrogène moléculaire, des oxydes de carbone, de l'hélium et environ 1%
de poussières de silicates pour un volume d'environ une année-lumière et de 10 à 50 masses solaires.
© ESO
Un groupe de chercheurs français et espagnol vient justement de déterminer avec plus de précision le taux de conversion entre deux formes de l’hydrogène moléculaire, appelées ortho-H2 et para-H2. Elles diffèrent par l’orientation relative des moments cinétiques des protons dans chacun de leurs deux atomes. Dans le premier cas, les spins sont parallèles, et antiparallèles dans le second cas.

Une clé pour décrypter l'énigme de l'origine de l'eau terrestre
Les astrophysiciens ont fait de savants calculs de mécanique quantique pour améliorer leur connaissance du taux de conversion entre ces états de la molécule d’hydrogène. Ce n’est pas la première fois que le monde des atomes apporte une clé pour comprendre celui des étoiles, le cas de la raie à 21cm de l’hydrogène en est un bon exemple.

En plus de nous aider à comprendre la formation des étoiles, une étape fondamentale de l’évolution Du Big Bang au vivant, ce travail pourrait jeter une lumière nouvelle sur l’origine des océans. En effet, il devrait avoir des implications pour les réactions faisant intervenir de l’eau deutérée (HDO, où D est le symbole du deutérieum). Or, jusqu’à présent, l’hypothèse d’une origine essentiellement cométaire de l’eau des océans bute sur le fait que la concentration en deutérium est deux fois plus élevée dans l'eau cométaire que dans l'eau terrestre. Ce qui suggère une autre origine pour l'eau terrestre. Comme la chimie du deutérium dépend de manière importante de l’abondance en ortho-H2, il y a là une voie de recherche pour expliquer, d’une façon ou d’une autre, cette différence d’abondance des isotopes de l’hydrogène dans le Système solaire.


La comète Lulin en 2009.
© Jack Newton
*Ortho-para H2 conversion by proton exchange at low temperature : an accurate quantum mechanical study

Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 30 août 2011 à 15h38
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/chimie-1/d/une-enigme-de-la-formation-des-etoiles-seclaircit_33094/

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MessageSujet: Re: Quoi de neuf sur ''notre'' Univers...   Dim 4 Sep 2011 - 0:19

Le Cern sur la piste d'un lien entre rayons cosmiques et climat

L’expérience Cloud menée au Cern vient de montrer que des rayons cosmiques peuvent provoquer la formation d’aérosols dans l’atmosphère. Même si, dans les conditions de l’expérience, ils sont trop petits pour induire la formation de nuages, ce résultat renforce l’idée qu’il y a peut-être un lien entre rayons cosmiques et changements climatiques.

Les nuages sont un élément important dans le bilan du transfert radiatif de l’atmosphère et constituent donc un paramètre clé du climat de notre planète. Ils peuvent, par exemple, réfléchir la lumière provenant du Soleil et ainsi contribuer à refroidir la planète. Ils peuvent aussi, à l'inverse, participer à l’effet de serre en piégeant le rayonnement issu du sol et donc réchauffer la Terre. Leur impact sur le climat dépend de l’altitude à laquelle ils se forment et diffère si la couverture nuageuse augmente ou diminue.

Comme ces nuages sont formés de microscopiques gouttelettes d’eau, la réponse à cette question revient à comprendre comment et pourquoi ces gouttelettes se forment. On a de bonnes raisons de penser que c’est à partir d’aérosols, c'est-à-dire de minuscules particules liquides ou solides en suspension dans l’atmosphère qui peuvent servir de germes de nucléation.

Mais qu’est ce qui détermine la formation des nuages ?
La moitié de ces aérosols est directement injectée dans l’atmosphère puisqu’il s’agit de particules de poussière, d’embruns ou de la pollution provenant de la combustion de la biomasse. Mais l’autre moitié a une origine qui n’est pas encore bien comprise. On pense généralement qu’il s’agit de molécules d’eau, d’acide sulfurique et d’ammoniac qui forment, pour une raison ou pour une autre, de grands amas.

Depuis les travaux de Wilson en 1912, on sait que des particules chargées peuvent provoquer la formation de gouttelettes d’eau dans une atmosphère humide et l’on pouvait donc soupçonner que les rayons cosmiques pouvaient jouer un rôle important dans la formation de la couverture nuageuse de notre planète.

Or, le flux de rayons cosmiques atteignant l’atmosphère est modulé par le champ magnétique du Soleil. S’il existe bel et bien un lien entre les nuages et les rayons cosmiques, aucun modèle de l’évolution du climat de la Terre ne peut se permettre d’ignorer la nature et l’importance de ce couplage s'il veut reposer sur des bases fermes.


La théorie connectant aérosols et rayons cosmiques est présentée sur ce schéma. Ainsi, sur la gauche, des particules ionisantes venant d'un reste
de supernova atteignent-elles l'atmosphère où elles provoquent la formation de molécules ionisées qui vont s'agglutiner pour former des amas
moléculaires. Si leur taille est suffisante, ces amas s'entoureront de molécules d'eau et des gouttelettes de nuage naîtront.
© Fabienne Marcastel
C’est pour tenter de résoudre ce problème que l’expérience Cloud (Cosmics Leaving OUtdoor Droplets) a été entreprise au Cern depuis quelques années. Un bilan des observations effectuées vient d’être publié dans un article de Nature (voir le lien au bas de l'article) et l’on peut aussi consulter au sujet de cette expérience la vidéo de Jasper Kirkby, le porte-parole de Cloud.

Des aérosols oui, mais pas encore de gouttelettes
L’expérience en elle-même consiste en une chambre en acier de 3m de diamètre dans laquelle on peut reconstituer les conditions supposées régnant dans l’atmosphère à une altitude donnée. Les chercheurs commencent d’abord par produire de l’air ultrapur à partir d’oxygène et d’azote liquides puis introduisent des quantités désirées de vapeur d’eau, d’acide sulfurique et d’ammoniac. Un faisceau de pions chargés produit à l’aide du Proton Synchrotron pénètre alors dans la chambre. Tout comme pour la pression et la température, son intensité peut être fixée à volonté.

Les nouveaux résultats obtenus par les membres de Cloud ont été présentés de la façon suivante par Jasper Kirkby: « Nous avons observé pour la première fois certains processus atmosphériques déterminants. Nous avons trouvé que les rayons cosmiques favorisent nettement la formation de particules d’aérosol au milieu de la troposphère et au-dessus. Par la suite, ces aérosols peuvent devenir les noyaux de condensation des nuages. Cependant, nous avons pu établir que les vapeurs qui étaient considérées comme responsables de la formation de tous les aérosols dans la basse atmosphère ne peuvent expliquer qu’une petite partie des observations, même avec la contribution des rayons cosmiques. »

En clair, si les chercheurs ont bien montré que les rayons cosmiques favorisaient l’apparition d’aérosols (d’un facteur 10) à partir d’un mélange de vapeur d’eau, d’ammoniac et d’acide sulfurique à des altitudes de plus de 5km, avec des températures inférieures à -25°C, ils n’ont observé qu’une faible production pour les couches de l’atmosphère plus basses, en contradiction avec ce que l’on pensait. Cela implique que d’autres molécules sont en jeu pour expliquer les observations dans cette couche.

Peut-on en conclure qu’il existe vraiment un lien entre climat et rayons cosmiques ? Pas encore, car les aérosols produits par les chercheurs du Cern sont trop petits pour vraiment servir de germes de nucléation pour la formation de gouttelettes d’eau. La question reste donc ouverte et les recherches vont se poursuivre.


Une vue de l'équipe de l'expérience Cloud devant sa chambre de 3m de diamètre en acier inoxydable, contenant de l'air humidifié ultrapur
et des traces de gaz choisis, placée dans la trajectoire d'un faisceau de pions chargés qui simule les rayons cosmiques ionisants.
© 2011 Cern-Maximilien Brice
* Article preview View full access options Nature | Letter * Previous abstract * Next abstract Role of sulphuric acid, ammonia and galactic cosmic rays in atmospheric aerosol nucleation

Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 31 août 2011 à 17h31
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/chimie-1/d/cloud-le-cern-sur-la-piste-dun-lien-entre-rayons-cosmiques-et-climat_33118/

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MessageSujet: Re: Quoi de neuf sur ''notre'' Univers...   Lun 24 Oct 2011 - 15:25

Le télescope Fermi confirme l'énigme des positrons cosmiques

Un flux anormalement élevé de particules d’antimatière, des positrons, existe bel et bien selon les observations indirectes de Fermi, le télescope gamma en orbite autour de la Terre. On ne sait malheureusement toujours pas s’il s’agit d’une preuve de l’existence de la matière noire dans la Voie Lactée.

Depuis plusieurs années, le télescope spatial Fermi scrute l’univers dans le domaine des rayons gamma, cherchant à nous en apprendre plus sur les astres les plus exotiques de l’Univers que sont les trous noirs et les étoiles à neutrons. On espère aussi qu’il contribuera à lever le voile sur le mystère de la matière noire. Bien que de nombreuses preuves indirectes de son existence nous soient connues, rien ne remplacerait une détection directe, par des produits de désintégrations bien spécifiques dans l’espace ou encore dans les collisions au LHC (Large Hadron Collider ou grand collisionneur de hadrons).

L’une des signatures possibles de la matière noire est celle d’un excès de positrons à hautes énergies. Ces antiparticules de l’électron peuvent être produites par certains processus astrophysiques classiques associés aux naines blanches et aux pulsars par exemple. Mais les populations de ces astres dans la Galaxie ne semblent pas en mesure d’expliquer l’importance du flux de ces particules d’antimatière à des énergies aussi élevées que 100GeV, observé par le satellite Pamela.

Toutefois, certains doutaient l’existence de ce flux en mettant en cause la fiabilité des mesures des instruments de Pamela. En outre, même si le phénomène était bien réel, rien n’empêchait de postuler l’existence d’un pulsar encore indétecté, proche de notre Système solaire, expliquant l’abondance des antiélectrons observée.


Ce schéma montre la région orange où dominent les électrons et la région violette où dominent les positrons. C'est l'effet combiné de la magnétosphère
de la Terre et des roches la constituant qui explique cette séparation des électrons et positrons du rayonnement cosmique.
© Justin Vandenbroucke, Fermi-LAT collaboration
Le satellite Fermi n’est pas lui-même en mesure de faire la différence entre des électrons et des positrons car il faudrait qu’il soit équipé d’un aimant courbant dans des sens opposés les trajectoires de ces particules. Il est toutefois capable de mesurer le spectre en énergie de ces particules puisque c’est de cette façon qu’il détecte des rayons gamma. En effet, Fermi mesure les caractéristiques des paires d’électron-positron créées par des photons gamma dans ses instruments.

La magnétosphère de la Terre sépare matière et antimatière
À priori, Fermi ne semblait donc pas l’outil adapté à une confirmation des observations de Pamela. Mais les physiciens sont des gens malins. L’un d’entre eux a fait remarquer qu’il y avait bien un aimant dans l’espace capable de séparer les populations d’électrons et de positrons présentes dans le rayonnement cosmique, à savoir la Terre et son champ magnétique. Il suffisait donc d’utiliser les travaux des géophysiciens externes ayant cartographié le champ magnétique de la Terre dans l’espace pour déterminer les régions où les observations pouvaient donner accès au flux dominé par les positrons.

Une fois les mesures du spectre en énergie effectuées, les chercheurs ont effectivement confirmé les observations de Pamela et les ont même étendues de 100GeV à 200GeV. Le flux de positrons continue à augmenter avec l’énergie alors qu’il devrait diminuer selon les modèles classiques de productions secondaires de ces particules d’antimatière, lors de collisions entre les particules de matière des rayons cosmiques et celles du milieu interstellaire. On l’explique en effet par la désintégration des pions produits lors des collisions entre les noyaux présents dans les rayons cosmiques et ceux présents dans le gaz interstellaire.

Une façon d’expliquer cet excès fait intervenir la désintégration de Wimps, des particules de matière noire. Sauf que la persistance de la croissance du spectre en énergie des positrons jusqu’à 200GeV ne peut s’interpréter dans ce scénario qu’en admettant que les particules de matière noire soient plus lourdes que ce que l’on pensait.

Malheureusement, cela semble être peu compatible avec les limites posées par d’autres observations. Si bien que certains physiciens en déduisent que les observations de Fermi, tout en confirmant celles de Pamela, excluent une signature de matière noire. L’énigme demeure, bien que l’interprétation par la présence d'un pulsar devienne de plus en plus crédible.


Une vue d'artiste de Fermi en train d'observer l'univers en gamma.
© Nasa and General Dynamics
* Measurement of separate cosmic-ray electron and positron spectra with the Fermi Large Area Telescope

Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 23 septembre 2011 à 10h32
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/astronomie/d/le-telescope-fermi-confirme-lenigme-des-positrons-cosmiques_33562/

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MessageSujet: Re: Quoi de neuf sur ''notre'' Univers...   Lun 24 Oct 2011 - 15:50

Des particules plus rapides que la lumière détectées au Gran Sasso

Si la découverte se confirme, la physique et la cosmologie sont entrées dans une nouvelle ère. Une équipe de chercheurs menée par Dario Autiero (Institut de physique nucléaire de Lyon) annonce aujourd'hui avoir observé des neutrinos circulant légèrement plus vite que la lumière.

C'est dans le cadre de l'expérience OPERA, qui s'emploie à détecter - depuis le laboratoire souterrain du Gran Sasso - des neutrinos émis par l'accélérateur du Cern, que cette mesure a été réalisée.


Plus vite que la lumière ?
Crédit: DR
Sur le parcours de 730km qui sépare les deux sites, une distance que la lumière parcourt en 2,4ms (millisecondes) dans le vide, Dario Auterio et ses collègues ont mesuré une avance des neutrinos de 60 nanosecondes (60 milliardièmes de seconde). Infime, mais apparemment réelle puisque six fois supérieure à l'incertitude sur la mesure !


Trajet des neutrinos entre le Cern et le Gran Sasso. Pour les neutrinos, la Terre est quasi-transparente.
Crédit: CERN
Einstein dépassé ?
Depuis l'énoncé de la théorie de la relativité restreinte par Albert Einstein, en 1905, la vitesse de la lumière dans le vide est fixée comme une limite indépassable. L'essentiel de la physique du XXe siècle, en particulier la cosmologie, est bâtie sur ce fondement.

Malgré « les longs mois de recherche et de vérifications » réalisée par l'équipe scientifique avant de publier ce résultat - « totalement inattendu » a avoué Antonio Ereditato, porte-parole de l'expérience - un scepticisme de bon aloi prévaut donc dans les laboratoires.


Le détectetur de neutrinos de l'expérience OPERA.
Crédit: CERN
Un signe avant-coureur en 2007
En 2007, une expérience américaine baptisée Minos avait déjà mesuré ce genre d'effet. Mais avec une incertitude telle sur la mesure que personne, ni même les chercheurs de l'expérience, n'y avaient vraiment crû. Ces équipes vont maintenant tenter d'affiner leur résultat pour confirmer - ou infirmer - la mesure faite avec OPERA.

La précision de la mesure dépendant notamment du nombre de neutrinos observés - et ceux-ci étant extrêmement difficile à détecter - leur verdict ne devrait pas tomber avant deux à trois ans.

David Fossé, le 23 septembre 2011
Source Ciel&Espace: http://www.cieletespace.fr/node/7844

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MessageSujet: Re: Quoi de neuf sur ''notre'' Univers...   Lun 24 Oct 2011 - 15:53

Des neutrinos franchiraient le mur de la lumière...

Depuis des dizaines d’années, certains chercheurs soupçonnent que les neutrinos peuvent dépasser la vitesse de la lumière. Il semble que ce soit bel et bien le cas d’après les observations conduites par des membres de la collaboration Opera. Si la découverte se confirme, nous sommes à la veille d’une révolution majeure en physique théorique.

Déjà il y a quelques jours, le physicien Tommaso Dorigo avait été à l’origine d’une rumeur dans la blogosphère scientifique. Selon lui, les physiciens de la collaboration Opera, qui étudient les oscillations de neutrinos, s’apprêtaient à rendre publique une bombe dans le domaine de la physique théorique. Des neutrinos muoniques produits au Cern et formant un faisceau de particules envoyé à travers la Terre en direction d’un détecteur enfoui sous le Gran Sasso, à plus de 730km de Genève, auraient été chronométrés à une vitesse dépassant celle de la lumière dans le vide…

La théorie de la relativité restreinte d’Einstein est centenaire, elle a subi de nombreux tests dont certains sont très précis. Autant dire que l’annonce que l’on aurait finalement découvert des particules qui se déplacent plus vite que la lumière n’est pas quelque chose que l’on peut faire à la légère. Surtout, Dorigo indiquait que les observations montraient un écart à la théorie de la relativité de l’ordre de 6 sigma. Dans le jargon des physiciens, cela signifie que l’effet observé, quelle que soit son origine (un défaut de construction du détecteur ou une mauvaise mesure dans l’expérience par exemple), est bien réel et ne peut être dû à des fluctuations statistiques dans les mesures.

Pour comprendre un peu ce que cela signifie, imaginez un jeu de pile ou face et comptez 0 pour pile et 1 pour face. Si la pièce n’est pas pipée, il n’est pas impossible de tomber deux fois de suite sur 0, quatre fois de suite (deux sigma) serait beaucoup plus rare mais en gros, pas exclu par le hasard (on ne cherche pas la rigueur mathématique du calcul des probabilités dans cet exemple). Mais 12 fois de suite, là, c’est trop ! Il faut alors en conclure que le hasard n'est pas seul à l’œuvre.

Tommaso Dorigo a ensuite supprimé son post sur son blog. Visiblement, l’information avait été révélée avant l'heure mais il était trop tard: la blogosphère la reprenait, surtout qu’il semblait bien qu’un séminaire sur cette découverte était prévu au Cern pour le vendredi 23 septembre 2011. On devrait pouvoir le suivre ici cet après-midi.

Finalement, le CNRS a mis en ligne une vidéo dans laquelle l’un des auteurs de la découverte, le physicien Dario Autiero chercheur du CNRS à l'Institut de Physique Nucléaire de Lyon (IPNL), confirmait la réalité des observations de la collaboration Opera. La voici.


Le physicien Dario Autiero chercheur du CNRS à l'Institut de Physique
Nucléaire de Lyon (IPNL), explique la découverte d'Opera.
© CNRS/Dailymotion
Dans un communiqué du CNRS, Dario Autiero explique que: « Nous avons mis en place un dispositif entre le Cern et le Gran Sasso nous permettant une synchronisation au niveau de la nanoseconde et mesuré la distance entre les deux sites à 20cm près. Ces mesures présentent de faibles incertitudes et une statistique telle que nous accordons une grande confiance à nos résultats. Nous avons donc hâte de confronter nos mesures avec celles en provenance d'autres expériences, car rien dans nos données ne permet d'expliquer pourquoi nous semblons observer des neutrinos en excès de vitesse. »

Antonio Ereditato, de l'Université de Berne et porte-parole de l'expérience Opera, ajoute lui que: « Ce résultat est totalement inattendu. De longs mois de recherche et de vérifications ne nous ont pas permis d'identifier un effet instrumental expliquant le résultat de nos mesures. Si les chercheurs participant à l'expérience Opera vont poursuivre leurs travaux, ils sont impatients de comparer leurs résultats avec d'autres expériences de manière à pleinement évaluer la nature de cette observation. »

L'article sur le découverte des chercheurs est disponible ici.

Des neutrinos transluminiques, une idée ancienne
Des neutrinos qui voyageraient plus vite que la lumière, cela se traduit généralement par ce que les physiciens appellent une Violation de l’Invariance de Lorentz, un des piliers de la physique théorique. Ce n’est pas la première fois que l’on envisage une telle violation. On la cherche même, car il pourrait s’agir d’un effet de gravitation quantique. Malheureusement, les observations en gamma récentes de Fermi et INTEGRAL ne semblent pas compatibles avec une telle violation.

Bien sûr, il s’agit dans le cas d’Opera de neutrinos, et pas de photons gamma. Toutefois, les neutrinos de la fameuse supernova de 1987 avaient été chronométrés cette année-là et ils posent de sérieuses contraintes sur d’éventuels effets transluminiques. Ils jettent même un doute sur les observations d’Opera.

Il se pourrait tout de même que certains neutrinos, comme le laissaient entendre certaines expériences depuis longtemps, soient des tachyons, c'est-à-dire des particules allant toujours plus vite que la lumière.

Le concept de tachyon est ancien puisqu’il remonte à un célèbre article publié en 1967 par Gerald Feinberg portant le titre Possibility of Faster-Than-Light Particles. En gros, le chercheur y considérait que toute limite ayant deux côtés, on pouvait imaginer contourner l’interdit de la théorie d’Einstein en admettant qu’il existait deux types de particule, les tardons, qui vont toujours moins vite que la lumière, et les tachyons, qui vont toujours plus vite qu'elle. Contrairement à ce qu’on pourrait croire, Feinberg avait montré que des tachyons ne permettent pas d’envoyer un message dans le passé.

En 1985, Alan Chodos était allé jusqu’à proposer que les neutrinos soient effectivement des tachyons et ces dernières années le physicien Alan Kostelecký a publié avec des collègues plusieurs articles envisageant des Violations de l’Invariance de Lorentz dans la physique des oscillations de neutrinos, précisément le domaine d’étude de l’expérience Opera. Il y a donc en fait une large littérature théorique explorant depuis un certain temps l’idée que des neutrinos puissent franchir le mur de la lumière.

Il faut rester prudent. Qui sait, par exemple, si des effets géophysiques mal compris ne sont pas venus fausser de façon subtile les mesures ? En son temps, certaines anomalies dans le fonctionnement du prédécesseur du LHC (Large Hadron Collider), le LEP (Large Electron Positron), avaient été expliquées par les forces de marée terrestres, soulevant le sol et faisant varier de façon infime la longueur du chemin parcouru dans le collisionneur d’électrons-positrons.


Albert Einstein en 1925.
© Wikipedia-Deutsches Bundesarchiv
Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 23 septembre 2011 à 11h24
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/des-neutrinos-franchiraient-le-mur-de-la-lumiere_33583/

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