jeudi 17 avril 2014

Annonce de Nouvelle Découverte du télescope KEPLER, à suivre en live

A suivre ci-dessous ce jeudi 17 avril à partir de 20h ! Le contenu à un rapport aux exoplanètes vu les participants, mais nous n'en savons pas plus... 


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mercredi 16 avril 2014

EURECA : les Européens s'Unissent pour Dénicher la Matière Noire

Prenez des physiciens français du CEA et du CNRS, des allemands du Karlsruhe Institute of Technology et de plusieurs universités , des anglais des universités d'Oxford et de Sheffield, des espagnols, des russes, des slovaques, prenez les meilleurs spécialistes de la détection directe de matière noire, issus de trois grandes expériences européennes jusqu’alors concurrentes comme EDELWEISS, CRESST et ROSEBUD, mélangez le tout soigneusement et vous obtiendrez la future grande expérience européenne de recherche de matière noire directe, celle qui va enfin porter de l’ombre aux américains arrogants de LUX et SuperCDMS.



Schéma du design de l'expérience EURECA pour la recherche
directe de matière noire (collaboration EURECA)
Cette nouvelle collaboration très européenne s’appelle EURECA, et c’est tout ce qu’on leur souhaite, qu’ils trouvent enfin ces WIMPs. Le concept du design de la nouvelle manip vient d’être publié dans Physics of The Dark Universe, ce qui signifie la concrétisation de cette nouvelle collaboration scientifique à l'échelle du continent, et on peut dire que l’ambition est au rendez-vous. 

L’objectif de EURECA est d’exploiter un multidétecteur cryogénique de 1 tonne. Mais pas n’importe quel multidétecteur, les différentes expériences préexistantes vont mettre en commun toutes leurs technologies développées jusque là chacune dans son coin. Et le futur détecteur sera ainsi à l’image des membres de la nouvelle collaboration : il sera composite, comportant à la fois des bolomètres semiconducteurs de germanium, ceux développés par les français de EDELWEISS, et des scintillateurs bolométriques de tungstate de calcium, ceux développés par les allemands de CRESST, avec la grande expertise des anglais de ROSEBUD.

Le détecteur FID800 de EDELWEISS
(in2p3/CSNSM)
Le déploiement de EURECA devrait se faire en deux phases, une première phase rassemblant 150 kg de détecteurs, pour une durée de 1 an, puis la seconde phase arrivant avec l’ajout de 850 kg de détecteurs supplémentaires, pour une durée minimale de 3 ans. Car le système envisagé est très polyvalent et très modulaire. Ce qu’on appelle le ‘détecteur’ est en fait composé d’une multitude de petits détecteurs dont le signal mesuré est mis en commun pour en former un gros. 
Les physiciens européens vont reprendre le concept développé aux Etats-unis pour le blindage indispensable devant entourer les détecteurs pour absorber tous les rayonnements parasites autres que ceux recherchés : une énorme cuve remplie d’eau ultra-pure servira  ainsi de réceptacle aux précieux détecteurs cryogéniques. Pas moins de 3 m d’eau seront ainsi intercalés dans toutes les directions entre les détecteurs et l’extérieur, où pullulent encore quelques photons gamma, quelques neutrons et quelques muons malgré la profondeur du laboratoire souterrain…
Les photons seront absorbés par les 3 mètres d’eau, les neutrons seront ralentis puis finalement absorbés par l’hydrogène de l’eau, et enfin, les muons seront repérés par la lumière Cherenkov qu’ils laisseront dans ces gros réservoirs munis de nombreux photomultiplicateurs pour enregistrer le moindre photon de lumière.

Tours de détecteurs cryogéniques de CRESST
(Technische Universität München)
Le point commun des deux types de détecteurs prévus, semiconducteurs et scintillateurs est qu’ils fonctionnent à des températures cryogéniques. Ce sont des bolomètres. Certes améliorés, mais leur signal principal est l’élévation de température produite par l’interaction (rare !) d’une WIMP. A ce signal de chaleur s’ajoute un signal d’ionisation pour le germanium et un signal lumineux pour le tungstate de calcium. Ils seront refroidis à des températures extrêmes, de l'ordre de 10 millièmes de kelvins (10 millièmes de dégrés au dessus du zéro absolu), grâce à un cryostat à dilution (utilisant un mélange de deux isotopes de l'hélium (He-3 et He-4) faisant un volume de 6 mètres cubes...

Au fait, EURECA est un acronyme, comme vous avez pu l'imaginer, il signifie : European Underground Rare Event Calorimeter Array. Les physiciens ont une préférence pour s'implanter dans un laboratoire souterrain européen, le laboratoire souterrain de Modane en particulier, qui devrait être agrandi et offrir ainsi toute la place nécessaire, et qui est non seulement le laboratoire souterrain le plus profond d'Europe mais aussi le terrain de jeu actuel des français de EDELWEISS. Mais les physiciens ont tout prévu dans leur design, les dimensions et les équipements nécessaires prévus ont été choisi pour pouvoir être adaptables à n'importe quel laboratoire souterrain, comme par exemple le canadien SNOLAB, qui offre une profondeur encore plus importante.

Parlons performances maintenant. Bien évidemment, les physiciens, avec un design d'expérience sur le papier, parviennent à prédire ce qu'ils pourront obtenir en termes de sensibilité.
Le critère important est la valeur de la section efficace WIMP-nucléon potentiellement atteignable. On se rappelle qu'en 2013, l'expérience américaine LUX avait explosé tous les records en descendant jusqu'à une section efficace de 10-45 cm², soit 10-9 picobarns. Et bien, EURECA dans sa version complète 1 Tprévoit d'atteindre une section efficace encore 50 fois plus faible : 2.10-11 picobarns...

Pas chiens, les européens proposent en outre de prêter leur futur cryostat à toutes les manips exploitant des détecteurs ayant besoin de tels refroidissements extrêmes dans un tel environnement à ultra-basse radioactivité.


La concrétisation du projet EURECA est en tous cas une très bonne nouvelle pour la recherche européenne en physique des astroparticules. Maintenant que les européens se mettent à travailler ensemble, les américains et les WIMPs ont du soucis à se faire...

Source :
EURECA Conceptual Design Report 

The EURECA Collaboration
G. Angloher, E. Armengaud, C. Augier, A. Benoit, T. Bergmann, J. Blumer, A. Broniatowski, V. Brudanin, P. Camus, A. Cazes, M.Chapellier, N. Coron, G.A. Cox, C. Cuesta, F.A. Danevich, M. DeJesus, L. Dumoulin, K. Eitel, A. Erb, A. Ertl, F. von Feilitzsch, D. Filosofov, N. Fourches, E. Garcia, J. Gascon, G. Gerbier, C. Ginestra, J. Gironnet, A. Giuliani, M. Gros, A. G¬ utlein, D. Hauff, S. Henry, G. Heuermann, J. Jochum, S. Jokisch, A. Juillard, C. Kister, M. Kleifges, H. Kluck, E.V. Korolkova, V.Y. Kozlov, H. Kraus, V.A. Kudryavtsev, J.-C. Lanfranchi, P. Loaiza, J. Loebell, I. Machulin, S. Marnieros, M.Martõnez, A. Menshikov, A. Munster, X.-F. Navick, C. Nones, Y. Ortigoza, P. Pari, F. Petricca, W. Potzel, P.P. Povinec, F. Probst, J.Puimedon, F. Reindl, M. Robinson, T. Rolon, S. Roth, K. Rottler, S. Rozov, C.Sailer, A. Salinas, V. Sanglard, M.L. Sarsa, K. Schaffner, B. Schmidt, S. Scholl, S. Sch¬ onert, W. Seidel, B. Siebenborn, M. Sivers, C. Strandhagen, R. Strauss, A. Tanzke, V.I. Tretyak, M. Turad, A. Ulrich, I. Usherov, P. Veber, M. Velazquez, J.A. Villar, O.Viraphong, R.J. Walker, S. Wawoczny, M. Weber, M. Willers, M. Wustrich, E. Yakushev, X. Zhang, A. Zoller

A paraître dans Physics of the Dark Universe

lundi 14 avril 2014

Le Rayonnement Gamma des Pulsars

Généralement, lorsque l'on s'imagine un pulsar, on voit tout de suite cette étoile à neutrons tournant très vite sur elle-même et émettant un fin faisceau d'ondes radio depuis ces pôles magnétiques, qui ne coïncident pas avec ses pôles géométriques, ce qui en fait une sorte de phare céleste. Mais cette image certes à peu près correcte, est néanmoins très incomplète.


Zones de production d'ondes radio et de rayons gamma autour d'un pulsar.
Car les pulsars n'émettent pas uniquement de l'énergie électromagnétique par ce mécanisme, ils produisent également de nombreux autres rayonnements, de manière plus diffuse. C'est en 1974 que furent pour la première fois observés des pulsations de rayons gamma sur les pulsars du Crabe et de Véla. En fait, les rayons gamma participent pour environ 5% de toute l'énergie mécanique perdue par le pulsar, qui voit sa rotation ralentir inéluctablement...
L'émission gamma semble logiquement liée à l'émission radio. Cette émission radio est due à la présence d'instabilités dans le plasma dense d'électrons et positrons des zones situées juste au dessus des pôles magnétiques. Or les phénomènes physiques responsables de la production de ces paires de particules/antiparticules doivent immanquablement produire également des photons gamma dans ces mêmes zones.

Mais, alors que pour le pulsar du Crabe, les émissions gamma suivaient parfaitement les émissions radio, il n'en était curieusement pas de même pour le pulsar de Véla. Puis une petite dizaine de nouveaux pulsars purent être détectés et étudiés dans les années 1990 grâce notamment au télescope EGRET de la NASA, et aucun d'eux ne montrait des pulses gamma coïncidents avec les pulses radio, les structures temporelles étaient toutes très différentes. Et puis EGRET a étudié le pulsar Geminga, c'était en 1992, un objet vraiment très bizarre puisqu'il ne possédait aucunes pulsations radio caractéristiques d'un pulsar, mais bien des pulsations gamma en revanche...
C'est à partir de ce moment là que les astronomes ont commencé à revoir sérieusement leur modèle des pulsars.
Geminga imagé par XMM-Newton (ESA)
Les rayons gamma ne seraient pas produits dans la même zone que les ondes radio, mais bien plus loin. Ils seraient crées en fait au niveau de ce qu'on appelle le rayon du cylindre de lumière. Il s'agit de la distance à partir de laquelle des particules qui voudraient avoir un mouvement en corotation avec l'étoile à neutron doivent avoir une vitesse relativiste.
Au delà du cylindre de lumière, la magnétosphère ouvre une zone de transition au travers de laquelle s'écoule un vent de particules énergétiques. 

Il en découle une vaste surface d'émission de rayons gamma, très différente des fins faisceaux d'ondes radio concentrés au niveau des pôles de l'étoile à neutron. Et depuis 5 ans maintenant, le télescope spatial Fermi-LAT engrange des dizaines de nouveaux pulsars, notamment du type de Geminga. Il en a déjà répertorié plus de 150 et la quête continue... La vision s'éclaircit de plus en plus désormais : les rayons gamma sont produits presque exclusivement au niveau de l'équateur du pulsar, dans sa magnétosphère externe, dans une sorte de gros accélérateur de particules distribué tout autour de l'astre moribond. 

Même si l'hypothèse initiale de la production de rayons gamma au niveau des pôles s'est révélée inadéquate avec les observations, il n'en reste pas moins vrai que les phénomènes qui s'y passent doivent quand même produire une petite quantité de rayons gamma. C'est maintenant ce que veulent montrer quelques équipes d'astrophysiciens avec l'aide précieuse du télescope Fermi, qui devrait avoir la sensibilité requise pour voir ce rayonnement.


Le Quizz Astro - 2 -




samedi 12 avril 2014

L'Expansion de l'Univers il y a 11 Milliards d'Années

En novembre 2012 (voir là), je vous racontais comment une équipe franco-américaine était parvenue à détecter les oscillations acoustiques baryoniques, grâce à l'utilisation de 50000 quasars lointains. Et ces oscillations acoustiques baryoniques qui se matérialisent par une certaine répartition des galaxies et des masses de gaz dans l'Univers, permettent en outre de déterminer le taux d'expansion de l'Univers à une certaine époque de son évolution.



(Pour une explication claire de ce que sont les oscillations acoustiques baryoniques, je ne peux que vous renvoyer vers cet excellent article).

Un an et demi plus tard, la même équipe poursuit dans sa lancée, toujours avec les données du Sloan Digital Sky Survey (SDSS III), mais cette fois-ci avec trois plus de quasars : 137562 pour être exact. C'est considérable. La technique employée consiste à mesurer comment la lumière de ces quasars est atténuée au cours de son trajet entre son départ et son arrivée dans nos télescopes.  
Principe de la méthode de mesure
employée par BOSS (SDSS III)

C'est en mesurant le spectre des quasars en spectrographie que l'on parvient à voir toute une forêt de raies d'absorption caractéristiques de l'hydrogène intergalactique (les raies Lyman alpha). Cette information permet de déterminer la quantité et la répartition de la matière, de là on en déduit les caractéristiques des oscillations acoustiques baryoniques. Le taux d'expansion est ensuite évalué à partir de la distribution et de la forme de ces oscillations acoustiques baryoniques.

Cela fait environ 5 milliards d'années que l'expansion de l'Univers s'accélère, grâce à (ou à cause de) la mystérieuse énergie noire. Auparavant l'expansion ralentissait. Et c'est justement à une époque où l'expansion ralentissait encore que ces observations s'intéressent. Le taux d'expansion a pu être mesuré à un redshift z de 2,34, soit il y a environ 11 milliards d'années. Timothée Delubac et ses collègues trouvent que ce taux d'expansion valait alors à cette époque 222 km/s/Mpc, ce qui fait en termes plus communs, sachant que 1 Mpc est égal à 31 milliards de milliards de kilomètres, une expansion de 1% tous les 44 millions d'années.
Le taux d'expansion aujourd'hui, bien qu'accélérant, est trois fois plus faible qu'alors, il vaut  actuellement 71 km/s/Mpc.

Le programme du Sloan Digital Sky Survey (SDSS-III) utilise le télescope de 2.5 m de la Sloan Foundation. 
Cette nouvelle mesure est fondée sur les données du BOSS (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey) qui est l'un des quatres surveys de SDSS-III. Il met en oeuvre les techniques développées depuis 2005 qu'on appelle les oscillations baryoniques acoustiques (ou BAO), ou comment des toutes petites variations dans la distribution de matière de l'univers très primordial permettent de comprendre la taille de l'Univers à différentes époques de son histoire.

Les mesures de BOSS montrent très clairement que l'expansion ralentissait il y a 11 milliards d'années, du fait de l'attraction mutuelle de toutes les galaxies de l'Univers. Et quand l'Univers s'est étendu, la force répulsive - constante - associée à cette fameuse énergie noire à commencé à dominer sur la force de gravitation, et l'expansion à devenir constante durant un temps très court puis accélérant à jamais... (?)


Source : 
Baryon Acoustic Oscillations in the Ly forest of BOSS DR11 quasars.
T. Delubac et al.
soumis à Astronomy and Astrophysics
http://arxiv.org/pdf/1404.1801v1.pdf

jeudi 10 avril 2014

Les Sentinelles de la Terre

Le 3 avril, ce n'est pas une fusée Ariane qui a emporté avec elle le premier satellite d'une grande famille à venir, mais un lanceur Soyouz. Je veux parler de la famille des satellites Sentinel. Sentinel 1A est donc maintenant en orbite, et ces frères et cousins vont suivre dans les mois et années qui viennent. La constellation des satellites Sentinel est le fruit d'un vaste programme d'observation de la Terre lancé par l'Union Européenne et l'ESA pour plus de 8 milliards d'euros, appelé Copernicus.



Le programme Copernicus est sans doute le programme d'étude de la Terre le plus ambitieux jamais imaginé. Les six Sentinel fourniront ensemble un suivi sur le long terme du climat terrestre, des océans, de l'atmosphère, des terres et forêts sans précédent.
Le but de Copernicus et des Sentinel est de fournir aux Etats de l'UE des données scientifiques robustes pour permettre de développer des politiques environnementales efficaces.
Ces données serviront par exemple à créer des cartographies des zones glacées, à gérer les zones agricoles, à évaluer et prévoir les changements climatiques et les catastrophes naturelles, à imager les pollutions... Les Sentinel devront pouvoir produire des images, des cartes et des modèles quasi en temps réel, à l'image des satellites météo mais pour de beaucoup plus nombreux paramètres.
Et les Sentinel seront des satellites qui seront remplacés au fur et à mesure de leur vieillissement, ce qui permettra d'acquérir des données dans la durée, sans interruption.
Et ce qui est tout à fait important à crier haut et fort : les données seront disponibles librement pour tout le monde (accès et utilisation) !
Bon, les scientifiques auront tout de même quelques accès privilégiés, avec par exemple un support de spécialistes de l'ESA.

Déploiement de Sentinel 1A (animation ESA)

Sentinel-1A qui vient d'être lancé aura un satellite jumeau, 1B, qui devrait s'envoler d'ici à la fin 2015. Ils contiennent tous les deux un radar qui permet de faire des images à travers les nuages et la nuit. Ils se focaliseront notamment sur les forêts tropicales, très denses. Ils fonctionneront parfois en tandem, pour imager le même point avec un très court laps de temps.

Les Sentinel 2 à 5 auront des objectifs différents du premier. Ils observeront avec des capteurs optiques, des radiomètres et des spectromètres, pour mesurer tout ce qui est possible, depuis la température de la mer jusqu'à la pollution de l'air. 



Sentinel 2 (animation ESA)

Le Sentinel 6 est encore en cours de discussions, il pourrait (et on l'espère) emporter un radar altimétrique pour mesurer précisément le niveau des océans.

Ces divers instruments de mesure appliqués aux études des composants les plus importants de notre fragile planète feront des Sentinel les satellites sans doute les plus précieux des deux décennies à venir.
Sentinel-4, par exemple, sera l'un des premiers, si ce n'est le premier, à mesurer les polluants atmosphériques depuis une orbite géostationnaire, et le premier à fournir des données toutes les heures sur une zone donnée (Europe et Afrique du Nord).


Sentinel 3 (animation ESA)

Les Sentinels 2A et 2B, eux, seront tout simplement les meilleurs dans leur catégorie d'observateurs de la Terre, avec une résolution trois fois meilleure (inférieure à 10 m) que l'actuel Landsat-8 américain. Ils repasseront de plus au dessus de la même zone tous les 3 jours. De nombreux spécialistes en attendent déjà beaucoup. D'ailleurs, les exploitants de Landsat-8 et les futurs de Sentinel 2 se sont mis d'accord pour utiliser des données compatibles entre elles, de manière à pouvoir créer une vaste archive commune et une sorte de 'satellite virtuel' composé des deux systèmes.

Il est plus qu'urgent de s'occuper de notre planète avant de se pencher vers d'autres planètes où personne n'ira jamais, comme c'est parti...


source : 
Nature 508, 160–161 (10 April 2014)

mardi 8 avril 2014

Le Quizz Astro - 1-

Désormais, vous retrouverez toutes les semaines un petit Quizz, le Quizz Astro, pour s'amuser tout en consolidant vos connaissances! 10 questions à choix multiples sur l'astrophysique, les astroparticules ou la cosmologie, bref, tout ce que nous aimons.

Toutes les réponses se trouvent quelque part dans Ca Se Passe Là-Haut ... Amusez-vous bien. Les bonnes réponses sont données après la soumission de vos réponses. Vous pourrez également voir les statistiques de tous les participants ...