25 Avril 2017  |  Espace & Particules
Publié dans La Revue POLYTECHNIQUE 04/2017

Espace & Particules (4/2017)

Des collisions qui pourraient révéler la matière noire
Lors des52e Rencontres de Moriondà La Thuile (Italie), l’expérience LHCb du CERN a présenté les résultats d’une étude sans précédent et sortant de l’ordinaire. Au lieu de s’intéresser aux habituelles collisions proton-proton, le détecteur a cette fois observé des collisions entre des protons et des noyaux d’hélium. Ce type de collision ne peut généralement être observé que dans l’espace par des expériences basées sur des satellites, lorsque les particules desrayons cosmiquesentrent en collision avec de la poussière intersidérale composée principalement d’hydrogène et d’hélium.
Les scientifiques souhaitent mieux comprendre ce processus et, surtout, ils tentent de savoir combien d’antiprotons sont créés lorsque des rayons cosmiques de haute énergie entrent en collision avec les noyaux d’hélium de la matière interstellaire. La principale raison de leur intérêt pour cette question est liée à la quête de lamatière noire. Si celle-ci est constituée d’un certain type de particules stables, dont l’existence est prédite dans des extensions duModèle standard, ces particules de matière noire pourraient entrer en collision et produire ainsi des particules ordinaires et des antiparticules, notamment des antiprotons. Ces deniers peuvent toutefois aussi être créés par des collisions entre les protons des rayons cosmiques et les noyaux d’hydrogène ou d’hélium présents dans la matière intersidérale. Ainsi, l’observation d’un nombre d’antiprotons supérieur à celui attendu pourrait être un signe de la présence de matière noire. Et effectivement, l’expérience AMS-02 (Alpha Magnetic Spectrometer) de la Station spatiale internationale, ainsi que celle du satellitePAMELAont découvert un étonnant excédent d’antiprotons par rapport aux protons dans leurs mesures des rayons cosmiques.
 
Lancement du deuxième satellite Sentinel-2
Lancé le 6 mars dernier depuis le Centre spatial guyanais, le satellite Sentinel-2B de l’Agence spatiale européenne, deuxième de la série, vient renforcer la constellation Copernicus, l’ambitieux projet de l’Union européenne, dont l’objectif est de fournir des données complètes et actualisées permettant d’assurer la surveillance de l’environnement.Quant à Sentinel-2A, ila été lancé le 23 juin 2015.
Les satellites Sentinel-2 doivent fournir des images multi-spectrales de grande résolution, permettant de poursuivre la collecte des données réalisées par les missionsLandsat etSpot,tout en améliorant leur qualité. Il s’agit d’alimenter les services opérationnels Copernicus concernant l’observation des terres émergées, notamment les forêts et les cultures, les océans, les glaciers, la qualité de l’air et le climat, l’objectif étant d’améliorer la sécurité alimentaire, la prévention et la gestion des catastrophes, mais aussi la surveillance des frontières européennes.
À terme, quinze satellites Sentinel seront placés en orbite. Ils sont équipés de l’instrument MSI fonctionnant dans treize bandes spectrales allant du visible à l’infrarouge moyen. ­Sentinel-2 est un satellite parallélépipédique de3,4 m de long et de section maximale de 1,8x2,35 m en position repliée. Sa masse au lancement est de1200 kg, dont290 kg pour l’instrument MSI. Il emporte117 kg d’hydrazine. Les données fournies sont en accès libre et gratuit, proposées en téléchargement à l’ensemble des institutions, entreprises et citoyens de la planète.
 
Découverte d’une naine brune
Une équipe internationale d’astronomes, dirigée par Daniel Bayliss de l’Observatoire de l’Université de Genève (UNIGE) et membre du Pôle de recherche national (PRN) PlanetS, a découvert une naine brune, un objet qui n’est ni une étoile ni une planète. La densité de cet astre est la plus élevée jamais mesurée pour un objet autre qu’un vestige d’étoile, comme une naine blanche ou une étoile à neutrons, par exemple.
Une naine brune est un objet insuffisamment massif pour que les réactions de fusion de l’hydrogène s’enclenchent et pour qu’il soit donc considéré comme une étoile. Les astronomes estiment que la masse des naines brunes est de 13 à 80 fois plus élevée que celle de Jupiter. La plupart des naines brunes «flottent» dans l’espace comme une étoile car, malgré leur petite taille, elles se sont formées, comme les étoiles, par effondrement gravitationnel d’un nuage de gaz. Il est donc difficile de les observer et encore plus de déterminer leurs caractéristiques, telles que leur masse et leur rayon, et par conséquent leur densité. Seuls des modèles théoriques peuvent en donner une idée approximative.
En mesurant la masse d’un objet découvert par le satellite Kepler parce qu’il provoquait un transit, Daniel Bayliss et son équipe se sont rendus compte qu’il s’agissait d’une naine brune 80 fois plus massive que Jupiter, soit juste à la frontière entre les naines brunes et les étoiles. Selon les données de Kepler, cet objet est de la taille de la Terre, mais d’une masse volumique de quelque 190’000 kg/m3, soit dix fois plus que celle de l’or.
 
Un scanner IRM pour étudier les étoiles
Une équipe de scientifiques est parvenue à récupérer un aimant d’un scanner IRM, qui avait servi dans un hôpital de Brisbane, et à le recycler en vue de l’utiliser dans une expérience auprès de l’installation ISOLDE du CERN. Le projet ISS (ISOLDE Solenoidal Spectrometer) a pour mission de concevoir et de construire des instruments destinés à étudier les réactions nucléaires qui ont lieu lorsque les étoiles explosent et forment des supernovæ.
La décision de remettre en service cet aimant âgé de 15 ans a été prise lorsqu’on a découvert qu’en fabriquer un pourrait coûter près de 1’250’000 CHF. En comparaison, la procédure complète, comprenant l’envoi et la remise en service de l’aimant de l’IRM à la retraite, a coûté environ 160’000 CHF. Une fois l’aimant supraconducteur arrivé au CERN, l’équipe chargée de la cryogénie s’est attelée à le refroidir avec de l’hélium liquide, pour voir s’il était encore capable de produire les champs élevés nécessaires pour le projet ISS.
Ce projet utilisera des faisceaux d’ions radioactifs, produits en bombardant des noyaux lourds avec des protons. Les faisceaux seront ensuite envoyés sur une cible de deutérium située à l’intérieur de l’aimant. Lorsque les particules percutent la cible, des neutrons sont transférés sur certaines d’entre elles, ce qui crée des ions ayant un nombre de protons et de neutrons inhabituel. Ce sont ces ions exotiques qu’étudie ISOLDE.
 


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