Nous sommes survolés en permanence : avions, satellites, stations spatiales mais aussi météorites et comètes se promènent au dessus de nos têtes ! L’une de ces comètes, qui répond au nom de Churyumov-Gerasimenko (vous pouvez l’appeler Tchouri, elle ne vous en voudra pas), se trouve maintenant à 650 millions de kilomètres de la Terre. Elle ne va pas s’écraser sur Terre, non, c’est plutôt nous qui allons à sa rencontre. Il y a dix ans, l’agence spatiale européenne a envoyé la sonde Rosetta avec pour mission l’étude détaillée de la comète. Aujourd’hui, Rosetta l’a enfin rejoint et va se mettre en orbite autour d’elle !

Les comètes, ça vous dit quelque chose, j’en suis sûre. Si vous n’êtes pas trop jeune (ça a des avantages, siii !), vous avez peut-être vu passer la comète Hale-Bopp en 1997 ou celle de Halley en 1986. Les comètes sont des boules de neige sales qui, quand elles s’approchent du Soleil, voient leurs glaces fondre et se répandre en une immense queue de gaz et de poussière.

Les comètes sont de précieux objets d’étude pour les astrophysiciens. Leur composition nous éclaire par exemple sur la naissance du système solaire. Quand le système solaire s’est formé, l’essentiel de la matière a donné naissance au Soleil et aux planètes. Les restes ont formé les comètes et les météorites, qui sont alors restés quasiment inchangés jusqu’à aujourd’hui. D’autre part, les comètes auraient largement contribué à apporter l’eau sur Terre quand celle-ci était encore très jeune et chaude. Enfin, certaines études suggèrent qu’elles pourraient même avoir apporté la vie sur Terre ! Ce n’est encore qu’une hypothèse, mais une hypothèse très intéressante.

La comète en forme de corn-flake

L’étude de cette comète au nom imprononçable va sans doute éclairer ces questions. Pour vous donner une idée, elle fait quelques kilomètres de diamètre, ce qui est plutôt habituel chez les comètes. Sa masse, 3000 milliards de kg, équivaut à dix fois la masse de toute l’humanité réunie ! Les premières photos prises par Rosetta il y a une quinzaine de jour ont révélé que la comète avait une forme particulièrement tarabiscotée (voir image ci-dessous).

Cette comète sera la première à être explorée par un engin humain. En effet, la sonde Rosetta, qui va rester en orbite autour de la comète, emporte aussi avec elle un atterrisseur appelé Philae. Celui-ci pèse une centaine de kilos et est muni d’une dizaine d’instruments scientifiques. Il pourra forer le sol sur une vingtaine de centimètres pour analyser précisément la composition de la comète.

Un atterrissage à risque

L’atterrissage, prévu pour le 11 novembre prochain, promet quelques sueurs froides aux scientifiques. D’abord, il va falloir sélectionner le site d’atterrissage en fonction de nombreux paramètres, comme l’ensoleillement ou l’orbite suivie par Rosetta. Le sol va ensuite être analysé à distance par la sonde. En effet, il faut envisager tous les cas car on ne connaît pas à l’avance la consistance du sol. Si le sol est mou, Philae mettra à profit ses pieds-raquettes. Si le sol est élastique, une petite rétrofusée le plaquera au sol. Dernière complication, la gravité est extrêmement faible à la surface de la comète. N’imaginez pas faire un petit tour là-bas en tongs, la moindre petite impulsion vous enverrait dans l’espace. Les pieds de l’atterrisseur sont heureusement munis de vis pour s’arrimer fermement dans le sol.

Pendant que Philae analysera le sol et prendra les premières photos en relief de la surface, Rosetta étudiera entre autres le dégazage de la comète, c’est-à-dire la transformation des glaces de la comète en gaz sous l’action du Soleil. Philae devrait fonctionner quelques mois tandis que Rosetta accompagnera la comète pendant 18 mois.

Pour aller plus loin :

• Le site de l'ESA

Le trou noir, c’est un peu le Dark Vador de la force de gravité. Il est en fin de vie mais est plus puissant que jamais et ne rêve que d’engloutir tout ce qui passe à sa portée. Et bien sûr, ce qui intéresse tout le monde, c’est la façon dont il est passé du côté obscur. En d’autres termes, comment un trou noir naît-il ? C’est cette question qu’éclaire la toute récente découverte des astrophysiciens Heino Falcke et Luciano Rezzolla.

Revenons d’abord rapidement sur la jeunesse du trou noir. Sa vie commence sous forme d’une étoile très massive. Toute son existence est consacrée à lutter contre la gravité, qui tend à l’écraser sur elle-même. Tant que l’étoile peut réaliser la fusion nucléaire en son cœur, il est facile de contrebalancer la gravité. Mais quand le carburant vient à manquer, les choses se corsent ! L’étoile s’effondre sur elle-même jusqu’à ce que sa taille soit comparable à celle de la Terre. On l’appelle alors naine blanche. Sa densité est telle que les électrons, serrés les uns contre les autres, deviennent un peu dingues et s’agitent dans tous les sens, si bien qu’ils sont capables d’arrêter l’effondrement !

La naissance du trou noir

Mais si l’étoile est vraiment très massive, cela ne suffira pas à la sauver. L’effondrement va continuer jusqu’à ce les neutrons se mettent à leur tour à s’agiter. L’étoile est alors appelée étoile à neutrons. Et si la masse de l’étoile est suffisante, la gravité finit par gagner et l’étoile se transforme alors en trou noir. On peut définir simplement un trou noir comme un endroit où une énorme quantité de matière est concentrée dans un tout petit volume, de telle sorte que, en dessous d’une certaine distance au trou noir, appelé horizon, rien ne peut échapper à son attraction gravitationnelle, pas même la lumière.

Vous comprendrez alors facilement qu’observer ces trous noirs, qui par définition n’émettent pas de lumière, est un sacré challenge ! Aujourd’hui, il n’existe pas encore de photo d’un trou noir, même si des instruments sont développés pour atteindre cet objectif. Notre seul moyen de les débusquer est de chercher des preuves indirectes, comme par exemple de la lumière émise par la matière en train d’être dévorée par le trou noir.

Les adieux de l’étoile à neutrons

C’est au cours de cette recherche que nos deux astrophysiciens ont découvert un signal qui pourrait bien être le dernier message d’une étoile à neutrons avant son engloutissement en trou noir. Ou si on préfère le verre à moitié plein, le premier message du trou noir nouvellement formé. Ce signal extrêmement court et puissant a été capté par des radiotélescopes, c’est-à-dire des télescopes recevant non pas la lumière visible par nos yeux, mais une lumière de plus basse énergie, en deçà de l’infrarouge.

A l’aide de modélisations numériques, les astrophysiciens ont envisagé plusieurs scénarios pour expliquer ce flash lumineux. Voici le scénario le plus probable : une étoile à neutrons très massive est en rotation rapide, ce qui lui permet momentanément de ne pas s’effondrer. Mais cette étoile à neutrons possède un champ magnétique, comme celui d’un aimant, qui va ralentir sa rotation petit à petit. Il arrive alors un moment où elle ne tourne plus assez vite et, vous devinez la suite, la gravité gagne encore !

L’étoile à neutrons se transforme alors en trou noir. Cette transformation va avoir pour effet de couper les lignes de champ magnétique de l’étoile qui vont se replier brutalement, générant un intense flash lumineux. Ce genre d’événement est désormais appelé «blitzar» (de Blitz signifiant flash en allemand). Les astrophysiciens ont désormais un nouveau moyen de détecter la naissance de ce type de trous noirs, de quoi mieux comprendre la formation de ces monstres de l’obscurité.

Article rédigé par Sarah Fechtenbaum le 10 juillet 2013.

Pour comprendre le concept de trou noir, il nous faut l’aide de notre physicien chevelu préféré : Albert Einstein. L’une des idées révolutionnaires proposées par Einstein, aidé par le travail du mathématicien et physicien Hermann Minkowski, c’est que l’espace et le temps sont en réalité deux aspects d’une même chose : l’espace-temps. L’univers n’est pas constitué de trois dimensions séparées (que l'on peut appeler par exemple hauteur, largeur et profondeur), accompagnées d’une dimension temporelle, mais d’un tissu d’espace-temps à quatre dimensions.

Dans notre quotidien, l’espace et le temps nous semblent pourtant bien séparés et immuables. Le temps s’écoule de la même façon pour vous et pour moi, et nous apprenons à l’école que deux droites parallèles ne se croisent jamais. Si, si, la maîtresse nous a dit ça.

La masse déforme l’espace-temps

Je ne peux pas vous faire un dessin à quatre dimensions, alors, pour bien comprendre les choses, nous allons supprimer virtuellement l’une de nos dimensions spatiales, par exemple la hauteur. Imaginons que nous sommes des êtres plats vivant sur un drap et qu’il nous est strictement impossible de quitter ce drap, tels de gentils acariens (je vous épargne la photo d'acariens pour que personne ne fasse de cauchemar).

Si aucun objet massif, comme une planète ou une étoile, n’est situé près de nous, tout se passe comme d’habitude : le temps s’écoule de la même façon pour tous et les droites parallèles le restent. Mais plaçons à présent un objet massif, la Terre par exemple, au centre de ce drap. Le tissu d’espace-temps est maintenant creusé là où se trouve la Terre et, autour d’elle, les droites parallèles se rapprochent les unes des autres. Elles peuvent même se couper ! Vous aurez le droit de vous la péter la prochaine fois que vous croiserez votre instit' à la boulangerie.

L’autre effet de la présence d’un objet massif est la distorsion du temps. Imaginons que nous pouvons placer une horloge – très résistante – à la surface du Soleil et une autre très éloignée de notre étoile. Au bout d’un an, l’horloge placée près du Soleil affichera un retard d’environ une minute par rapport à l’autre ! C’est la gravité exercée par le Soleil qui est responsable de ce décalage. Lorsqu’on se trouve près d’une masse, notre temps, vu par un observateur éloigné, s’écoule moins vite. Cet effet, mesuré depuis les années 1960, est pris en compte aujourd’hui dans la conception des GPS.

Une conséquence très importante de cette distorsion du temps est le rougissement de la lumière. On peut comprendre ce phénomène en considérant la lumière comme une onde. Plus les vagues sont rapprochées dans le temps, plus la lumière est bleue et possède une énergie élevée, tandis que, plus ces vagues sont espacées, plus la lumière tend vers le rouge et possède une énergie basse. Si nous observons un photon, c’est-à-dire une particule de lumière, passer près d’un objet massif, nous allons voir son temps se dilater. La lumière que nous allons percevoir sera rougie. Cela revient également à dire que le photon aura perdu de l’énergie.

Mais que se passe-t-il si la masse de l’objet devient extrêmement importante ? C’est la question à laquelle a répondu l’astrophysicien Karl Schwarzschild. Il a cherché à comprendre ce qui arrive à l’espace-temps en présence d’une masse ponctuelle – c’est-à-dire réduite à un point, pour simplifier le problème. Par ses calculs, il a mis en évidence une masse limite pour laquelle la gravité tend vers l’infini. Le temps est alors infiniment dilaté et les photons perdent alors toute leur énergie. Sans énergie, les photons ne peuvent plus se propager. L’objet apparaîtra alors totalement noir. C’est le principe du trou noir !

Le diaporama ci-dessous vous montre la déformation de l'espace-temps engendrée par un objet de plus en plus massif, d'abord la Terre, puis le Soleil, puis une étoile massive et enfin une étoile tellement massive que la lumière qu'elle émet ne parvient plus à s'échapper du creux formé dans l'espace-temps. On ne peut alors tout simplement plus voir l'étoile (ou n'importe quel objet situé dans le creux), c'est la définition d'un trou noir.

Malgré ces bizarreries, du point de vue d’un physicien, un trou noir est un objet très simple comparé à une étoile, par exemple, car seuls trois ingrédients sont nécessaires pour le décrire : sa masse, sa rotation et sa charge électrique. Pour décrire une étoile, on a aussi besoin de sa luminosité, de sa composition chimique… Le physicien John Archibald Wheeler usait à ce sujet d’une expression qui est restée célèbre : « Les trous noirs n’ont pas de cheveux ! » Il entendait par là que le trou noir ne garde pas de mémoire de ce qu’il a englouti. Qu’il ait mangé une étoile, une planète ou un vaisseau spatial, aucune trace extérieure, aucun « cheveu », ne restera visible pour un observateur extérieur.

Fin de la partie 1 du dossier sur les trous noirs ! La suite très bientôt !
Ce dossier a été publié dans le numéro 7 de la revue l'Eléphant, que vous pouvez retrouver ici !

Les étoiles influencent votre vie ! Non, je n’ai pas décidé de laisser tomber la physique pour me mettre à l’astrologie. Il s’agit de la conclusion du dernier article très sérieux du Danois Henrik Svensmark. Plus précisément, il suggère que la mort des étoiles massives influence le climat de la Terre et donc potentiellement la vie...

Car ce genre d’étoile monstrueuse, au moins huit fois la masse du Soleil, ne se cache pas pour mourir. Quand cela arrive, toute la galaxie est au courant ! Ce qui n’est pas le cas des petites étoiles, comme notre Soleil. Certes, dans leur vieillesse, elles peuvent passer par des phases boulimiques un peu envahissantes. Notre Soleil, dans à peu près 4,5 milliards d’années, grossira jusqu’à presque avaler la Terre.

Rassurez-vous, bien avant cela, la température aura tellement augmenté que nous serons partis depuis longtemps. Après cet épisode, une fois une bonne partie de sa matière éjectée, le coeur du Soleil formera une naine blanche. Des voyageurs passant près de notre défunt Soleil à ce moment-là verraient à sa place un gros caillou de la taille de la Terre mais encore assez chaud pour émettre de la lumière, tel un tison chauffé à blanc. Cette naine blanche se refroidira alors très lentement jusqu’à s’éteindre complètement.

La fin violente des étoiles monstrueuses

Les étoiles géantes, elles, sont comme nos plus grandes stars. Leur vie est courte mais spectaculaire et leur mort à couper le souffle. Etant très massives, la gravité en leur coeur est beaucoup plus importante que chez leurs consoeurs plus modestes. Et grosse voiture implique gros moteur et... consommation élevée ! Ces étoiles utilisent leur carburant, l’hydrogène, à toute vitesse. L’hydrogène est fusionné en hélium, puis l’hélium en éléments de plus en plus lourds, jusqu’au fer.

Et déjà, la mort ! Ces monstres finissent leur vie en une explosion extraordinairement puissante, appelée supernova. L’étoile est à ce moment-là plus brillante qu’une galaxie toute entière. On pense qu’il s’en produit à peu près trois par siècle dans notre galaxie. Quand la prochaine aura lieu, vous pourrez la voir même en plein jour.
A cet instant, d’autres éléments chimiques plus lourds que le fer sont créés, qui sont alors dispersés dans toute la galaxie par l’explosion. Ainsi par exemple l’or de vos bijoux vient des supernovae qui ont eu lieu dans le coin il y a quelques milliards d’années...

Des étoiles à la Terre

Mais la supernova ne se contente pas d’offrir de magnifiques photos aux astronomes, elle génère aussi un intense déluge de particules, surtout des protons et des noyaux d’hélium, qu’on appelle rayons cosmiques. Nous sommes en permanence traversés par ce genre de particules, bien qu’une partie d’entre elles soit repoussée par le champ magnétique du Soleil et par celui de la Terre. En cas de supernova, la quantité de rayons cosmiques reçus sur Terre augmente sensiblement.

Dans son dernier article, Svensmark a observé une forte corrélation entre la quantité de rayons cosmiques reçus sur Terre et les variations du climat et de la biodiversité, sur les 500 derniers millions d’années. Pour appuyer son hypothèse, il a d’abord calculé la variation de la quantité de rayons cosmiques sur cette période, en estimant le nombre de supernovae ayant lieu eu à proximité du système solaire. Puis il a comparé ces variations à celles du climat et de la biodiversité.

Une pluie cosmique bénéfique à la vie ?

Voici son scénario : la pluie de particules en provenance de l’étoile mourante interagit avec les molécules de l’atmosphère et favorise la formation de petites poussières sur lesquelles se forment des gouttelettes d’eau, constituant des nuages bas. Ces nuages provoquent alors un refroidissement rapide du climat car une plus grande partie de la lumière du Soleil est renvoyée vers l’espace. Ce court épisode glaciaire entraînerait une baisse du niveau de la mer, engendrant une érosion accrue des terres découvertes. Les traces de ces événements sont encore aujourd’hui observables et ont servi de base au travail de Svensmark.

Les conséquences pour les êtres vivants de l’ensemble de la Terre seraient plutôt paradoxales : cette période froide mettrait les espèces dominantes en difficulté, favorisant d’autres espèces, les poussant toutes à évoluer. Les habitats, des pôles à l’équateur, seraient aussi plus variés dans ce cas. La biodiversité augmenterait. A l’inverse, une période chaude entraînerait une baisse de la biodiversité car la planète étant plus facile à vivre, l’évolution ne serait alors pas encouragée.

Le travail de Svensmark pourrait fournir le premier lien entre la quantité de rayons cosmiques reçus et le climat terrestre. Les supernovae ayant eu lieu à proximité du système solaire expliqueraient alors des épisodes de baisse rapide du niveau de la mer, dont l’origine était restée floue jusqu’à aujourd’hui. Comme le dit l’auteur lui-même, les modélisations sont encore à améliorer et les indices géologiques sont bien sûr plus incertains à mesure que l’on remonte loin dans le passé. Mais c’est une première étape dans notre compréhension des relations entre la Terre et son environnement galactique.

Ainsi les supernovae pourraient ponctuer et modifier l’évolution du vivant. Nous sommes constitués de poussières d’étoiles, mais plus encore, il est probable que l’histoire de la galaxie s’inscrive dans celle de la vie.

Pour aller plus loin :

• L’article de recherche (en anglais)
• Autres magnifiques images de rémanents de supernovae.
• Les échelles : de l’univers à l’intérieur des atomes.
  

Article rédigé par Sarah Fechtenbaum le 13 mai 2012

L’inflation est partout ! Pas seulement sur le prix du lait, mais aussi sur l’univers : c’est l’inflation cosmique. Ce modèle cosmologique, c’est-à-dire un modèle théorique qui décrit l’évolution de l’univers, prévoit que sa taille a connu une phase d’expansion phénoménale il y a environ 14 milliards d’années. Pour la première fois, une observation vient de prouver cette hypothèse.

Mais qu’est-ce que ça peut faire que l’univers ait subi cette inflation, me direz-vous. Je vous avoue que sur le prix de la brique de lait, ça ne change strictement rien. Mais cela nous éclaire grandement sur l’histoire de notre univers et sur le pourquoi et le comment nous sommes arrivés là, ce qui n’est déjà pas mal !

Petit résumé des épisodes précédents : le Big Bang prévoit que l’univers a connu une phase où il était bien plus chaud et dense qu’aujourd’hui, il y a 14 milliards d’années. Puis il a subi une phase d’inflation démesurée. Lorsque la densité de matière est devenue suffisamment faible, les photons, les particules de lumière, ont enfin pu se propager librement.

Observer les jeunes années de l’univers

Cette première lumière, appelée rayonnement de fond cosmologique, est encore visible aujourd’hui, même si elle s’est beaucoup affaiblie. En effet, la lumière, ne voyageant pas à une vitesse infinie, met par exemple environ huit minutes à nous parvenir du Soleil. Nous voyons donc le Soleil tel qu’il était il y a huit minutes !

Avec le même raisonnement, Proxima du Centaure, l’étoile la plus proche de nous après le Soleil, est vue telle qu’elle était il y a 4 ans, car elle est située à environ 4 années-lumière. Vous avez donc compris que plus on regarde loin dans l’espace, plus on regarde loin dans le temps. Si l’on regarde suffisamment loin, il est donc possible d’observer le rayonnement de fond cosmologique, émis il y a 14 milliards d’années.

De nombreux chercheurs observent cette lumière, car elle est un formidable moyen d’en apprendre plus sur les jeunes années de notre univers. La semaine dernière, une équipe de chercheurs faisant partie de la collaboration BICEP2 (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization) a apporté la première preuve de l’existence de l’inflation.

Quand la matière déforme la lumière

Pour cela, ils ont utilisé le fait que la matière peut déformer la lumière par le biais des ondes gravitationnelles. Pas de panique, j’explique ! Albert Einstein a montré que lorsque qu’un objet ayant une masse (par exemple la Terre, le Soleil, ou vous !) subit une accélération, des sortes de vagues dans l’espace-temps sont générées. Les objets situés aux alentours sentent le passage de ces vagues en étant alternativement étirés puis compressés.

De la même manière, lorsque l’on transmet une impulsion au bout d’un ressort, les anneaux se rapprochent puis s’éloignent les uns des autres au passage de l’onde (voir par exemple la vidéo ci-dessous). Une des propriétés de la lumière, appelée polarisation, va également être modifiée par le passage des ondes gravitationnelles.

L’inflation de l’univers s’est accompagnée d’une émission d’ondes gravitationnelles, qui ont laissé une empreinte unique sur le rayonnement de fond cosmologique. Pour détecter cette très faible empreinte, les chercheurs ont observé ce rayonnement pendant deux ans avec un télescope situé au pôle sud, où l’atmosphère est particulièrement sèche et stable.

Ces résultats confortent le modèle du Big-Bang et confirment l’intime relation entre la physique quantique, décrivant l’infiniment petit, et la gravitation. Ces deux théories, qui n’ont jamais été mises en défaut, ont pourtant des hypothèses de base radicalement opposées. Souhaitons bon courage aux physiciens qui travaillent sur leur réconciliation !

Pour en savoir plus :
Le site de l’expérience BICEP2 (en anglais).
L’article original des chercheurs (en anglais).

Article rédigé par Sarah Fechtenbaum le 25 mars 2014.

Quand je dis que je suis docteure en astrophysique, généralement, les gens me regardent lʼair franchement effaré. Ils ont en général du mal à imaginer ce que peut être une journée de physicien. Cʼest assez normal. Vous avez sûrement lʼimpression que le monde de la physique ne vous concerne pas franchement. Cʼest sûr que si je vous raconte quʼil y a des types dans le sous-sol de la frontière suisse qui font des collisions de quarks et de gluons, au mieux vous allez me demander si ça se mange, au pire vous allez vous dire quʼon devrait investir dans dʼautres choses plus importantes...

Et je comprends très bien.

Mais en réalité, la recherche scientifique est intimement liée à notre vie quotidienne. Sans lʼélectromagnétisme, pas de grille-pain, dʼampoule électrique, dʼaspirateur... Sans hydrodynamique, pas dʼavions. Sans la relativité, pas de communication par satellite.

Sans compréhension de la radioactivité, pas de radiothérapie. La liste est très longue. Et dans cet article jʼaimerais parler du LHC (en français : grand collisionneur de hadrons), qui est sans aucun doute la plus grande expérience scientifique de tous les temps, par ses dimensions, son coût et le nombre de personnes impliquées. Cʼest la plus grande machine jamais construite par lʼhomme, un anneau creux, à peu près aussi long que le périphérique parisien, enterré près de Genève. Sur lʼimage ci-dessous vous pouvez vous rendre compte de la taille dʼun des détecteurs de particules du LHC.

Cette taille gigantesque est nécessaire pour pouvoir accélérer des protons ou des ions (voir encadré ci-dessous pour la définition) jusquʼà quasiment la vitesse de la lumière et ensuite de les faire se percuter dans une collision très violente. Mais pourquoi font-ils cela ? Ces petits grains de matières que sont les protons sont en réalité composés dʼautres grains encore plus petits et le seul moyen de les « voir » cʼest dʼécraser violemment les protons. Si vous voulez savoir comment est faite une orange et que vous nʼavez pas de couteau, vous pouvez tout simplement lʼécraser et vous voyez alors apparaître ses composantes : la pulpe, le jus, les pépins. Ici ces composantes portent les jolis noms de quarks et de gluons.

Ces expériences apporteront de nombreuses informations sur lʼantimatière, la matière noire, lʼexistence de particules inconnues et aussi sur la jeunesse de lʼunivers. En effet, les conditions de température et de pression qui seront bientôt atteintes au LHC sont proches de celles de lʼunivers à ses débuts. Lʼobservation de ces collisions équivaut alors à regarder lʼunivers tel quʼil était il y a 14 milliards dʼannées !

Mais je vous avais promis du concret et le voilà. En ce moment au LHC les physiciens réalisent à peu près 600 millions de collisions par seconde. De ces collisions jaillissent un très grand nombre de particules. Ces observations sont transformées en données numériques, ce qui représente une quantité faramineuse de données, lʼéquivalent de 15 millions de CDs par an !

Un seul centre de calcul nʼaurait jamais suffi à traiter toutes ces données, lʼidée est donc de répartir cette charge sur un réseau mondial dʼordinateurs, appelé la grille (traduction de lʼanglais the grid). Cette grille permet un échange dʼinformations, comme le réseau web, mais en plus, et cʼest le plus important, elle permet une mise en commun de la puissance et de la capacité de stockage de chaque ordinateur du réseau. Si vous avez un travail à faire, mais pas assez de ressources sur votre propre ordinateur, vous pouvez envoyer votre requête à un ordinateur gestionnaire, qui va trouver à quel endroit sur la planète des ordinateurs sont disponibles pour faire votre travail le plus vite possible.

Et cette technologie est déjà utilisée ailleurs quʼau LHC, elle permet par exemple dʼaccélérer les prévisions par modélisation des inondations ou de lʼactivité des volcans, la recherche sur de nouveaux médicaments. Encore plus concrètement, elle permet une aide au diagnostic médical avec une analyse plus rapide des images médicales ou une comparaison automatique avec des archives, permettant de trouver des cas similaires. Tous les domaines de recherche bénéficieront de cette technologie et donc tous les citoyens.

Aujourdʼhui ces grilles sont encore séparées les unes des autres et réservées à des organismes scientifiques, mais les plus ambitieux imaginent déjà une grille mondiale à la disposition de chacun. Cette histoire rappelle celle du web, inventé en 1989 par des scientifiques du CERN, pour pouvoir partager plus facilement des données, juste entre scientifiques bien sûr... La physique dʼaujourdʼhui continue de faire les révolutions technologiques de demain.

Article rédigé par Sarah Fechtenbaum publié en 2011 ou 2012 (je sais pu trop).

Un vent de nouveauté souffle sur le monde de la physique, en provenance du LHC, le grand collisionneur de particules lové sous la frontière franco-suisse. Cette immense machine, la plus grande installation scientifique jamais réalisée, a atteint son régime de croisière depuis 2010. Les résultats préliminaires présentés aujourd’hui ont de quoi bouleverser notre conception de la matière et de l’univers. Rien que ça !

Le «modèle standard» a été construit par les physiciens depuis les années soixante pour décrire mathématiquement les particules élémentaires qui composent toute chose dans l’univers : les quarks, les leptons et les bosons, ainsi que leurs interactions. Chose étrange, ce modèle prédit que les particules doivent avoir une masse nulle. Or, vous avez dû vous en apercevoir, vous avez une masse !

La particule pot-de-colle

Pour résoudre ce problème, Peter Higgs a alors suggéré en 1964 l’existence d’une particule spéciale, le boson de Higgs. L’univers serait en réalité rempli de ces bosons du genre pots-de-colle, qui interagissent avec les autres particules et les ralentissent. La masse n’est plus une propriété intrinsèque de la matière, mais le résultat de l’interaction avec les bosons de Higgs. Plus une particule interagit avec les bosons, plus elle sera ralentie et donnera l’impression d’être massive.

L’une des raisons de la construction du LHC est la recherche de cette particule, devenu la pierre angulaire du modèle standard. Le LHC est constitué d’un anneau de 27 km de long dans lequel sont créés des faisceaux de particules, voyageant en sens inverse l’un de l’autre, à quasiment la vitesse de la lumière. L’objectif est la collision frontale entre les deux faisceaux, à une énergie colossale. Les particules vont alors interagir et créer une multitude d’autres particules, observées par les détecteurs du LHC.

Le graal des physiciens enfin à leur portée

Aujourd’hui, les équipes du LHC ont présenté leurs résultats démontrant l’existence irréfutable d’un boson de Higgs. De nombreuses autres données recueillies dans les prochains mois montreront si ce boson a bien les propriétés prévues par le modèle standard ou s’il est plus exotique.

En effet, quelques menus problèmes persistent dans notre compréhension de l’univers. Par exemple, la question de la matière noire (lien), qui constituerait l’essentiel de la matière, mais de nature encore totalement inconnue. De nombreux physiciens espèrent que les propriétés du boson de Higgs éclaireront cette question.

Et vous saurez enfin pourquoi vous avez une masse (et ça, c'est la classe, grosses fesses ou non).

Pour aller plus loin
Magnifiques photos à 360° et sonorisées du LHC :
http://petermccready.com/
Le site du LHC, avec des vidéos :
http://www.lhc-france.fr/les-experiences/a-la-recherche-du-boson-de-higgs

Sur certains problèmes, les physiciens peuvent juste déclarer «Nous savons que nous ne savons rien». Cʼest le cas de la matière et de lʼénergie noires. Additionnez vos voisins à tous les êtres vivants, à la Terre, aux autres planètes, rajoutez toutes les étoiles de lʼunivers et là vous obtenez... seulement 5% de la masse de lʼunivers ! Un peu décevant. En effet les physiciens pensent que tout le reste est composé de matière et dʼénergie dites «noires» ou «sombres». Une autre façon de dire quʼon ne sait strictement rien à leur propos !

Mais nous sommes peut-être à lʼaube dʼun changement profond dans notre vision de lʼunivers, ces derniers mois ont été fertiles : des chercheurs européens ont annoncé avoir observé 67 particules de matière noire et, dʼautre part, une publication américaine a présenté une façon simple et révolutionnaire de détecter cette matière furtive.

Les mauviettes à la rescousse

Les physiciens ont de nombreuses preuves que la matière noire existe, la plupart venant de lʼobservation du mouvement des galaxies. Pourtant, ils nʼont que des hypothèses sur sa nature. Une petite part pourrait être constituée dʼétoiles ratées qui nʼémettraient presque pas de lumière. Mais le candidat chéri des physiciens est le WIMP (Weakly Interacting Massive Particle), ce qui veut dire en anglais «mauviette».

La raison de ce nom peu flatteur vient du fait que cette particule nʼinteragit presque pas avec la matière habituelle (celle que lʼon peut voir). Dʼoù la très grande difficulté de les observer, car nos détecteurs sont bien sûr constitués de matière ordinaire. Cʼest un peu comme si vous vous serviez dʼune passoire plongée dans une rivière pour remplir un bol, vous allez y arriver, mais très lentement!

Des physiciens motivés ont alors construit un détecteur, appelé CRESST-II, à 1400 m sous la chaîne de montagnes des Appenins en Italie. Cette immense quantité de roche joue le rôle de filtre en arrêtant les particules plus légères quʼon ne souhaite pas détecter. Il aura fallu deux ans pour mesurer seulement 67 «traces» de ces supposées WIMPS.

Cʼest une étape importante dans lʼétude de la matière noire mais du travail reste à faire avant la véritable annonce dʼune découverte. Car les résultats dʼautres chercheurs à travers le monde ne sont pas univoques : certains sont en accord avec le groupe du CRESST, mais dʼautres ont trouvé des WIMPS aux caractéristques différentes, ou bien pas de WIMPS du tout...

Une rencontre cosmique exceptionnelle

Mais si on voyait plus grand ? Quittons nos montagnes pour lʼespace. Des milliards de milliards dʼétoiles. Parmi elles, tapis dans lʼombre, pourraient se cacher des trous noirs primordiaux. Pas le genre monstre géant et affamé comme celui qui réside au milieu de notre galaxie, mais plutôt le genre nabot essouflé. Ces trous noirs se seraient formés peu après la naissance de lʼunivers et seraient tout petits mais suffisamment massifs pour être de bons candidats à la matière noire. Ils interagissent aussi très peu avec leur environnement et sont donc difficiles à voir sauf... sʼils traversent une étoile !

Cʼest lʼidée quʼont eu des chercheurs américains. Car lʼeffet de cette petite boule de matière ultra concentrée passant à travers une étoile ou même simplement à proximité serait observable car lʼétoile serait alors légèrement déformée. Lʼun des chercheurs résume ainsi : «Si vous tapotez du doigt un ballon rempli dʼeau, les ondulations de lʼeau à lʼintérieur sont similaires à ce qui se passerait à la surface de lʼétoile.» Vous pouvez voir sur ces vidéos les simulations par ordinateur réalisées par lʼéquipe :

http://www.princeton.edu/~hanasoge/vr.2.MT.mpg
http://www.princeton.edu/%7Ehanasoge/vr.2.SS.mpg

Une part du génie de cette idée vient aussi de son coût : presque nul ! En effet, de nombreux satellites sont déjà en train dʼobserver un grand nombre dʼétoiles, il nʼy a quʼà analyser leur observations pour chercher des traces de ces petits monstres.

Le lien vers le site de lʼuniversité de Princeton (pour les trous noirs primordiaux) :
http://www.princeton.edu/main/news/archive/S31/64/44M13/index.xml?section=topstories

Un article plus détaillé sur la détection des WIMPS : http://www.sciencenews.org/view/
generic/id/334275/title/Hints_of_dark_matter_reported%2C_again

Première publication de cet article : 6 décembre 2011.

Cette belle galaxie a été prise en photo depuis les Alpes mais ne sautez pas dans le train pour Méribel, vous risqueriez d'être déçu. En effet, avec vos yeux, impossible de la voir. Il vous faudrait acquérir la dernière génération de télescope pour voir quelque chose. Oh, pas grand chose, juste 10 antennes de 5 étages de haut chacune à peu près ! Il faut dire que cette galaxie, qui répond au doux nom de IC342, est particulièrement lointaine, à environ 10 millions d'années-lumière. Pour ne rien arranger, sa lumière doit traverser la gaz et la poussière de notre propre galaxie pour nous parvenir. Galère, je vous dis.

C'est l'observatoire NOEMA qui est parvenu à cet exploit. C'est le télescope le plus puissant de l'hémisphère nord dans le domaine des ondes radio, plus précisément le domaine de la lumière millimétrique (petit rappel sur les différents types de lumière ici). Il s'agit donc de 10 antennes (et bientôt 12) de 15m de haut, situées sur le plateau de Bure dans les Alpes. Celles-ci viennent d'être inaugurées en septembre dernier.

Si vous avez déjà vu un télescope ou une lunette astronomique dans votre vie, vous allez me dire que ça n'y ressemble pas trop. C'est pas faux. En effet, on n'observe pas la même lumière avec NOEMA. Un télescope ou une lunette reçoivent la lumière visible. Mais ces antennes-là reçoivent la lumière du domaine radio. Pour comprendre la différence, on peut imaginer la lumière comme une onde, c'est-à-dire une série de vagues qui se propagent dans l'espace-temps.

Dans cette représentation, la lumière du domaine radio est une vague avec des crêtes plus éloignées les unes des autres que la lumière visible (ce que vous pouvez voir sur le schéma ci-dessous). Si vous voulez attraper un mérou, vous pouvez utiliser un filet à grosses mailles, si par contre c'est le krill qui vous intéresse, il vous faut un filet très fin. C'est exactement la même chose avec la lumière. Pour attraper la lumière visible, il vous faut un miroir ou une lentille sans aspérité, alors que pour attraper une onde radio, vous pouvez vous contenter d'une grille grossière ou de panneaux de tôle. Pratique, hein ?

Et pourquoi un grand tas d'antennes ? Un grand nombre d'antennes, ça sert à voir des détails plus petits. Et ça sert aussi à éviter de construire une antenne gigantesque, qui permet certes de capter plus de lumière, donc de voir mieux, mais qui est difficile et cher à construire. Le plus grand radiotélescope du monde, c'est le télescope FAST en Chine, avec juste... 500 mètres de diamètre ! Un monstre. Alors bon, pour faire plus pratique, on a une autre technique, faire travailler ensemble plusieurs antennes. Il faudra alors bosser dur pour assembler les lumières reçues par les différentes antennes et reconstituer une image, mais à la fin, on obtient un résultat avec une résolution digne d'un télescope de plus de 700 m de diamètre ! On est alors capable de voir ce qu'il se passe dans IC342, une galaxie très très éloignée de nous, formée très peu de temps après le Big-Bang ! On peut être fiers (si, si, soyons fiers, c'est la classe).

La dernière des méthodes de détection, indirecte elle aussi, s'appelle la méthode des vitesses radiales. Il s'agit d'enregistrer la lumière d'une étoile, d'en déduire la vitesse de l'étoile et de voir si celle-ci varie avec le temps. On parle de vitesse radiale car on mesure la vitesse le long d'un "rayon" entre nous et l'étoile.

On dit que les planètes tournent autour de leur étoile. En fait, si on veut être précis ou se la péter en société, on peut dire que c'est faux : les planètes et l'étoile tournent autour du centre de masse du système. La présence de la planète perturbe légèrement le mouvement de l'étoile. Comme on peut le voir sur l'animation ci-dessous, l'étoile semble tourner autour de la petite croix :

En conséquence, la vitesse de l'étoile sera modifiée de façon périodique, en fonction des propriétés de la planète (sa masse, son éloignement par rapport à l'étoile...). En alliant ces deux dernières méthodes, les auteurs de l'article (disponible ici, en anglais) ont pu mesurer que la super Terre avait un rayon de 2 fois celui de la Terre, une masse presque 5 fois celle de la Terre et une période de rotation de 6,3 jours (Oui oui, techniquement, 1 an sur cette planète correspond à seulement une petite semaine sur Terre).

L'intérêt d'une telle détection est la proximité de la planète avec son étoile bien brillante (environ 5 fois plus proche que Mercure ne l'est du Soleil), qui permettra dans de futures analyses d'observer en détail l'atmosphère de la planète si elle en possède une ou encore de sonder les entrailles de la planète. De quoi mieux comprendre la formation des planètes, mais aussi chercher des traces de vie dans leur atmosphère !