Mise à jour le 24 Septembre 2014
CONFÉRENCE de Nathalie PALANQUE DELABROUILLE
Astrophysicienne CEA
«Les nouveaux messagers du Cosmos»
Organisée par la SAF
Dans ses locaux, 3 rue Beethoven, Paris XVI
Le Samedi 20 Septembre 2014 à 15H00
à l'occasion de la réunion de la Commission de Cosmologie.
Photos : JPM pour l'ambiance. (Les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur. Voir les crédits des autres photos si nécessaire
(Le conférencier a eu la gentillesse de nous donner sa présentation complète (en pdf) elle est disponible sur le site de la commission et également disponible sur ma liaison ftp au téléchargement et s'appelle. SAF_Palanque.pdf elle est dans le dossier COSMOLOGIE SAF de la saison 2014-2015).
Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me contacter avant.
Pour info les actualités cosmo présentées ce jour là sont aussi disponibles sur le site de la commission.
BREF COMPTE RENDU
La présentation nous ayant été donnée par le conférencier et étant très claire et très complète ce compte rendu sera succinct.
Encore une salle bien remplie, même avec la nouvelle disposition.
Nathalie PALANQUE-DELABROUILLE est Astrophysicienne CEA Saclay
Elle
est chercheur au CEA en cosmologie ; elle fait aussi beaucoup pour la
propagation de la science auprès des jeunes et du public en participant à
de nombreuses émissions de radio, de télévision ou de podcasts.
Elle est l’auteur notamment de l’ouvrage : Les nouveaux messagers du cosmos au Seuil.
Elle nous parle justement aujourd’hui des ces rayonnements qui ne sont pas des photons, comme :
· Surtout les rayons cosmiques
· Les neutrinos et
très peu des
· Ondes gravitationnelles.
Introduction.
Présentation des différents types de radiations suivant les longueurs d’onde.
Introduction des rayonnements dont on va parler ce soir.
LES RAYONS COSMIQUES : HISTORIQUE.
Au
début du XXème siècle, on découvre qu’il existe à la surface de la Terre
un rayonnement ionisant qui décharge spontanément un électroscope chargé. Il y aurait donc des particules chargées en permanence dans l’air.
Le Père Th. Wulf effectue des mesures entre le haut et le bas de la Tour Eiffel.
Mais c’est l’Autrichien Victor Hess, qui est le véritable découvreur de ce que l’on va appeler rayons cosmiques.
Il effectue des vols en ballon dans les années 1911-1913 et compare les mesures à différentes altitudes.
C’est le célèbre R. Milikan qui les baptise rayons cosmiques.
Plus on monte et plus l’intensité de ce rayonnement augmente.
Il procède même à des mesures durant une éclipse pour prouver qu’ils ne proviennent pas du Soleil.
Hess obtient le Prix Nobel de physique en 1936 pour ses découvertes.
Mais c'est le Français Pierre Auger qui fit la découverte en 1938 des gerbes atmosphériques
(en anglais electromagnetic air showers (EAS) ou atmospheric air
shower) résultats de l'impact des particules les plus énergétiques avec
les atomes de la haute atmosphère.
Il
procède à des expériences en haute altitude et montre la simultanéité
des signaux reçus, provenant d’une particule initiale produisant des
particules secondaires (les gerbes).
Cela correspond à une énergie colossale : de l’ordre de 50 J soit 3 1020 eV.
Ces « rayons » cosmiques (qui ne sont pas des rayons comme la lumière) correspondent à des particules chargées (principalement des protons), ils sont donc déviés par tous les champs magnétiques qui se trouvent sur leur chemin.
On ne peut donc pas arriver à connaitre leur provenance
facilement, sauf si l’énergie est très grande, car dans ce cas les
déviations extérieures sont faibles, comme on le voit sur cette diapo
résumant le phénomène.
LES RAYONS COSMIQUES : ÉTAT DES LIEUX.
Lorsque
l’on trace la courbe du flux de ces RC en fonction de leur énergie, on
s’aperçoit d’un phénomène assez exceptionnel :
Il y a 32 ordres de grandeur entre les flux extrêmes !
Il y a 12 ordres de grandeur entre les énergies extrêmes !
Les
cosmiques les moins énergétiques sont les plus nombreux alors que les
particules les plus énergétiques le sont par exemple quelques millions
de fois plus que celles accélérées dans le LHC.
Ces particules très énergétiques sont peu nombreuses :
1 particule/ km2 : siècle approximativement !
D’où la difficulté de détection.
Ces
cosmiques très énergétiques ne peuvent provenir que d’accélérateurs
cosmiques comme des restes de supernovae et de leurs ondes de choc.
On les détecte par exemple dans le télescope Hess acronyme de High Energy Steroscopic System situé en Namibie.
Il détecte les gamma obtenus par effet Cerenkov et qui sont de l’ordre de 1 milliard de keV !
L’effet
Cerenkov c’est l’émission de lumière visible lorsqu'une particule
chargée se déplace dans un milieu donné à une vitesse supérieure à celle
de la lumière dans ce milieu (ici l’air de l’atmosphère). Le
rayonnement émis de la particule réagit comme une onde de choc. Cette lumière est bleue (comme on s’en aperçoit dans l’eau de refroidissement des piles de
réacteurs nucléaires).
Mais pour ces RC très énergétiques qui sont très peu fréquents, il faut une autre méthode de détection.
À cet effet on a crée l’Observatoire Pierre Auger, situé dans la pampa Argentine.
Il détecte les gerbes atmosphériques grâce à un réseau de 1600 détecteurs de particules (des cuves d’eau pure équipées de PM), espacés de 1,5 kilomètre, qui s'étendent sur une surface de 3000 kilomètres carrés.
En plus, 24 télescopes (en fait 4 sites de 6 secteurs) observent la lumière fluorescente produite par la gerbe lors de son passage dans l'atmosphère.
Une autre vue du système de détection de l’Observatoire Auger.
On observe des RC d’énergie supérieure à 1015 eV.
Leurs sources probables : des AGN (noyaux actifs de galaxies) c’est-à-dire des galaxies avec un trou noir super massif en leur centre. Le TN est entouré d’un anneau de matière chauffé extrêmement fortement. Il y a émission de jets très puissants
perpendiculairement à l’anneau, ce sont des particules fortement
accélérées qui pourraient être à l’origine de ces RC très énergétiques.
La carte ci-contre représente quelques centaines d’AGN (en rouge) et la localisation de RC de très haute énergie (ellipses noires) sur la sphère céleste. L’AGN le plus proche (Cen A) est marqué d’un point blanc.
On remarque une bonne correspondance entre les AGN et ces RC.
Le bleu correspond à la zone d’observation de l’Observatoire.
Crédit : Observatoire P Auger.
POUR TERMINER.
Quelques mots sur les neutrinos cosmiques.
On relira avec intérêt les conférences liées à cette particule, notamment celle-ci.
Les neutrinos sont des vrais passe muraille, ils interagissent infiniment peu avec la matière, d’où la difficulté de détection.
Par
exemple le Super Kamiokande au Japon contient 50.000 tonnes d’eau et
11.129 tubes PM qui vont détecter l’éventuelle interaction Cerenkov d’un
neutrino.
Les détecteurs les plus récents sont soit situé sous la mer : Antares au large de Toulon, soit situé au Pôle Sud, c’est Ice Cube dont nous avons souvent parlé dans ces colonnes.
Une
remarque sur Antares qui détecte les neutrinos provenant de l’autre côté
de la Terre ; on s’est aperçu qu’il y avait dans les mesures
beaucoup de bruit de fond dont on n’arrivait pas à connaitre la cause.
Après recherche et coup de main de l’IFREMER, on s’est aperçu que cela provenait de ….la bioluminescence des organismes marins !!
Nombreuses questions posées après la présentation.
C’était
une présentation d’une exceptionnelle qualité, d’ailleurs le public
s’en est rendu compte, applaudissements, et nombre de présents dans la
(petite) salle.
POUR ALLER PLUS LOIN :
D’où viennent les rayons cosmiques conf Nepal.
Les rayons cosmiques ultra énergétiques Thèse de P Colin
Cosmic Rays and Extensive Air Showers de l’Université du Delaware.
Rayons cosmiques du célèbre site Stargazers de la NASA.
Dossier rayons cosmiques sur ce site.
Les neutrinos de l’Univers : CR de la conf SAF (Cosmo) de Th Lasserre du 18 Janvier 2014
Les neutrinos, rencontre du 4ème type : CR de la conf CEA de TH Lasserre du 19 juin 2014
Jean Pierre Martin SAF Président de la Commission de Cosmologie
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PROCHAINES RÉUNIONS DE LA COMMISSION DE COSMOLOGIE :
Notez dès à présent les dates des prochaines réunions : toujours à 15H au siège 3 rue Beethoven P16
Nous sommes satisfaits de la nouvelle réorganisation de la salle. Merci d’avance de votre aide.
· Samedi 15 Novembre Jérôme Martin astrophysicien
à l'IAP (groupe GReCO : Gravitation et Cosmologie) nous parlera de "la théorie de l'inflation"
· Samedi 17 Janvier 2015
: Jean Eisenstaedt
Directeur de recherche émérite et organisateur des séminaires d'histoire
de l'astronomie nous parlera en ce début 2015 du "centenaire de la
relativité générale d'Einstein"
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