Observatoire Pierre Auger
Les rayons cosmiques les plus énergétiques proviennent d’au-delà de notre galaxie
Voir le communiqué de presse du CNRS
Communiqué de la collaboration Pierre Auger :
Dans un article publié dans Science la Collaboration Pierre Auger présente les résultats de ses recherches montrant que les rayons cosmiques d’une énergie un million de fois supérieure à celle des protons accélérés dans le Grand Collisionneur de Hadron (LHC, au CERN) proviennent de bien au-delà de notre Galaxie.
Depuis que des rayons cosmiques avec des énergies de plusieurs Joules ont été observés dans les années 1960, la question de savoir si de telles particules sont produites au sein de la Voie lactée ou dans des objets extragalactiques éloignés fait débat. Ce mystère vieux de 50 ans a été résolu en étudiant des particules cosmiques d'énergie moyenne de 2 Joules détectées avec le plus grand observatoire de rayons cosmiques jamais construit, l'Observatoire Pierre Auger en Argentine. À ces énergies, on mesure un flux de rayons cosmiques en provenance d’un côté du ciel environ 6% plus élevé que du côté opposé, le maximum de flux pointant dans une direction située à 120 ° du centre Galactique.
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Vue d’artiste d’une gerbe atmosphérique © A. Chantelauze, S. Staffi, L. Bret |
NIKA observe la fusion d’amas de galaxies
Une équipe de chercheurs du consortium NIKA1, dirigée par Rémi Adam (Laboratoire Lagrange – OCA, UCA, LPSC Grenoble, CNES), Iacopo Bartalucci et Gabriel Pratt (CEA Saclay), a obtenu pour la première fois une image de la vitesse du gaz lors de la fusion de plusieurs amas de galaxies. Ces observations offrent une nouvelle manière d'étudier la formation des amas comme composants essentiels des grandes structures, formés lors des événements les plus énergétiques dans l’Univers. Avant d’obtenir ces observations, le consortium NIKA, dirigé par Alain Benoît et Alessandro Monfardini (Institut Néel), a également construit, testé et mis en service l’instrument.
Image multi-longueur d’onde du groupe d'amas MACS J0717.5+3745 montrant la distribution des galaxies (en vert, données du télescope spatial Hubble), la densité du gaz (en rouge, rayonnement X, données Chandra), la pression électronique du gaz (en bleu, caméra NIKA) et le signal kSZ (contours jaunes, NIKA). Les cercles rouges (A, B, C et D) indiquent la position des principaux sous-amas. A la distance de l'amas (environ 5 milliards d'années-lumière), la taille de l'image correspond à environ 5 millions d'années-lumière. ©Consortium NIKA
Les amas de galaxies : pièces fondamentales de notre Univers
L'Univers dans lequel nous vivons aujourd'hui a été façonné par la formation des grandes structures, qui ont commencé à se former par effondrement gravitationnel il y a environ 14 milliards d'années, juste après le Big Bang. Aujourd'hui, les plus grands objets gravitationnellement liés, qui constituent les pièces fondamentales de notre Univers, sont les amas de galaxies. Malgré leur nom, les amas de galaxies sont principalement composés de matière noire (~ 85%) et de gaz chaud ionisé (~ 12%), avec seulement quelques pourcents de leur masse contenue dans les galaxies. Pour cette raison, le processus de formation des amas est dominé par l'effondrement gravitationnel de la matière noire, le gaz et les galaxies "suivant" ce processus. Au cours de leur assemblage, les amas peuvent entrer en collision les uns avec les autres, avec une vitesse élevée. Ces fusions sont les événements les plus énergiques depuis le Big Bang et ils sont fondamentaux pour comprendre comment s’assemblent les structures dans l'Univers.
NIKA : un défi scientifique
Une façon d'étudier la vitesse des amas est de mesurer l'empreinte de leur mouvement dans le rayonnement du fond diffus cosmologique (CMB) par l'utilisation de l'effet Sunyaev-Zel'dovich cinétique (kSZ). Cet effet provient du décalage Doppler des photons du CMB quand ils interagissent avec les électrons du gaz intra-amas qui se déplacent à grande vitesse. L'effet kSZ est le seul moyen connu de mesurer directement la vitesse particulière d'objets à des distances cosmologiques, parce que contrairement à d'autres méthodes, le rayonnement du CMB lui-même fournit une référence absolue pour la mesure. Si son homologue thermique (l’effet Sunyaev-Zel'dovich thermique, tSZ) est maintenant couramment utilisé pour mesurer la pression du gaz dans les amas, l'effet kSZ reste quant à lui très difficile à observer et seulement une poignée de détections de faible signification statistique a été obtenue jusqu'à présent.
The New IRAM KIDs Array, (NIKA) était le prototype de la caméra de plus grandes dimensions, NIKA2, récemment installée au télescope de 30m de l’IRAM. NIKA et NIKA2 observent les signaux astronomiques à 150 et 260 GHz, et en principe, cette approche double-bande permet aux astronomes d'extraire à la fois le signal tSZ et kSZ quand ils observent les amas de galaxies. Motivée par le défi scientifique et les performances élevées de NIKA, l'équipe a décidé de tenter une mesure de l’effet kSZ en cartographiant l’un des amas où le processus de fusion est des plus violents, MACS J0717.5+ 3745, et dont le décalage vers le rouge de 0.55 correspond à une distance de plusieurs milliards d’années lumières.
Gauche : signal kSZ en direction de l’amas MACS J0717.5+3745 (rapport signal sur bruit), donnant la quantité de mouvement du gaz sur la ligne de visée. Droite : vitesse du gaz sur la ligne de visée, en km/s, par rapport au référentiel du CMB. ©Consortium NIKA
Cette cartographie kSZ fournit la quantité de mouvement du gaz intégrée sur la ligne de visée par rapport au cadre de référence du CMB; c’est donc une mine d'informations pour comprendre la physique des amas en fusion. Les données ont révélé que les deux sous-amas principaux de MACS J0717.5+3745, à savoir B et C (Figure 1), sont en train de tomber l’un sur l'autre avec une très grande quantité de mouvement (Figure 2, à gauche). Rémi Adam souligne : « la simple détection de l'effet kSZ est déjà un excellent résultat en soi, mais quand nous avons réalisé que nous étions en mesure d'en obtenir une carte, ce fut un succès considérable pour nous ».
La mesure du signal kSZ est une première étape, mais il est encore plus difficile de mesurer la vitesse du gaz elle-même, car il est nécessaire pour cela de séparer le signal kSZ de la distribution de densité du gaz le long de la ligne de visée. Cette procédure a requis l'utilisation d'observations en rayons X par les satellites XMM-Newton et Chandra, qui, grâce à un modèle physique, ont permis à l'équipe de mesurer la vitesse de déplacement de l’amas et même d'extraire une carte de la vitesse du gaz par rapport au référentiel du CMB (figure 2, à droite). L'image obtenue n’est pas facile à interpréter car elle dépend des hypothèses de modélisation. Elle est néanmoins particulièrement frappante car elle présente, pour la première fois, une image du gaz en mouvement dans un amas de galaxies, qui de plus est très lointain.
Ces résultats ouvrent la voie à une nouvelle manière d'étudier la fusion des amas, en montrant que de telles observations sont maintenant possibles avec une résolution angulaire élevée et des instruments de haute sensibilité, telle que la caméra NIKA au télescope de 30m de l’IRAM. Le nouvel instrument NIKA2, maintenant installé au télescope, offre des perspectives très prometteuses pour l'étude des amas de galaxies, y compris les amas en fusion par l'effet kSZ. Cela permettra aux astronomes d'étudier la formation des grandes structures dans l'Univers lointain.
Contact scientifique : Rémi Adam, Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser.
1-Le consortium NIKA inclut des scientifiques, ingénieurs et techniciens de l’Institut Néel, l’IPAG, le LPSC, l’IRAM, l’IAS, le CEA, l’IRAP, l’IEF, l’IAP, l’Observatoire de Paris, Sapienza Università di Roma, le LAM, l’UCL, l’Université de Cardiff, l’ESO, le laboratoire Lagrange (OCA) et l’IAC. Les résultats présentés ici impliquent des scientifiques du JPL, du RIT, Arizona State University, the University of Arizona et Università degli Studi di Roma Tor Vergata.
Mapping the kinetic Sunyaev-Zel’dovich effect toward MACS J0717.5+3745 with NIKA, R. Adam, I. Bartalucci, G.W. Pratt et al. (2017) , A&A (en cours de publication), arXiv.org pour une version électronique.
Le LabVIEW User Group de Grenoble récompensé
En 2014, la seconde rencontre du groupe avait été organisée au LPSC sous l'impulsion de Rémi Faure et d'Olivier Zimmermann.
Cet été, le dynamisme du groupe LUGE lui vaut le trophée du "groupe d’utilisateurs LabVIEW francophone le plus actif" remis par National Instrument à l'occasion de son "NI Week" à Austin, du 31 Juillet au 4 Août 2016.
Depuis plusieurs années, les utilisateurs de LabVIEW en France et dans le monde se sont constitués en « LabVIEW User Groups » pour favoriser des rencontres et des échanges techniques autour de ce logiciel de programmation. Fondé en 2013, le LUGE (LabVIEW User Grenoble Exchange) regroupe des développeurs de la région Rhône-Alpes de tous niveaux et milieux professionnels. Pour les personnels du CNRS, il permet d'échanger connaissances et contacts avec des entreprises qui utilisent LabVIEW dans un autre contexte.
Par ce trophée, le LabVIEW User Group de Grenoble est reconnu au niveau international pour la qualité et l'intérêt des rencontres qu'il a organisées. Ses présentations ont été reprises plusieurs fois lors d'autres conférences et journées techniques.
Une partie des remerciements du groupe va au LPSC qui a contribué par son accueil à sa réussite.
Références :
STEREO prend pied à l’ILL
En préambule rappelons que l’expérience STEREO recherche l’existence d’un nouveau constituant élémentaire de la matière (un type de neutrino dit stérile) en réalisant une mesure d’oscillation d’antineutrinos électroniques à très courte distance du réacteur de recherche de l’Institut Laue Langevin (ILL) à Grenoble.
Ce projet, fruit d’une collaboration internationale, a franchi une étape importante ces dernières semaines. En effet, les différents éléments du détecteur STEREO (photo), mis au point à l’IRFU Saclay, ont été assemblés puis testés à Grenoble dans le hall ARIANE du laboratoire avec le support des services techniques et des physiciens du LPSC. Il a été ensuite transporté dans le hall expérimental de l’ILL le 11 Mai, ce qui a nécessité une combinaison de moyens de manutention par grue et camion pour un envol au dessus les grilles du LPSC (photo) puis un transport jusqu’au bâtiment réacteur. La fenêtre en temps était très contrainte pour l’entrée des gros éléments tels que le détecteur et certaines pièces du blindage. Manquer ce rendez-vous aurait retardé de plusieurs mois l’installation de l’expérience.
La casemate dans laquelle sera installée l’expérience STEREO à l’ILL a, elle aussi, fait l’objet d’une intense activité fin avril puisque plus de 70 tonnes de plomb sous forme de briques ont été manipulées (photo) pour construire des murs de protection. Ce travail de force, auquel a participé une large équipe du LPSC agrégeant les services techniques et le groupe de physique STEREO a été mené en un temps record : 2 jours. Cette réalisation permettra de réduire à un niveau acceptable le bruit de fond issu des lignes d’expériences voisines.
L’été sera encore très occupé avec la phase d’installation du détecteur dans son blindage de plomb et de polyéthylène et le transfert à l’ILL du veto muon, conçu et réalisé au LPSC. Le dispositif complet (au total l’ensemble pèsera environ 90 tonnes) sera finalement positionné à l’aide de coussins d’air à une dizaine de mètres du cœur du réacteur. Il faudra attendre le « feu vert » de l’Autorité de Sureté Nucléaire pour le remplissage du scintillateur et la mise en service du détecteur. De nouveau un timing serré si l’on veut profiter des cycles du réacteur ON avant une phase d’arrêt prévue en mars 2017.
Si tout se déroule comme prévu cet été, nous devrions commencer à détecter nos premiers antineutrinos vers la fin septembre.
Nouvelle technique de production de positrons polarisés
Les faisceaux d’électrons sont de nos jours largement utilisés dans différents domaines, pour la recherche, mais aussi pour de nombreuses applications en médecine et dans l’industrie. Les faisceaux polarisés de positrons (le jumeau antimatière de l’électron) sont plus difficiles et plus couteux à produire, mais possèdent un très fort potentiel pour l’ouverture de nouvelles voies de recherches et d’applications.
L’expérience PEPPo (Polarized Electrons for Polarized Positrons) vient de réaliser la démonstration expérimentale d’une nouvelle technique de production de faisceau polarisé de positrons. Elle est basée sur l’utilisation d’un faisceau polarisé d’électrons de quelques MeV et son interaction avec la matière par rayonnement de freinage concrétisé en un photon polarisé. PEPPo a montré que la polarisation du faisceau d’électrons se communique très efficacement aux positrons produits par la matérialisation du photon polarisé intermédiaire en une paire e+e-.
Alors que les méthodes précédentes restent confinées à des accélérateurs de grandes énergies (>GeV), la technique PEPPo fonctionne dès que l’énergie du faisceau d’électrons dépasse le seuil de production de paires (1.022 MeV). La démonstration de l’efficacité de cette technique à faible énergie initiale ouvre l’accès aux positrons polarisés à une très large communauté de par l‘effet de son coût de réalisation fortement réduit.
En collaboration avec le Jefferson Laboratory, l’expérience PEPPo s’est déroulée en 2012 à l’injecteur de CEBAF (Continuous Electron Beam Accelerator Facility). Les résultats sont publiés aujourd’hui dans Physical Review Letters et ont été sélectionnés pour faire les grands titres de cette prestigieuse revue en raison << de leur importance, leur caractère innovant, et leur très large intérêt >>.
L’équipe JLab du LPSC a été leader dans cette expérience de sa conception, sa préparation et sa réalisation à son analyse, avec le pôle accélérateur et un fort soutient du service détecteur et instrumentation pour le développement du polarimètre à transmission Compton qui a permis de mesurer la polarisation des positrons.
Pour en savoir plus :
http://physics.aps.org/articles/v9/58
https://www.jlab.org/news/releases/spinning-electrons-yield-positrons-research
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