Reflets de la Physique n°58 jun/jui/aoû 2018
Reflets de la Physique n°58 jun/jui/aoû 2018
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°58 de jun/jui/aoû 2018

  • Périodicité : bimestriel

  • Editeur : Société Française de Physique

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 48

  • Taille du fichier PDF : 3,9 Mo

  • Dans ce numéro : l'observatoire spatial Fermi.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

Dans ce numéro...
< Pages précédentes
Pages : 4 - 5  |  Aller à la page   OK
Pages suivantes >
4 5
En orbite autour de la Terre depuis juin 2008, l’observatoire gamma spatial Fermi balaye le ciel pour capter les rayons g émis par les plus formidables accélérateurs de particules que la nature ait conçus, qu’il s’agisse d’étoiles à neutrons, de trous noirs, ou d’explosions stellaires. Il nous révèle aussi le destin de ces particules de haute énergie qui sillonnent les galaxies et influencent leur évolution. Les observations de Fermi offrent de nouvelles perspectives sur ces phénomènes extrêmes qui défient souvent notre compréhension. 4 Reflets de la Physique n°58 Fermi et l’Univers en rayons gamma Jean Ballet (jean.ballet@cea.fr) et Isabelle Grenier AIM (Astrophysique, Interprétation, Modélisation), Bât. 709, Orme des Merisiers, CEA/Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette Cedex Le satellite Fermi de la NASA (fig. 1) a été lancé en juin 2008 pour observer le ciel en rayons g (gamma) depuis l’espace, car ils sont absorbés par l’atmosphère. L’instrument principal, le Large Area Telescope ou LAT, est exploité par une collaboration de laboratoires américains, italiens, japonais, suédois et français. Le LAT détecte les rayons g sur une grande gamme d’énergie entre 0,03 et 1000 GeV (1 GeV = 10 9 eV). Il fonctionne sur le principe suivant  : les photons g sont tout d’abord convertis en paires e + -e - dans du tungstène ; puis on reconstruit les trajectoires des paires dans un trajectographe et on mesure leur énergie dans un calorimètre afin de déduire la direction et l’énergie du photon g incident. Les instruments de Fermi ont tiré parti des avancées technologiques du CERN en matière de trajectographe à pistes de silicium et de calorimètre en barres de CsI. Le détecteur est également entouré d’un scintillateur qui signale le passage de particules chargées qui, sur l’orbite de Fermi, sont cent-mille fois plus nombreuses que les photons g. La surface efficace de 1 m² du LAT est modeste (la source la plus brillante du ciel n’envoyant que 0,1 g/m 2/s au-delà de 0,1 GeV), mais elle est compensée par le très grand champ de vue (20% du ciel) et la longue durée de vie de l’instrument. La résolution angulaire va de 5° (10 fois la pleine Lune) à 0,1 GeV, à 0,1° au-delà de 10 GeV. L’instrument balaie tout le ciel toutes les trois heures et capte environ un million de photons par mois. Fermi comporte aussi un détecteur de sursauts g (Gamma-ray Burst Monitor ou GBM), qui recherche les sources transitoires brillantes sur tout le ciel entre 10 keV et 25 MeV. NASA/Kim Shiflett 1. Le satellite Fermi avant le lancement. Le LAT est le gros parallélépipède gris au sommet. On voit les modules du GBM (disques blancs) sur le côté gauche du module de services. Rayons cosmiques et milieu interstellaire La Voie lactée domine la carte du ciel en rayons g (fig. 2), à cause de particules de haute énergie (10 9 à 10 12 eV) appelées rayons cosmiques, qui parcourent notre galaxie et dont les mécanismes de rayonnement sont résumés dans l’encadré page 5. En effet, les noyaux et les électrons des rayons cosmiques émettent des photons g en interagissant respectivement avec le gaz interstellaire qu’ils traversent, et avec la lumière des étoiles et des poussières interstellaires. L’émission g de la Voie lactée nous informe donc sur deux composantes clefs de notre galaxie  : ses réserves de gaz et sa production de rayons cosmiques, ces derniers influant sur l’état du gaz et sur sa capacité à former des étoiles.
NASA/Fermi LAT Collaboration et CEA/AIM. Cocon du Cygne X On connaît mal les sites de production et la propagation des rayons cosmiques galactiques, car ils diffusent aléatoirement dans les champs magnétiques. Les données du satellite Fermi indiquent que le flux de noyaux cosmiques est homogène sur un millier d’années-lumière autour du Soleil. Au-delà, le flux diminue globalement du centre au bord de la Galaxie, mais trop peu compte tenu de la répartition des sites potentiels de production. Il se peut qu’on sous-estime les quantités de gaz à la périphérie de notre galaxie, ou encore que les propriétés de diffusion des particules varient suivant l’environnement stellaire. Fermi a en effet révélé l’existence d’un « cocon » de rayons cosmiques très énergétiques, piégés dans les cavités creusées et ionisées par des amas de centaines d’étoiles massives dans la région de la constellation du Cygne (fig. 2). Cette découverte nous interpelle sur l’état des particules émergeant des grands sites de formation d’étoiles  : y sont-elles ralenties par de lourdes pertes radiatives ou bien ré-accélérées par les ondes de choc des vents des étoiles massives ? Fermi nous alerte donc sur la complexité de l’évolution des rayons cosmiques dans une galaxie, au-delà du fait que leur abondance semble suivre le taux de formation stellaire. Le gaz d’une galaxie est structuré en nuages d’atomes ou de molécules d’hydrogène, plus ou moins froids et denses, et imbriqués différemment selon les conditions locales de pression, chauffage, refroidissement, Bulle de Fermi Bulle de Fermi Cen A ionisation, et photodissociation de H 2. Parce qu’elle résulte d’interactions nucléaires, l’émission g fournit une mesure de la quantité totale de gaz traversé par les rayons cosmiques, quel que soit son état chimique et thermodynamique. Elle permet donc d’étalonner d’autres traceurs de gaz communément utilisés, comme les observations radio des atomes H et des molécules CO (les molécules H 2 froides étant invisibles), ou encore le rayonnement thermique des poussières interstellaires mélangées au gaz. Les données g ont ainsi démontré que l’efficacité de rayonnement des poussières varie fortement d’un type de nuage à l’autre. On a aussi trouvé de grandes quantités de gaz « sombre », qui échappent aux observations radio et qui pourraient doubler les réserves de gaz H 2 de notre galaxie. Ces résultats ont d’ailleurs une portée plus large, car ils permettent de mieux estimer les réserves de gaz des galaxies en général. Fermi a aussi révélé l’existence de deux grandes « Bulles de Fermi » (fig. 2), remplies de particules de 10 11 à 10 12 eV, qui Pulsar Vela Grand nuage de Magellan Nébuleuse d’Orion Images de la physique Reste de supernova IC 443 Pulsar du Crabe 2. Carte du ciel en rayons gamma en coordonnées galactiques, obtenue par Fermi. Le code couleur (du bleu sombre au blanc) correspond à l’intensité du rayonnement. En plus des sources ponctuelles, l’essentiel du signal provient de la Voie lactée (horizontale) à cause de l’irradiation du gaz interstellaire par les rayons cosmiques. Mécanismes de rayonnement des particules accélérées s’élèvent hors du disque de la Galaxie, sur 30 000 années-lumière de chaque côté (a). Il est probable que leur origine se situe au centre de la Galaxie, mais ceci reste à prouver. On ignore si elles proviennent d’anciennes éruptions ou jets du trou noir central et/ou si elles font partie du vent galactique  : la surproduction d’étoiles et de rayons cosmiques dans les régions centrales fournit en effet assez de pression pour souffler un vent de gaz et de rayons cosmiques hors de la Galaxie. L’observation d’un excès de rayons g sur quelques degrés autour du centre galactique a suscité de nombreuses interprétations en termes d’annihilation de particules de matière noire qui s’accumuleraient au centre de la Galaxie. Mais il est très difficile d’isoler cet excès de toute l’activité des régions centrales, de la base des Bulles de Fermi, et de la population de vieux pulsars qui se sont amoncelés là-bas au cours de l’histoire de notre galaxie. Par contre, ces mesures contraignent la section efficace d’annihilation d’éventuelles particules de matière noire. Hadronique  : noyau relativiste + noyau de gaz fragments de collision nucléaire, dont des pions neutres qui se désintègrent en deux photons γ. Freinage  : électron relativiste dans le champ électrique d’un noyau de gaz. Compton inverse  : électron relativiste + photon (visible, infrarouge) électron + γ. Synchrotron  : électron relativiste dans un champ magnétique. N Reflets de la Physique n°58 5



Autres parutions de ce magazine  voir tous les numéros


Liens vers cette page
Couverture seule :


Couverture avec texte parution au-dessus :


Couverture avec texte parution en dessous :


Reflets de la Physique numéro 58 jun/jui/aoû 2018 Page 1Reflets de la Physique numéro 58 jun/jui/aoû 2018 Page 2-3Reflets de la Physique numéro 58 jun/jui/aoû 2018 Page 4-5Reflets de la Physique numéro 58 jun/jui/aoû 2018 Page 6-7Reflets de la Physique numéro 58 jun/jui/aoû 2018 Page 8-9Reflets de la Physique numéro 58 jun/jui/aoû 2018 Page 10-11Reflets de la Physique numéro 58 jun/jui/aoû 2018 Page 12-13Reflets de la Physique numéro 58 jun/jui/aoû 2018 Page 14-15Reflets de la Physique numéro 58 jun/jui/aoû 2018 Page 16-17Reflets de la Physique numéro 58 jun/jui/aoû 2018 Page 18-19Reflets de la Physique numéro 58 jun/jui/aoû 2018 Page 20-21Reflets de la Physique numéro 58 jun/jui/aoû 2018 Page 22-23Reflets de la Physique numéro 58 jun/jui/aoû 2018 Page 24-25Reflets de la Physique numéro 58 jun/jui/aoû 2018 Page 26-27Reflets de la Physique numéro 58 jun/jui/aoû 2018 Page 28-29Reflets de la Physique numéro 58 jun/jui/aoû 2018 Page 30-31Reflets de la Physique numéro 58 jun/jui/aoû 2018 Page 32-33Reflets de la Physique numéro 58 jun/jui/aoû 2018 Page 34-35Reflets de la Physique numéro 58 jun/jui/aoû 2018 Page 36-37Reflets de la Physique numéro 58 jun/jui/aoû 2018 Page 38-39Reflets de la Physique numéro 58 jun/jui/aoû 2018 Page 40-41Reflets de la Physique numéro 58 jun/jui/aoû 2018 Page 42-43Reflets de la Physique numéro 58 jun/jui/aoû 2018 Page 44-45Reflets de la Physique numéro 58 jun/jui/aoû 2018 Page 46-47Reflets de la Physique numéro 58 jun/jui/aoû 2018 Page 48