L’astronomie de l’extrême univers

samedi 19 mai 2012

N°62- L’ASTRONOMIE DE L’EXTRÊME UNIVERS
François Vannucci - O.Jacob - 05/07 - 270 pages - Lecteur motivé.

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RÉSUMÉ : Le point sur les connaissances, les techniques et les projets de l’astroparticule, science des phénomènes les plus violents se déroulant dans l’univers, avec en prime quelques réflexions sur les enjeux.

MOTS CLÉ : astroparticules, rayons cosmiques, neutrinos, blazars.

L’AUTEUR : François Vannucci est professeur de physique à l’université Paris VII.

Interface entre l’infiniment petit des particules élémentaires et l’infiniment grand de l’univers dans ce qu’il a de plus énergétique, l’astroparticule se taille une place d’honneur à côté de l’astronomie, de l’astrophysique et de la cosmologie. Compte tenu des problèmes fondamentaux abordés sur cet univers de l’extrême, les informations apportées par ces messagers capables de traverser tout ou partie des sources qui leur donnent naissance, compléteront et peut-être révolutionneront nos connaissances actuelles.

La complémentarité des images d’un même objet à diverses énergies n’est pas sans poser des problèmes au niveau des techniques de détection et des interprétations à accorder à l’interaction avec le milieu traversé. A très haute énergie photons, neutrinos oscillants, électrons, positrons, muons, protons et noyaux lourds, contenus dans ces rayons cosmiques sont essentiellement détectés par leur aspect corpusculaire et leur lumière Cérenkov ou de fluorescence. L’astroparticule met à l’épreuve ces diverses particules dont l’univers fourni des sources d’accélérations qui, même si elles restent encore mal comprises, seront à jamais inégalées dans nos laboratoires.

L’auteur retrace avec beaucoup de passion l’historique de ces pionniers curieux de ces gerbes en cascade, associées à ces rayons cosmiques dont l’origine n’est encore actuellement que partiellement élucidée. Mesures au sol, en ballon, en satellites réduisant le bruit de fond aux seuls cosmiques primaires et assurant une meilleure identification des particules détectées.

La difficulté de la tâche s’explique quand on saura que la gamme d’énergie couvre treize ordres de grandeurs (10MeV à 10²°eV) et la gamme de flux par unité de surface 33 décades (100 part/m².s à 1part/km².siècle !). D’autant que plusieurs structures apparaissent dans la distribution des rayons suivant leur énergie (région du genou à 10GeV, de la cheville à 1017GeV peut-être comprise comme la transition entre une composante galactique et extragalactique ?). L’interaction éventuelle des rayons cosmiques (protons) avec le fond diffus cosmologique (FDC) est attendue sous forme d’une coupure GZK à 5.1019eV.

Mais demeure surtout le problème de ces particules hautement énergétiques (1021eV) auxquelles sont associes certains mécanismes d’accélération du type bottom-up (mécanisme de Fermi), de désintégration de particules fossiles du type to-down ou encore de leur annihilation privilégiant la composante en photons et neutrinos ! Quant aux sources potentielles, on pense aux supernovae, aux étoiles à neutrons, collapsars, blazars, aux noyaux actifs de galaxies (AGN) et de leur coalescence éventuelle.

L’auteur évoque ensuite divers dispositifs, chacun optimisé en fonction des énergies concernées, du type de particules analysées et du mode de détection, de la résolution et de la calibration, l’atmosphère jouant souvent le rôle de calorimètre (HiRes, Agasa, Auger, projet EUSO) ou de sources photoniques (CAT, Hess, projet GLAST). Rapidité de la détection, lutte contre le bruit de fond, tout pour contribuer aux informations sur la forme de la gerbe et sur la direction initiale. Sans oublier l’énigme des sursauts gamma (GRB Gamma Ray Burst) !

L’auteur revient sur ses chers « miroirs aux neutrinos » (SuperKamiokande, Amanda, Antarès) auxquels correspondent une fenêtre beaucoup plus profonde d’observation de phénomènes les plus violents et qui pourraient apporter confirmation de l’interaction des protons cosmiques avec le FDC. Les radio télescopes mis en coïncidence (expérience Codaléma à Nançay) et les ondes gravitationnelles (Ligo, Virgo, projet Lisa) peuvent aussi contribuer à lever le voile sur ces phénomènes extrêmes qui ont conduit à l’univers où seule 4% de son contenu massique correspond aux grandes lignes de la physique.

Restent 2 énigmes comme au siècle dernier qui concernent la masse manquante et l’énergie noire, et l’on serait mal venu d’en tirer les mêmes conclusions. Alors que certains s’inquiètent de voir les découvertes se raréfier ou les théories ne plus tenir leurs promesses, et l’opinion ne plus soutenir avec enthousiasme les enjeux de la science, l’astroparticule qui ausculte les plus violents de phénomènes de l’univers ouvrira certainement un nouveau champ de cette connaissance où nos miroirs intègres font plus que réfléchir avant de renvoyer leurs images.

Malgré les nombreux sites Internet signalés et sans mettre en question la qualité évidente des propos et les grandes compétences de François Vannucci, regrettons quand même que l’ouvrage ne soit pas accompagné de quelques schémas ou tableaux pédagogiques, de quelques clichés sur les expériences en cours et peut-être aussi d’un glossaire destiné aux lecteurs curieux d’aborder le sujet.

Jacques Cazenove



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