Actualités 2023
Après plusieurs années de mise au point à Saclay, la première partie du spectromètre Falstaff a été déménagée à Ganil en 2021 puis installée sur NFS pour l’étude de l’uranium 235. L’expérience qui a eu lieu en novembre et décembre 2022 était la première à utiliser une cible d’actinide sur Spiral2. Elle a démontré les bonnes performances de ce dispositif.
La mise en exploitation de l’IRM 11,7 T Iseult en 2021 a couronné près de 20 ans de recherche et développement du CEA. Dans un article publié dans le journal Magnetic Resonance Materials in Physics, Biology and Medecine, Nicolas Boulant et Lionel Quettier, chefs du projet Iseult pour les instituts Joliot et Irfu du CEA, passent en revue les détails de cette mise en service.
Les oscillations de neutrinos ont confirmé que ces particules mystérieuses ont une masse, contredisant les prédictions du modèle standard. Le groupe DPhP du CEA Irfu cherche à résoudre ce mystère en observant la très rare désintégration double bêta sans émission de neutrino du noyau de Mo-100 grâce à des bolomètres scintillants. Suite à l'expérience de démonstration CUPID-Mo au laboratoire souterrain de Modane, le groupe a finalisé un modèle de bruit de fond détaillé qui offre une grande précision pour l'étude de la désintégration 2v2β. Le modèle permet ainsi d’obtenir l’indice de bruit de fond le plus bas jamais obtenu par la communauté scientifique pour une expérience bolométrique 0ν2β.
Pour atteindre l’objectif de 10-4 coups/keV/kg/an nécessaire à la détection de cette désintégration extrêmement rare, l'expérience CUPID a, en complément, adopté une nouvelle technologie de détecteur : les détecteurs de lumière Nefanov-Trofimov-Luke (NTL) afin d'améliorer la réjection du bruit de fond. Une mesure, avec 10 détecteurs de lumière identiques couplés à des cristaux de Li2MoO4 et de TeO2, a été réalisée au laboratoire souterrain de Canfranc et a démontré l'applicabilité de cette technologie aux détecteurs de CUPID. Compte tenu de la combinaison du faible bruit de fond, de la capacité de discrimination des particules, de l’efficacité élevée et de la haute résolution en énergie, CUPID est reconnue comme l'une des expériences de recherche de 0ν2β les plus prometteuses de la prochaine génération. Après une revue de validation, l'expérience commencera sa phase de production et de construction pour obtenir un détecteur complet à partir de 2029.
L’ESA a sélectionné la mission THESEUS (Transient High Energy Sky and Early Universe Surveyor) comme mission candidate de catégorie moyenne. Theseus est la suite naturelle de la mission franco Chinoise SVOM, qui sera lancée début 2024 (pour 5 ans d'exploitation) et dans laquelle l’Irfu joue aussi un rôle de premier plan.
THESEUS a été choisie parmi 27 missions, avec Plasma Observatory (étude de la magnétosphère terrestre) et M-MATISSE (étude de l’atmosphère et magnétosphère de la planète Mars), pour une étude préliminaire d’une durée de trois ans (2024-2026), au bout de laquelle une de trois missions sera réalisée pour un lancement en 2037.
Le CEA/Irfu jouera un rôle de premier plan dans la mission étant à la tête (PI) du consortium international (qui inclut INAF Italie, Université de Genève, LAM Marseille, IJClab Orsay) chargé de développer et livrer un des 3 instruments du satellite: l'IRT (Infra-Red Telescope) et plus particulièrement de la caméra placée à son foyer.
L'Univers est immensément grand, et il le devient de plus en plus. Pour étudier l'énergie noire, la force mystérieuse à l'origine de l'accélération de l'expansion de notre Univers, les scientifiques utilisent le grand relevé Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) pour cartographier plus de 40 millions de galaxies, de quasars et d'étoiles. Aujourd'hui, la collaboration a rendu public son premier lot de données, avec près de 2 millions d'objets astrophysiques à étudier par les chercheurs. Elle publie aussi 15 articles sur l'étude scientifique de ces données et sur l'instrument, les opérations et la validation de la stratégie d'observation du relevé. (communiqué de presse Berkeley lab)
L'ensemble de données (80 téraoctets) provient de 2 480 expositions prises pendant six mois au cours de la phase dite de "validation du relevé" en 2020 et 2021 et traitées en langage python sur le supercalculateur du National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC, Berkeley, USA). Au cours de cette période, entre la mise en route de l'instrument et le début de la campagne scientifique officielle, les chercheurs se sont assurés que les performances de l’instrument répondraient à leurs objectifs scientifiques - par exemple, en vérifiant le temps nécessaire pour observer des galaxies de luminosités différentes et en validant la sélection des objets astrophysiques comme les galaxies, les quasars et les étoiles à observer.
Une équipe internationale de scientifiques, dirigée par le Département d’Astrophysique du CEA, a observé pour la première fois en infrarouge moyen l'atmosphère enflée de l'exoplanète WASP-107b grâce au télescope spatial James Webb.
Si de la vapeur d'eau a bien été détectée, celle-ci est accompagnée de dioxyde de soufre (SO2) et de nuages de silicates (que l'on peut voir comme des nuages de sable) et non de méthane (CH4) comme les modèles le prédisaient. La détection de dioxyde de soufre peut s'expliquer par des réactions photochimiques en très haute atmosphère due à la forte irradiation par les photons de l'étoile. Et pour cause, la planète est extrêmement proche de son étoile, elle orbite en seulement cinq jours autour d'elle. L'absence de méthane est à ce jour inexpliquée et va nécessiter de repenser les modèles et donc les mécanismes physiques et chimiques à l'œuvre dans cette atmosphère. La détection de nuages de silicates dans une planète de faible masse comme une Neptune est une première !
Ces découvertes montrent donc que si l'environnement de la planète compte, en particulier l'irradiation de son étoile, la prise en compte de la dynamique de l’atmosphère va devenir de plus en plus indispensable pour comprendre les atmosphères exoplanétaires.
Les résultats de l'étude sont publiés dans la revue Nature: Dyrek, A., Min, M., Decin, L. et al. "SO2, silicate clouds, but no CH4 detected in a warm Neptune" (2023).
Le consortium de laboratoires qui a développé l’instrument MIRI du JWST bénéficie de temps garanti d’observations. Le Département d’Astrophysique du CEA qui fait partie du consortium a défini et coordonne le programme d’observations des exoplanètes. Parmi les objets sélectionnés, quelques naines brunes qui sont d’excellents proxy pour étudier les exoplanètes géantes, notamment celles qui orbitent loin de leur étoile, bien plus loin que les planètes de notre système solaire. En effet les processus physiques et chimiques qui régissent les naines brunes sont très semblables. Les premiers résultats concernant la naine brune froide W1828 viennent d’être publiés dans la revue Nature. En pointant le télescope spatial James Webb (JWST) vers cet objet, une équipe de chercheurs incluant des chercheurs du DAp-AIM, a pu mesurer avec l’instrument MIRI et, pour la première fois, les isotopologues de l'ammoniac dans l'atmosphère d'une naine brune froide, ouvrant la voie vers une meilleure compréhension de la formation des exoplanètes
Ces résultats ont été publiée dans la revue Nature.
Une équipe internationale de scientifiques incluant un chercheur du département d’Astrophysique de l’Irfu a utilisé plusieurs télescopes spatiaux et terrestres, notamment le télescope spatial James Webb et le « Very Large Telescope » de l’Observatoire Européen Austral, afin d’observer un sursaut gamma exceptionnellement brillant détecté le 7 mars 2023, GRB 230307A , et identifier la fusion d'étoiles à neutrons qui a généré l’explosion responsable du sursaut. Le télescope Webb a notamment permis aux scientifiques de détecter l’élément chimique du tellure à la suite de l’explosion. Cette découverte conforte l’hypothèse selon laquelle les fusions d’étoiles à neutrons constituent une des principales sources de production et d’expulsion dans le milieu interstellaire de certains des éléments les plus lourds connus dans l’Univers.
Ces résultats ont été publiés dans la revue Nature du 25 octobre 2023 (Levan et al.).Heavy element production in a compact object merger observed by JWST | Nature
Pour la 17ème édition du Prix Jeunes Talents France, la Fondation L’Oréal a récompensé 35 brillantes jeunes chercheuses sélectionnées en France parmi 618 candidatures éligibles par un jury d’excellence composé de 32 chercheurs de l’Académie des sciences. Au département d'astrophysique de l'Irfu, Achrène Dyrek a reçu ce prix pour la physique.
Achrène Dyrek est fraichement docteure en astrophysique. Elle a débuté sa thèse en 2020 au Département d’Astrophysique (DAp) du CEA, sous la supervision de Pierre-Olivier Lagage. Durant ces années, elle s’est dédiée à l’étude des atmosphères planétaires vues par le James Webb Space Telescope (JWST – NASA/ESA/CSA), en utilisant l’instrument en infrarouge moyen MIRI (Mid-InfraRed Instrument), développé au DAp.
À l'aide du télescope spatial James Webb, un groupe d'astronomes dirigé par le MPIA (Max Planck Institute for Astronomy), en collaboration avec une équipe du Département d'Astrophysique du CEA Paris-Saclay, a recherché une atmosphère sur l'exoplanète rocheuse TRAPPIST-1 c. Bien que la planète soit presque identique à Vénus en terme de taille et de température, son atmosphère s'est révélé très différente. En analysant la chaleur émise par la planète, ils ont conclu qu'elle pourrait n'avoir qu'une atmosphère ténue contenant un minimum de dioxyde de carbone. Toutefois, cette mesure est également compatible avec une planète rocheuse stérile dépourvue d'une atmosphère significative. Ces travaux nous permettent de mieux comprendre comment les atmosphères des planètes rocheuses en orbite autour d'étoiles de faible masse peuvent résister aux vents stellaires puissants et au rayonnement UV intense.
Les résultats sont présentés dans la revue Nature
Le 9 Octobre 2022 à 13h16 et 59.99 secondes, une bouffée de lumière gamma, appelée sursaut gamma (GRB) a ébloui la quasi-totalité des détecteurs de rayons X et gamma disponibles à ce moment-là. Depuis leur découverte, ces événements font l’objet d’un suivi continu grâce à des observations multi-longueurs d’onde par des télescopes dans l’espace et au sol. Ce sursaut baptisé GRB221009A a secoué la communauté mondiale des astrophysiciens qui mènent depuis leur analyse pour comprendre les phénomènes physiques qui ont déclenché cette bouffée d’énergie la plus intense de notre histoire.
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La détection des rayons X en raison de la diffusion de la lumière provenant de l'explosion initiale du GRB 221009A par les poussières de notre galaxie, a conduit à la formation d'anneaux en expansion. Ce "film" (en couleurs arbitraires) montrent ces anneaux formés par les rayons X detectés par le télescope Swift de la NASA. Il a été créé en combinant des images capturées sur une période de 12 jours. Crédit A. Beardmore de l'université de Leicester, NASA, Switf |
Découverte en 2009, l'exoplanète GJ1214b orbite autour d'une petite étoile située à seulement 40 années-lumière de nous. Avec une masse environ six fois supérieure à celle de la Terre et une atmosphère constituée d’hydrogène et d’hélium, elle est considérée comme un "mini-Neptune".
Une équipe de la NASA, en collaboration avec des chercheurs du CEA Paris-Saclay, ont pointé le JWST vers la planète en utilisant l'instrument MIRI, réalisé par le CEA Paris-Saclay, durant une quarantaine d’heures. Cette observation inédite a permis d'obtenir pour la première fois la courbe de phase d’une exoplanète avec MIRI, c'est-à-dire le suivi complet de la rotation de la planète autour de son étoile.
Suivre ainsi l'évolution de l'émission du système exoplanète-étoile, a permis à l'équipe de chercheurs de déterminer la température de la planète avec une très bonne précision, à 9° près : 280°C côté jour et 164°C côté nuit. En comparant les observations aux modèles d’atmosphères, les chercheurs en déduisent que 1. Le faible écart de température entre les deux faces en dépit du fait que la planète soit en rotation synchrone signifie qu’il y un bon échange d’énergie entre les faces dû à une atmosphère dense. 2. La relative faible température côté jour au regard de la proximité de la planète à son étoile indique qu’une grande partie du rayonnement stellaire est réfléchie par une couche d’aérosols en haute atmosphère de l’exoplanète. Le type d’aérosol avec une telle propriété n’a pas encore pu être déterminé. 3. L’atmosphère contient beaucoup d’éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium, probablement de l’eau en abondance.
Les résultats sont publiées dans la prestigieuse revue Nature.
Une équipe internationale de chercheurs a utilisé le télescope spatial James Webb de la NASA pour mesurer la température de l'exoplanète rocheuse TRAPPIST-1 b. Il s'agit de la première détection au monde de l’émission thermique d’une exoplanète rocheuse aussi petite et aussi "froide" que les planètes rocheuses de notre propre système solaire. TRAPPIST-1 b reçoit environ deux fois plus de quantité d'énergie que Venus reçoit du Soleil et en reçoit quatre fois plus que la Terre. Le résultat indique que le côté jour de la planète a une température d'environ 227 °C (500 kelvins) et suggère qu'elle n'a pas d'atmosphère significative. L’étude est co-signée par trois chercheurs du DAp et viennent d’être publiés dans la revue Nature ce lundi 27 mars.
La dernière pièce d'une longue aventure commencée en 2014 avec une expérience menée par l'Irfu et le RIKEN Nishina Center a été posée avec la publication d'un article contenant l'étude comparative de la corrélation dineutrons dans 11Li, 14Be et 17B [1]. Cet article publié dans Phys. Lett. B complète une série de publications sur le sujet [2,3] issues de la même expérience utilisant le dispositif MINOS conçu et construit à l'Irfu. Cette corrélation est proposée comme une caractéristique universelle des noyaux à halo borroméen.
L’European Research Council (Conseil européen de la recherche) vient d’annoncer les noms des lauréats de la bourse « Advanced Grant ». Cette édition 2023 récompense notamment deux chercheurs de la recherche fondamentale du CEA pour leurs travaux dans les domaines de l’astrophysique et en neuroscience. Anaëlle Maury est porteuse du projet PEBBLES. Ce projet consiste à développer une méthodologie novatrice pour caractériser les propriétés de la poussière autour de très jeunes étoiles en train de former leurs disques proto-planétaires. La poussière est l’un des éléments clefs dans les processus physiques régulant la formation des étoiles et de leurs cortèges planétaires, mais de récentes observations bouleversent les modèles utilisés jusqu’à présent pour décrire son évolution depuis les grains submicroniques aux graines de planètes. Observer et modéliser les propriétés des grains de poussières lors des phases les plus précoces de formation des disques promet ainsi de grandes découvertes sur les conditions menant à la formation de systèmes solaires tels que le nôtre. Grâce à PEBBLES, les équipes utiliseront de nouveaux modèles de poussières mieux adaptés à des milieux astrophysiques plus denses et les utiliseront en comparaison aux observations des missions spatiales et observatoires au sol depuis l’infrarouge jusqu’au millimétrique.
La collaboration ScanPyramids vient de publier (Nature communication) plusieurs images d’une pièce dont l’existence avait été démontrée en 2016 près de la face Nord de la pyramide de Kheops. L’exploration endoscopique de cette pièce a été rendue possible grâce à des mesures en imagerie muonique réalisées conjointement par une équipe des laboratoires de l'Irfu et de l’Université de Nagoya. Ces mesures ont en effet permis de localiser cette cavité avec une précision quasi-centimétrique, et révèlent l’extraordinaire potentiel de la muographie haute définition.
Ces travaux établissent que ce vide, baptisé initialement le NFC (pour North Face Corridor) est une pièce de 9,5 m de long et d’une section moyenne de 2 m x 2 m, avec un plafond en chevrons taillés. L’analyse muographique révèle également que cette chambre, très habilement cachée derrière un chevron extérieur, ne communique pas directement avec le Big Void découvert en 2017.
Cette cavité de près de 40 m3 est en tout cas la plus grande mise à jour dans la pyramide de Kheops depuis plus de 1000 ans.
Les anomalies des antineutrinos de réacteur sont une énigme en physique du neutrino qui dure depuis une dizaine d’années. Elles se manifestent par des déviations de l’ordre de quelques pourcents entre les mesures et les prédictions. Ces déviations ont été observées dans le nombre d’antineutrinos mesurés par plus d’une dizaine d’expériences auprès de réacteurs nucléaires, et dans la forme des distributions en énergie cinétique, par les sept plus récentes. Elles auraient pu être la voie vers une nouvelle physique au-delà du modèle standard, mais les expériences récentes, dont l’expérience STEREO portée par l’Irfu, ont refermé cette porte.
Dans un travail qui vient d’être publié dans Physical Review Letter [1], une équipe composée de physiciens de l’Irfu et du Laboratoire National Henri Becquerel de DRT a mis en évidence que ces anomalies pourraient provenir de biais dans les mesures d’électrons de fission ayant servi de référence à la prédiction. Ils ont développé un modèle de fonction force bêta permettant de réduire les biais dans le calcul des spectres d'énergie des électrons issus de la fission de noyaux fissiles des réacteurs. Les deux "anomalies" sur le flux des antineutrinos et la "bosse" à 5 MeV dans le spectre d'energie des antineutrinos sont désormais reproduits par leur modèle. Ceci permet donc de proposer une explication pour résoudre une énigme de plus de 10 ans.
Les résultats finaux de l’expérience Stereo viennent d’être publiés dans le journal Nature. Un record de précision est établi pour le spectre des neutrinos émis par la fission de 235U, mesuré entre 9 et 11m de distance du cœur du réacteur de l’ILL à Grenoble. L’hypothèse d’un neutrino stérile pour expliquer l’anomalie des neutrinos de réacteur est rejetée. La qualité de ces mesures directes en neutrino surpasse à présent celles des données nucléaires sous-jacentes qui décrivent les désintégrations bêta des produits de fissions. Stereo fournit à la communauté un spectre neutrino de fission corrigé de tous les effets de détection, qui servira de référence aux prochaines expériences auprès des réacteurs et qui pointe les biais résiduels des bases de données nucléaires.
L’expérience Stereo vient de boucler une belle aventure scientifique qui commence en 2011 avec la révélation par le groupe de l’Irfu de « l’anomalie des antineutrinos de réacteurs ». Les physiciens se retrouvaient avec un déficit significatif de 6% entre le flux de neutrinos mesuré auprès des réacteurs et le flux prédit. L’histoire des sciences nous a assez enseigné la potentielle richesse des nouveaux phénomènes qui peut se cacher derrière une anomalie. En l’occurrence ce qui se tramait ici était l’existence possible d’un nouveau type de neutrino qui ouvrirait un secteur de physique au-delà du modèle standard. Sans aucune interaction directe avec la matière, ce neutrino, qualifié de « stérile », pourrait cependant se mélanger avec les neutrinos « standards» et trahir ainsi son existence à travers … un déficit de taux de comptage dans nos détecteurs.
