Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers

Le projet Iseult dévoile ses premières images de cerveau obtenues grâce à l’IRM à 11,7 teslas, après presque 25 ans de travail. Une première mondiale rendue possible grâce à l’investissement de plus de 200 salariés CEA qui y ont cru dès les premiers instants à ce projet extrêmement ambitieux.

Au début des années 2000, un projet franco-allemand est lancé pour développer l’imagerie à très haute résolution. L’un des objectifs est de construire un imageur dont la pièce maitresse est un aimant supraconducteur atteignant 11,7 teslas avec une ouverture de 900 mm, mais aucun fabricant d’IRM ne veut se lancer seul dans cette folle aventure. Fort de son expérience et de ses compétences dans les aimants supraconducteurs acquises depuis 40 ans (notamment pour le Cern ou la fusion), le CEA décide de relever le défi et propose dès 2006 un premier design avec des solutions technologiques innovantes, avant de fabriquer et tester de nombreux prototypes et finalement débuter la fabrication de l’aimant en 2010. Il faudra 7 ans pour que les équipes du CEA et d’Alstom (maintenant General Electric) finalisent la construction de cet aimant hors norme, un colosse de 132 tonnes, 5 mètres de long, 5 mètres de diamètre, composé de 182 km de fils supraconducteurs refroidis à -271,35°C grâce à 7 500 litres d’hélium à l’état superfluide.

Pour dévoiler ce mystère, plusieurs équipes aux compétences diversifiées du Département d’Astrophysique ont dû se réunir, car l’architecture qui unie l’étoile à sa planète est très complexe. Il fallait fusionner une compréhension fine de la physique stellaire et planétaire, en explorant leurs interactions, et avoir une connaissance approfondie des observations du satellite Kepler (NASA) pour en être capable d’en déchiffrer les données. 

L’étude démontre que la rareté observée semble découler non pas d'un biais observationnel, mais plutôt de causes physiques. Les effets de marée et le magnétisme suffisent à expliquer qualitativement et quantitativement la migration des planètes proches autour des étoiles à rotation rapide. De surcroît, cette migration semble être dépendante du type spectral (qui dépend fondamentalement de la masse) de l’étoile. Bien que ces résultats soient prometteurs, il est néanmoins nécessaire d’élargir la taille de l’échantillon pour mieux contraindre la pénurie et mieux comprendre les mécanismes en jeu. En particulier, cette étude souligne l’importance de considérer le type spectral des étoiles (leurs masses) si l’on veut correctement modéliser les interactions étoile-planète.

Ce travail fait l’objet d’une publication dans la revue Astronomy & Astrophysics.

LISA (Laser Interferometer Space Antenna), la mission large de l’Agence Spatiale Européenne qui explorera l’Univers en observant les nombreuses sources d’ondes gravitationnelles a été adoptée jeudi 25 janvier par le Comité des Programmes Scientifiques de l’ESA, c’est-à-dire que le concept et la technologie sont reconnus comme suffisamment avancés pour que la construction de l’instrument et des satellites puissent débuter. Le lancement est prévu pour 2035. 

Cette mission révolutionnera l’astrophysique, la cosmologie et la physique fondamentale grâce à 3 satellites orbitant autour du Soleil formant un triangle de 2,5 millions de km de côté pour détecter les ondes gravitationnelles émettant dans la bande du millihertz telles que les systèmes binaires de trous noirs supermassifs. Ces 3 satellites s’échangent des faisceaux laser pour détecter par interférométrie des variations de distance de l’ordre de la dizaine de picomètres induites par les ondes gravitationnelles. L’Irfu est fortement impliquée dans le projet LISA et contribue à la fois sur l’instrument, l’analyse de données et la science des sources. Elle est en charge du simulateur de masses de référence et de la structure stable pour le test du cœur interférométrique, de l’analyse des alertes, d’une contribution sur l’analyse globale et du co-pilotage du projet pour la France. Elle prépare également l’exploitation scientifique et en particulier les tests associés à la physique fondamentale, l’étude de l’Univers primordial et l’étude des champs magnétiques dans les systèmes binaires de naines blanches.

Une équipe internationale, dont fait partie le Département d’Astrophysique du CEA-Saclay, dirigée par l'Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA), a utilisé l'un des spectrographes les plus avancés au monde pour détecter les plus petits "tremblements stellaires" jamais enregistrés dans une étoile naine orange, ce qui en fait l'étoile la plus petite et la plus froide observée à ce jour avec des oscillations solaires confirmées. Cette étude démontre que l’astérosismologie est une technique puissante pour étudier de telles étoiles, ouvrant de nouvelles perspectives dans notre compréhension de la physique stellaire et, par la même occasion, des exoplanètes.

Cette étude fait l’objet d’une publication dans le journal Astronomy & Astrophysics Letters : “Expanding the frontiers of cool-dwarf asteroseismology with ESPRESSO: Detection of solar-like oscillations in the K5 dwarf ε Indi”.

Un aimant hybride, capable de générer 43 teslas dans un diamètre de 34 mm par la combinaison d’aimants résistifs placés au centre d’un aimant supraconducteur, est développé par le LNCMI en collaboration avec l’Irfu. L’aimant supraconducteur a passé avec succès toutes les validations après près de 15 années de travail de conception, réalisations, assemblage et installation sur site. Trois phases de refroidissement ont été nécessaires pour valider l’ensemble de la bobine supraconductrice à 1,8 kelvin pour un courant nominal de 7 150 ampères : une belle réussite pour un projet qui a nécessité de longues phases d’études pour assurer la sécurité du fonctionnement Hybride. Pour résoudre ces besoins de sécurité, des innovations technologiques ont été nécessaires, dont l’une a fait l’objet d’un brevet. Les équipes se concentrent maintenant sur la montée en puissance du champ magnétique pour atteindre les 43 T avec les aimants résistifs sous la responsabilité du CNRS. 

Les aimants hybrides sont des technologies cruciales pour de nombreux développements, notamment celui des technologies d’inserts HTS dont les applications sont multiples, de la fusion à la recherche de la matière noire. Or au monde, il n’existe que deux stations d’essais qui proposent un champ magnétique de plus de 40 T en champ permanent (USA et Chine).

Le grand relevé de galaxies DESI, qui utilise le télescope Mayall de 4m au Kitt Peak Observatory (Arizona), a commencé ses observations en mai 2021 et publie aujourd'hui l’analyse cosmologique de de sa première année de prise de données. DESI est un spectrographe multifibre qui, à chaque pointé, mesure le spectre de la lumière provenant de 5000 objets astrophysiques simultanément. Les données collectées permettent de dresser une carte tridimensionnelle de l’Univers. Des méthodes statistiques sont ensuite appliquées à cette carte pour en déduire comment l’expansion de l’Univers a évolué au cours des 11 derniers milliards d’années de son histoire alors que l’Univers est âgé de 13,8 milliards d’années. Pour faire cette analyse, les scientifiques s’appuient sur le phénomène physique des oscillations acoustiques baryoniques, des ondes de pression qui se sont propagées dans le plasma primordial et qui ont laissé un motif particulier dans la distribution de la matière que nous observons. Ce motif se traduit par le fait que la distance séparant deux galaxies montre un excès de probabilité à une valeur particulière. En mesurant cette distance caractéristique pour plusieurs types de galaxies différents, la collaboration DESI a ainsi mesuré l’histoire de l’expansion de l’Univers au cours de 11 derniers milliards d’années. L’analyse fine de ces données permet de préciser notre compréhension de l’Energie sombre, dont la nature est encore inconnue et qui est responsable de l’accélération de l’expansion de l’Univers. En particulier, les résultats de DESI tendent à montrer que l'Énergie sombre pourrait ne pas être décrite par une constante cosmologique mais qu’elle aurait évolué au cours du temps.

lien vers les articles :  https://data.desi.lbl.gov/doc/papers/

Pour la première fois, une expérience a fourni des observations clés sur la spectroscopie des noyaux non liés d’oxygène (nombre de protons Z = 8) riches en neutrons, l’oxygène 28 (N = 20) et son isotope voisin à N = 19, l'oxygène 27.  Ils ont été produits dans des réactions à haute énergie et observés par la détection directe de leurs produits de décroissance, ²⁴O et trois ou quatre neutrons. L’étude montre qu’il est possible de contraindre les paramètres des interactions ab initio à partir des différences en énergie des états observés par rapport au dernier isotope lié – l’²⁴O (N = 16). Ces résultats inédits ont été publiés dans la revue Nature [Nat23]. 

Du fait de la complexité de l’étude de noyaux non liés, un dispositif exceptionnel a été mis en œuvre auprès de l’installation de faisceaux d'ions radioactifs la plus performante au monde : RIBF au Japon. Les données ont été obtenues par une collaboration internationale (Samurai21) d'une centaine de physiciens (36 laboratoires) notamment une équipe* de physiciens de l'Irfu qui a mis en opération un détecteur-clé pour les mesures, Minos. L'expérience réalisée sur l'aire Samurai de l'installation RIBF (Radioactive Ion Beam Factory) de RIKEN au Japon était pilotée par les groupes de physiciens de Titech (Tokyo Institute of Technology) et les équipes de RIKEN-RIBF.