Le premier magnetar extragalactique découvert par INTEGRAL! Un événement transitoire unique a été détecté par le satellite INTEGRAL: jusqu’à présent le magnetars, étoiles à neutrons au champ magnétique hyper puissant, n’étaient connus que dans notre galaxie. INTEGRAL, avec l’aide de XMM et d’observatoires au sol, a découvert un magnetar dans la galaxie M82!

Retour sur la détection de ce "giant flare" seulement le 4ème en 50 ans d’observations! (article publié Nature)

Pendant que le satellite de l’ESA INTEGRAL était en train d’observer la région de l’amas de galaxies de la Vierge en Novembre 2023, le télescope IBIS/ISGRI a soudainement détecté un signal gamma très bref, d’une durée d’un dixième de seconde (fugure ci contre). Grâce au INTEGRAL Burst Alert Sytem (IBAS), qui analyse les données d’ISGRI en temps réel au centre de données d’INTEGRAL (ISDC), une alerte a été émise seulement 13 secondes après l’évènement et les astronomes d’astreinte, dont Diego Götz du DAp, ont rapidement réalisé que cet évènement énergétique était associé à la galaxie M82.

La question qui s’est posée par la suite était : quel est la nature de l’objet à l’origine de l’impulsion gamma. Est-ce un sursaut gamma court (issu de la coalescence de deux étoiles à neutrons) ou bien un giant flare d’un magnetar (étoile à neutrons avec un champ magnétique très élevé) ?

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/

MISE A JOUR [26/03/2024] : La procédure de dégivrage des optiques d'Euclid a donné des résultats bien meilleurs que prévu. Le principal suspect de la vision trouble de l’instrument VIS d’Euclid était le miroir le plus froid derrière l'optique principale du télescope. Après l’avoir réchauffé de 34 degrés seulement, passant de -147°C à -113°C, a été suffisant pour que toute l’eau glacée s’évapore. Presque immédiatement, Euclid a retrouvé la vue avec 15 % de lumière en plus en provenance de l'Univers ! Les scientifiques et les ingénieurs ont ainsi pu déterminer avec précision où la glace s'était formée et où elle était susceptible de se former à nouveau. Pour en savoir plus, lire la page ESA. 

Quelques couches de glace d'eau - ayant la largeur d'un brin d'ADN - commencent à affecter la vision d'Euclid ; un problème courant pour les engins spatiaux dans le froid glacial de l'espace, mais un problème potentiel pour cette mission très sensible qui nécessite une précision remarquable pour étudier la nature de l'Univers sombre. Après des mois de recherche, les équipes d'Euclid à travers l'Europe, dont fait partie le CEA-Saclay, ont élaboré une nouvelle procédure conçue pour dégivrer l'optique de la mission, qui consiste à chauffer les miroir de manière indépendante. La campagne s’est déroulée comme prévue et, s’il faut encore attendre pour établir avec certitude son efficacité, les analyses préliminaires sont encourageantes.

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.

Le télescope spatial James Webb a réalisé un nouveau portrait de l'atmosphère de l'exoplanète WASP-39b, une "Saturne chaude" située à quelque 700 années-lumière. Après les premières observations en proche infrarouge en 2022, qui ont permis de révéler pour la première fois la présence de dioxyde de soufre (SO₂) dans l'atmosphère d'une exoplanète, elle a été de nouveau observée en 2023, mais cette fois en infrarouge lointain, à l'aide du spectromètre MIRI. Cette nouvelle observation a permis à l'équipe de chercheurs internationale, comprenant le Département d'Astrophysique de Saclay, de confirmer la présence de cette molécule dans l'atmosphère de WASP-39b et de contraindre son abondance. Cette étude récente démontre que la photochimie façonne l'atmosphère de WASP-39b sur une large plage de longueurs d'onde.

Cette étude a été publiée dans la préstigieuse revue Nature

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.

La Royal Astronomical Society a annoncé aujourd'hui que leur prestigieux Group Achievement Award a été décerné à l'équipe internationale qui a développé l'instrument Mid InfraRed (MIRI) pour le télescope spatial James Webb (JWST). Ce prix récompense l'impressionnante réussite de l'équipe, qui a su mener à bien un projet international aussi long et complexe, ainsi que permettre des résultats scientifiques impressionnants émergeant de MIRI. 

MIRI est le fruit d’une collaboration entre l’Europe et les Etats-Unis d’Amérique (figure 2). L’équipe qui a conçu et développé l’instrument MIRI du JWST, a été dirigé par Gillian Wright du Royal Observatory of Edimburgh (ROE) et de George Rieke de l’Université d’Arizona. MIRI, seul instrument du télescope spatial à travailler dans l’infrarouge moyen, entre 5 et 28 microns, est formé d’un spectrographe, MRS (MIRI medium-resolution spectrometer), et d’un imageur, MIRIm (figure 1). Sous l'égide du CNES, le département d'astrophysique du CEA-Irfu, fort d'une expertise étendue dans le domaine de l'infrarouge moyen depuis les années 1980, a assuré la maîtrise d’œuvre de MIRIm. 

Le 8 novembre 2023, le Comité des Programmes Scientifiques (SPC) de l'ESA a approuvé l'évolution de la mission Athena (Advanced Telescope for High-Energy Astrophysics), désormais nommée NewAthena, et a confirmé son statut de mission phare du programme Cosmic Vision de l'ESA.

Positionnée comme pionnière dans le domaine de l'astrophysique des rayons X pour les prochaines décennies, NewAthena permettra à la communauté astronomique de réaliser des avancées scientifiques majeures dans notre compréhension de l'univers chaud et énergétique. Les principaux thèmes scientifiques comprennent l’évolution des structures de l'univers, la croissance et l'impact des trous noirs supermassifs à travers le temps cosmique, ainsi que de nombreux domaines astrophysiques pour lesquels l’observatoire en rayons X NewAthena apportera des données uniques.

L'adoption formelle de NewAthena est prévue en 2027, en vue d'un lancement en 2037.

Barbara Perri, astrophysicienne au Département d’Astrophysique de l’Irfu et experte en météorologie de l’espace, est lauréat d’un contrat ANR ASTRID (Accompagnement Spécifique des Travaux de Recherches et d’Innovation Défense) pour le projet WindTRUST dont l’objectif est de prédire l’activité solaire afin de s’en protéger.

Le projet WindTRUST repose sur l’amélioration des simulations numériques du milieu entre le Soleil et la Terre, en particulier le lien encore mal compris entre l’atmosphère magnétique du Soleil et son vent rapide de particules énergétiques.

Une équipe internationale pilotée par des chercheurs français, dont ceux du DAp, publie le 28 novembre 2023 dans l’Astrophysical Journal une compilation de 340 pulsars vus en rayons gamma (30 MeV – 30 GeV) avec le télescope spatial LAT sur le satellite Fermi de la NASA.

Avant la mise sur orbite de Fermi en 2008, seulement 11 pulsars étaient connus en rayons gamma. Ce nouveau catalogue réunit la totalité des caractéristiques de tous les pulsars gamma connus. Il contient une richesse d’information sur les mécanismes, mal connus aujourd’hui, de comment se génèrent les faisceaux des pulsars. Cette mine d’informations centralisées favorise l’exploration de nouvelles pistes pour les théoriciens qui essaient de comprendre ces phénomènes.

Astrophysical Journal Supplement 2023, Smith et al, The Third Fermi Large Area Telescope Catalog of Gamma-ray Pulsars

Antoine Strugarek, astrophysicien au Département d’Astrophysique de l’Irfu, est lauréat d’un contrat ERC Consolidator. Le coeur de son projet ExoMagnets est la compréhension du couplage magnétique entre une exoplanète et son étoile et donc du champ magnétique des exoplanètes, ce dernier étant primordial pour l’habitabilité d’une planète.

Le projet ExoMagnets a pour ambition de développer de nouvelles théories et des simulations à haute performance en utilisant les infrastructures de calcul exa-scale à venir afin d'exploiter les observations existantes et futures du magnétisme des exoplanètes lointaines.

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, 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).

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.

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.

Le télescope Fermi-LAT poursuit son relevé systématique en rayons γ

Le satellite Fermi de la NASA a été lancé en juin 2008, et le télescope Fermi-LAT effectue un relevé systématique en rayons γ d’énergies proches du GeV couvrant la majorité du ciel toutes les 3 heures (et tout le ciel en au plus une semaine) depuis août 2008.

La question de notre place dans l’Univers : "où sommes-nous dans l’Univers ?" est une question fascinante, à l’origine de l’une des sciences parmi les plus anciennes : la Cosmographie, la cartographie du Cosmos. Grâce à une méthode fondée sur l'étude des champs de vitesses des galaxies mesurées par différents télescopes, les cosmographes, constitués d’une équipe de chercheurs du CEA, de l’université de Hawaii et de l’université du Queensland, reconstruisent la toile cosmique de notre Univers proche et y dévoile son architecture révélant de grandes structures de superamas de galaxies, mais aussi de grands vides, façonnés par la gravitation [1].

Daniel Pomarède, de l’Irfu, est en charge de la cartographie des catalogues Cosmicflows et de leur visualisation 3D et interactive depuis 2010. Entre 2014 et aujourd’hui, leur catalogue est passé de 8000 à 30 000 galaxies et la carte s’agrandit avec l’inclusion d’un catalogue de galaxies mesuré par la collaboration SDSS [2].

Avec leur dernier catalogue Cosmicflows-4, ils viennent de découvrir une immense bulle de galaxies, un nouveau fossile des débuts de notre Univers, datant de la même époque que le rayonnement fossile du fond diffus cosmologique. C’est la première fois qu'un vestige d’une onde, témoin de l’univers primordial, a été mesuré individuellement dans la distribution des galaxies. 

Ces résultats viennent de paraitre dans The Astrophysical Journal.

“Ho’oleilana: An Individual Baryon Acoustic Oscillation?” by R. Brent Tully, Cullan Howlett, and Daniel Pomarède, The Astrophysical Journal, Volume 954, Number 2 https://doi.org/10.3847/1538-4357/aceaf3 

Le satellite Euclid, lancé de Cap Canaveral le 1er juillet,  voyage pour atteindre son orbite au deuxième point de Lagrange qu’il devrait atteindre début août. Ce temps de transit a été mis à profit pour mettre Euclid en service, en vérifiant les services du satellite tels que les communications, l'alimentation et le pointage, puis les deux instruments VIS et NISP, ainsi que le réglage de la mise au point du télescope. Les équipes chargées des instruments viennent de publier les premières images "brutes" (sans traitement) pour marquer la réussite de la mise en service des instruments.

Marc Sauvage (astrophysicien au DAp/Irfu et un des deux représentants francais au conseil du consortium d'Euclid) :"Ces images correspondent parfaitement à ce que nous avions simulé, mais dans une simulation on sait que tout ce qu’on voit à été mis là exprès, donc d’une certaine façon c’est sans surprise. Là, tout ce qu’on voit est réel, rien de ce qu’on voit n’était connu à ce niveau de détail, ça nous donne envie de regarder dans tous les coins, d’agrandir tout pour voir le plus de détails possibles. Et comme il y a énormément de détails rien que sur ces deux images, ça en devient vertigineux!"

Michel Berthé (chef de projet Euclid au DAp/Irfu): « Je suis réellement émerveillé par la beauté de ces images et la quantité d’information que l’on peut y trouver. Nous ne sommes qu’au tout début de l’analyse de ces premiers résultats mais ceux-ci sont déjà très prometteurs.

Toutes les équipes du CEA qui ont travaillé depuis plus de 10 ans à le conception, la réalisation et aux essais des éléments que nous avons fournis pour les 2 instruments VIS et NISP sont particulièrement fières ce ces premiers résultats qui démontrent le fonctionnement nominal de nos fournitures ainsi que de l’ensemble du satellite »

Samedi 1er juillet 2023, le satellite Euclid a été lancé par une Falcon 9 de SpaceX depuis la base spatiale de Cap Canaveral en Floride. Euclid est maintenant en route pour le second point de Lagrange à 1,5 million de kilomètres de la Terre où il observera pendant 6 ans des milliers de galaxies.

Lire le communiqué de presse

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

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.

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. 

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.

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.

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.

Les magnétars sont des étoiles à neutrons connues pour leur grande variété d’émissions électromagnétiques provenant de la dissipation de leurs champs magnétiques extrêmes, lesquels sont les plus forts connus dans l’Univers et peuvent atteindre 10¹⁵ Gauss, soit 10 milliards de fois celui de l’aimant le plus fort créé par l’être humain.
Comment ces champs magnétiques ont-ils pu se former ? C’est là une des questions ouvertes à laquelle une équipe franco-allemande menée par l’équipe supernovae du Département d’Astrophysique (DAp) du CEA Paris-Saclay, a récemment essayé de répondre en proposant une modélisation numérique d’un nouveau scénario de formation des magnétars dans une étude publiée dans le journal scientifique « Astronomy and Astrophysics ».
Ce scénario soutient que la matière retombant sur l’étoile à neutrons quelques secondes après sa formation peut déclencher un effet dynamo dit de Tayler-Spruit qui amplifierait son champ magnétique, et ce indépendamment de sa vitesse de rotation initiale. La modélisation de ce scénario retrouve l’intensité mesurée des champs magnétiques des magnétars. Cette étude constitue donc un pas de plus vers la compréhension de ces objets atypiques.

Le CEA a livré au CNES la version de vol du logiciel de l’instrument ECLAIRs pour le satellite SVOM. Cela conclut une phase de développement instrumental important conduit par le CEA pendant 6 ans pour produire l’un des logiciels les plus complexes jamais embarqués sur un instrument scientifique spatial français. Cette version du logiciel équipera le calculateur de bord d’ECLAIRs lors de son départ vers la Chine en début d’année 2023. Il servira dès les tests d’intégration du satellite à Shanghai en prévision du lancement en fin d’année 2023. Ce logiciel analysera en temps-réel les données de l’instrument en vol pour détecter des sursaut gamma et les localiser à mieux de 12 arcmin sur le ciel, afin de réorienter automatiquement le satellite pour effectuer des observations de suivi et d’alerter la communauté scientifique.

Le Soleil est une étoile magnétique, dont l’activité intense a un impact direct sur notre société moderne et technologique. Actuellement modulée par un cycle de 11 ans, en a-t-il toujours été ainsi, et cet état cyclique du magnétisme solaire perdurera-t-il au cours de son évolution?

Il se trouve que le freinage des étoiles s'arrêterait au lieu de continuer à ralentir comme on s'y attendrait. Qu’est ce qui change dans une étoile pour expliquer l’arrêt de cette décélération ?

Afin de répondre à cette question clé concernant notre étoile, une équipe internationale, dont des chercheurs du DAp-AIM, a mené à bien trois études, basées sur des observations et des simulations numériques HPC magnéto-hydrodynamiques multidimensionnelles sur les supercalculateurs GENCI du TGCC et de l’Idris, sur l’origine du magnétisme et de la rotation du Soleil et des étoiles de type solaire (via le mécanisme physique dit de dynamo fluide) dans une approche « Soleil au cours du temps ». Ces études, après plus de 5 années de développement de codes et des millions d’heures de calculs, ont mis en évidence le rôle essentiel d’un paramètre, appelé le nombre de Rossby, pour caractériser non seulement les propriétés de rotation interne des étoiles mais surtout la nature de leur magnétisme sur les temps séculaires.

Le Conseil Européen de la Recherche (ERC) vient de décerner une prestigieuse bourse Synergie à l’astrophysicien Stéphane Mathis du CEA/Irfu. Avec Conny Aerts (KU Leuven, Belgique, qui coordonne le projet), Michel Rieutord (Université de Toulouse), et Aaron Dotter (Dartmouth College, USA), ils reçoivent près de 10 millions d’euros pour 6 ans, pour leur projet 4D-STAR qui développera des modèles numériques tridimensionnels innovants d’étoiles magnétiques en rotation le long de leur évolution.

Les bourses synergie de l’ERC récompensent des projets ambitieux ayant pour objectif de résoudre les problèmes de recherche les plus ardus au monde impliquant plusieurs disciplines scientifiques. Dans le cas du projet 4D-STAR, il s’agit de l’astronomie, de la physique théorique, de la mécanique des fluides, des mathématiques appliquées et du développement de codes numériques scientifiques à haute performance.

Pour la 16ème édition du Prix Jeunes Talents France, la Fondation L’Oréal a récompensé 35 brillantes jeunes chercheuses sélectionnées en France parmi 660 candidatures éligibles par un jury d’excellence composé de 28 chercheurs de l’Académie des sciences. Au département d'astrophysique de l'Irfu, Elsa Ducrot a reçu ce prix pour la physique. 

En septembre 2017 Elsa a démarré une thèse à l’Université de Liège sur la recherche de planètes potentiellement habitables en orbite autour d’étoiles ultra-froides. Elsa nous explique; "Ces étoiles sont actuellement les hôtes les plus favorables pour l’étude de planètes rocheuses situées dans la zone habitable de leur étoile et en transit (qui passent devant leur étoile du point de vue de l’observateur) avec des télescopes spatiaux tel que le James Webb Space Telescope. Le système exoplanètaire TRAPPIST-1 (découvert par l’université de Liège l’année de mon début de thèse !), composé de 7 planètes rocheuses, est une cible de choix."

Au cours de sa thèse, Elsa a analysé de milliers d’heures d’observation du système TRAPPIST-1 depuis le sol et depuis l’espace, qui ont permis de déduire avec précision les rayons et masses des 7 planètes. Elle a pu aussi participer à la découverte de plusieurs nouvelles planètes autour d’étoiles ultra-froides.

La mission spatiale LISA (Laser Interferometer Space Antenna), menée conjointement par l’Esa et la Nasa, permettra d’observer les ondes gravitationnelles depuis l’espace. Après son lancement prévu aux alentours de 2035, LISA observera dans le domaine des basses fréquences du spectre gravitationnel encore non exploré et capturera ainsi le signal gravitationnel en provenance de sources qui, à l’heure actuelle, ne sont pas résolues dans la gamme des hautes fréquences des détecteurs au sol tels que Virgo, LIGO, KAGRA, ou encore GEO600. LISA tire ainsi partie de la longueur de sa base de 2.5 millions de kilomètres à comparer par exemple à la base de 4 kilomètres de Virgo. Parmi ces nouvelles sources d’ondes gravitationnelles, les plus représentées seront les binaires galactiques, dont le nombre de détections devrait s’élever à plusieurs dizaines de milliers. Les binaires galactiques sont des systèmes doubles composés d’étoiles à neutrons ou de naines blanches dans différentes combinaisons. Dans la gamme des basses fréquences observées par LISA, les binaires galactiques seront détectées pendant la phase spiralante, soit plusieurs milliers d’années avant la fusion qui sera captée par les détecteurs au sol. Cette phase spiralante permet de caractériser les signatures des effets de la structure et de la dynamique internes des composantes des binaires galactiques sur la forme des ondes gravitationnelles peuvent potentiellement être détectables sur la durée nominale de la mission. LISA permettra donc de comprendre l’état de la matière au sein des objets compacts composant les systèmes binaires galactiques, leur déformabilité ou encore leur magnétisme, au travers de l’évolution séculaire de ces systèmes. Dans une étude tout juste publiée dans la revue Physical Review D (DOI : https://doi.org/10.1103/PhysRevD.105.124042), une équipe constituée des membres du SYRTE à l’Observatoire de Paris et du LDE3 du DAp/Irfu au CEA, a démontré que l’effet du magnétisme au sein d’un système binaire galactique pourrait être mesuré par LISA.

Dans le cadre des activités de soutien à la science de Solar Orbiter et en conjonction avec la bourse ERC Synergy WholeSun, des chercheurs du CEA Paris-Saclay, ainsi qu'une collaboration internationale, ont développé des simulations numériques avancées pour étudier la formation de structures à la base du vent solaire. Ces simulations permettent d´étudier l'interaction de la convection à la surface solaire avec le champ magnétique. Elles révèlent ainsi l’apparation de structures magnétiques torsadées qui peuvent participer à la création de switchbacks.

L’origine des rayons cosmiques Galactiques, leur source d’énergie et leur processus d’accélération soulèvent de nombreuses questions plus de 100 ans après leur découverte par Victor Hess en 1912. Quelles sont leurs sources d’accélération et d’énergie ? Quels sont les mécanismes d’accélération et leurs propriétés ?
Si ce ne sont pas les seules sources envisagées, les chocs forts dans les restes de supernova constituent l’un des lieux privilégiés d’accélération qui permettent d’accélérer les particules par le mécanisme d’accélération diffusive. De plus, si une fraction de 10-20% de l’énergie cinétique du choc est ponctionnée pour accélérer les particules, le taux de supernova dans notre Galaxie peut rendre compte de l’énergie requise pour maintenir la population de rayons cosmiques Galactiques.
Les observations en rayons X, quant à elles, ont l’avantage de pouvoir cartographier finement les lieux d’accélération. Et, intérêt majeur, elles renseignent à la fois sur les propriétés du plasma thermique chauffé à des millions de degrés et sur celles du plasma non-thermique d’électrons accélérés à des énergies très élevées de l’ordre du téraélectron-volt. Elles offrent ainsi des clés à la compréhension des mécanismes d’accélération au choc, et spécifiquement de leur rétroaction et de leur dépendance au champ magnétique.

Neuf mois après son lancement, le télescope spatial James Webb  fournit des images inédites d’une exoplanète, les premières jamais obtenues dans l’infrarouge moyen. Ce type d’images doit révolutionner notre connaissance des mondes extrasolaires. Une équipe d’astronomes français a été impliquée dans les observations de cette planète et dans la conception des coronographes du télescope. 

Lancé le 25 décembre 2021, le James Webb a terminé sa phase de tests en Juillet 2022. Les programmes scientifiques ont depuis débuté et produisent déjà leurs premiers résultats, dont la première image d’une exoplanète obtenue dans l’infrarouge moyen,  HIP 65426 b. Il s’agit d’une  exoplanète géante très jeune, d’environ 15 millions d’années, située à 90 unités astronomiques de son étoile. D’une masse estimée à environ 7 masses de Jupiter, elle avait été découverte avec l’instrument européen Sphere au Very Large Telescope en 2017. Les instruments du James Webb rendent désormais possible son observation directe dans l’infrarouge. 

La collaboration H.E.S.S. a mené depuis plusieurs années une vaste campagne d’observations pour couvrir plusieurs centaines de parsecs autour du centre Galactique. Cette campagne d’observations coordonnée par un membre de l’Irfu/DPhP a pour but d’atteindre la meilleure sensibilité possible pour la recherche de signaux de matière noire et d’éjecta de matière provenant de Sagittarius A*. Les résultats sur la recherche de matière noire menée par une équipe de l’Irfu/DPhP ont été soumis à la revue Physical Review Letters. La région centrale de notre galaxie, la Voie Lactée, abrite de nombreuses sources astrophysiques émettant des rayons gamma aux très hautes énergies (>100 GeV). Parmi elles, se trouvent le trou noir supermassif Sagittarius A* susceptible d’être à l’origine de l’accélération de rayons cosmiques à des énergies du pétaelectronvolts (1 PeV = 10⁶ GeV), ou encore la base des bulles de Fermi, deux structures géantes en forme de lobes s’étendant sur plus de 10 kiloparsecs (1 parsec = 3,26 années-lumière = 3.085x10¹⁶ m) de part et d’autre du disque Galactique dont l’origine est encore inconnue. La région centrale de notre galaxie est également prédite comme la source la plus brillante d’annihilation de particules de matière noire et est un lieu privilégié pour tenter d'en comprendre la nature.

Comprendre le processus de formation d'étoiles est une question ouverte majeure de l'astrophysique contemporaine. C'est en effet le processus qui contrôle l'évolution des galaxies depuis leur naissance, transformant progressivement leur gaz interstellaire en étoiles et l'enrichissant en éléments lourds et grains de poussière. C'est aussi la formation d'étoiles qui est à l'origine de la formation des systèmes planétaires et de l'apparition de la vie. Ce processus est cependant complexe et encore très mal compris. Il implique en effet la compréhension d'une série d'instabilités hydrodynamiques amenant à l'effondrement d'un nuage moléculaire, dans lequel la gravité, le champ magnétique et la chimie jouent un rôle central. De plus, la rétroaction, c'est à dire le rayonnement ionisant et le vent des étoiles massives nouvellement formées, a pour effet de détruire le reste du nuage moléculaire et d'ainsi inhiber la formation d'étoiles au bout de quelques millions d'années. Cette rétroaction est un élément clef, mais il est encore mal compris.

Des scientifiques du laboratoire CosmoStat au CEA ont produit au sein de la collaboration internationale UNIONS (Ultraviolet Near Infrared Optical Northern Survey) l’un des plus grands jeux de données de galaxies déformées par l’effet de lentille gravitationnelle faible, riche de 100 millions de galaxies. Cette nouvelle collection est basée sur des milliers d’images profondes de la voûte céleste de l'hémisphère nord, capturées par une caméra construite au CEA, MegaCam, montée sur le Télescope Canada-France-Hawaii (CFHT). Trois nouvelles publications présentent des cartes de matière noire de la toile cosmique, exploitant  les régions à forte densité pour mesurer des propriétés de la matière noire qui sont toujours peu connues à ce jour. Dans un futur proche, ces observations nécessaires à la mission Euclid de l’ESA aideront ce télescope spatial Européen à cartographier avec une technique similaire la toile cosmique à une résolution sans précédent pour dériver les propriétés de l'énergie noire, toutes aussi mystérieuses.

Alors que les supernovae de type Ia sont considérées comme des explosions très symétriques, l’explosion dans un système binaire serré composé de deux naines blanches révise ce paradigme. Une équipe internationale (Japon, Canada, France), dont une chercheuse du Département d’Astrophysique/Laboratoire AIM du CEA Paris-Saclay, publie une étude dans la revue The Astrophysical Journal qui révèle que les structures asymétriques distinctives d’une telle supernova laissent des empreintes post-mortem dans la morphologie de la matière éjectée. Ces signatures morphologiques perdurent et sont observables dans une phase avancée des restes de supernova. Ces résultats ouvrent la possibilité d’identifier et de caractériser le scénario d’explosion de ce type de supernovae.

Le 28 au soir, on pouvait lire sur le blog de la NASA: "C'est officiel, l'alignement du télescope spatial James Webb de la NASA est maintenant terminé"!

Dire que tous les instruments du télescope spatial James Webb sont parfaitement alignés, signifie que les optiques des intruments et du miroir primaire sont bien reglées. Les images sont déjà époustouflantes alors que la phase de réglage de tous les élements du télescope n'est pas encore terminée.

Pour ce test, le telescope Webb  a pointé vers une partie du Grand Nuage de Magellan fournissant un champ dense de centaines de milliers d'étoiles sur tous les capteurs des instruments. Les trois instruments d'imagerie de Webb sont NIRCam (images ci dessous à une longueur d'onde de 2 microns), NIRISS (image à 1,5 micron) et MIRI (image à 7,7 microns). MIRI détecte la lumière dans une plage d’énergie inférieure (ou longueur d'onde plus grande) à celle des autres instruments, révélant l'émission des nuages interstellaires ainsi que la lumière des étoiles. 

Ces images sont utilisées pour évaluer la netteté de l'image, mais aussi pour mesurer et étalonner avec précision les distorsions subtiles de l'image et les alignements entre les capteurs de l'instrument dans le cadre du processus d'étalonnage global de l'instrument Webb.

Les archives d’observations de 25 Jupiters chaudes par le télescope spatial Hubble de la NASA/ESA ont été analysées par une équipe internationale d'astronomes de University College London, du CEA et du CNRS. Cette nouvelle analyse d'un jeu de données capturées au cours de ces 10 dernières années et cumulant plus de 600 heures d’observations par Hubble ainsi que 400 heures par Spitzer, a permis de répondre à cinq questions importantes à notre compréhension des atmosphères d’exoplanètes. L'équipe a notamment constaté que la présence d'oxydes et d'hydrures métalliques dans les atmosphères d'exoplanètes les plus chaudes était clairement corrélée au fait que ces atmosphères étaient thermiquement inversées.

Les équipes françaises des télescopes ECLAIRs et MXT, instruments au cœur de la mission SVOM, ont vécu courant mars 2022 un moment important. Tout d’abord une revue générale des deux projets a eu lieu au CNES à Toulouse devant un groupe d’expert. Cette revue a permis de vérifier que les deux instruments répondent aux spécifications techniques et seront donc aptes à dérouler la mission scientifique. Ensuite une série de visites des équipes s’est déroulée dans les deux salles blanches du CNES hébergeant respectivement les modèles de vol des deux instruments, ECLAIRs et MXT.

Le 12 février 2022 le télescope à neutrinos ANTARES (Astronomy with a Neutrino Telescope and Abyss environmental RESearch), a mis un terme à sa prise de données débutée en 2007. Pendant 15 ans, des milliers de neutrinos, particules fugaces, témoins précieux des phénomènes cataclysmiques de l’Univers, ont été détectés à 2500 m dans les abysses méditerranéens. L’objectif : trouver dans la carte du ciel ainsi obtenue des accumulations anormales révélant les sources du rayonnement cosmique, une pluie de particules détectée, pour la première fois, il y a plus de cent ans et dont l’origine reste encore mystérieuse. L’équipe du CEA a joué un rôle prépondérant dans la réussite de ce projet, pionnier de l’astronomie multi-messager.

La mission Solar Orbiter, lancée le 10 février 2020 depuis Cap Canaveral a déjà parcouru plus de 2 milliards de kilomètres. Depuis son passage à seulement 470 km de la Terre en novembre 2021, la mission scientifique a officiellement commencé. Le 26 mars 2022, Solar Orbiter est passé à 0.32 unité astronomique de notre étoile (environ 1/3 de la distance Terre-Soleil) pour son quatrième périhélie (point de son orbite où SolarOrbiter se trouve au plus près du Soleil) à la vitesse de 198 000 km/h. À cette occasion,  les 10 instruments à bord seront allumés conjointement et pointeront vers notre étoile. Comme le cycle 25 d’activité magnétique du Soleil est en pleine montée d’intensité, il est hautement probable que de nombreux événements éruptifs seront observés avec le télescope STIX (Spectrometer Telescope for Imaging X-rays) dont les détecteurs, les Caliste-SO, ont été conçus, réalisés et qualifiés au CEA. 

A l'occasion de ce 4e périhélie, ce fait marquant livre une des premières images en X de STIX ainsi que les nouvelles simulations du modèle Solaire d'une équipe du DAp, qui ont donné lieu à des articles récents (voir en fin de page).

L’explosion d’étoiles génère une onde de choc qui se propage à plus de 5000 km/s des siècles durant, et il est admis que c’est la source principale de l’accélération de particules énergétiques, les rayons cosmiques. Etudier l’émission haute énergie des vestiges de supernova est donc un moyen d’accéder à des informations de premier plan sur la nature des particules accélérées, leur énergie et leur composition. Une équipe française menée par un chercheur du Département d’Astrophysique/Laboratoire AIM du CEA-Irfu de Paris-Saclay vient de confirmer la détection d’un rayonnement au-delà de 100 MeV provenant du reste de supernova historique Kepler. Pas moins de douze années de données obtenues par le télescope LAT à bord du satellite de la NASA Fermi ont été nécessaires pour confirmer l’existence d’une accélération de particules efficace dans ce vestige qui compte parmi les plus jeunes dans notre Galaxie. Les chercheurs en déduisent également que l’émission gamma observée résulte vraisemblablement d’interaction entre des ions accélérés et le gaz derrière l’onde de choc et proposent plusieurs scénarii selon l’intensité du champ magnétique. Ces travaux sont acceptés pour publication dans la revue Astronomy and Astrophysics.

La mission PLATO de l'ESA a reçu le feu vert pour poursuivre son développement après la revue critique conclue avec succès le 11 janvier 2022.

PLATO, ou PLANetary Transits and Oscillations of stars, est la troisième mission de classe moyenne du programme Cosmic Vision de l'ESA. Son objectif est de trouver et d'étudier un grand nombre de systèmes planétaires, en mettant l'accent sur les propriétés des planètes semblables à la Terre dans la zone habitable autour des étoiles de type solaire. PLATO a également été conçu pour étudier l'activité sismique dans les étoiles, ce qui permettra la mesure précise des paramètres des étoiles hôtes des planètes, y compris leur âge.

La revue a vérifié la maturité de l'ensemble du segment spatial (le module de service et le module de charge utile), confirmant la solidité des interfaces satellite-charge utile, le calendrier de développement de la charge utile. Un accent particulier a été mis sur la production en série des 26 caméras, et la robustesse du calendrier de développement des deux modules. PLATO utilisera les 26 caméras pour découvrir et caractériser les exoplanètes qui orbitent autour d'étoiles similaires à notre Soleil.

L'instrument spectroscopique pour l'énergie noire (DESI) a terminé ses sept premiers mois d’observations en battant tous les records de relevé  3D de galaxies, créant ainsi la carte de l'Univers la plus grande et la plus détaillée jamais réalisée. Pourtant, l’instrument n'a accompli qu'un peu plus de 10 % de son relevé de cinq ans. Au terme de sa mission, la carte 3D produite par DESI permettra de mieux comprendre l'énergie sombre et, par conséquent, le passé mais aussi l'avenir de l'Univers. Les scientifiques de DESI ont présenté les performances de l'instrument et leurs premiers résultats lors d'un webinaire du 13 janvier (lien de lenregistrement à venir).

Le 25 décembre 2021, Ariane 5 a parfaitement réussi sa 112ème mission depuis le Centre Spatial Guyanais (CSG), puisqu’elle a lancé avec succès le télescope spatial James Webb de la NASA, développé en coopération avec l’ESA et l’Agence Spatiale Canadienne (CSA). Ariane 5 a placé Webb sur une trajectoire qui l’emmènera directement vers sa destination finale : le second point de Lagrange (L2), une orbite située à 1,5 millions de kilomètres de la Terre, que le télescope atteindra 29 jours après son lancement. Intégralement déployé dès son arrivée à L2, il y allumera et y testera alors l’ensemble de ses 4 instruments avant d’être opérationnel aux environs de juin 2022.

Retour sur le lancement de cet instrument hors normes:

Sébastien Avila ©Universcience 2022

Pour suivre la suite de la mission rendez-vous sur le site JWST.

Et, en images ci-dessous, tout ce que vous voulez savoir sur le James Webb et la contribution française.

Les planètes errantes sont des objets cosmiques insolites dont la masse est comparable à celle des plus grandes planètes de notre système solaire, mais qui ne sont pas en orbite autour d'une étoile et se déplacent librement à leur guise. Jusqu'à présent, on en connaissait peu, mais une équipe d'astronomes, utilisant les données de plusieurs télescopes à travers le monde, vient de découvrir au moins 70 nouvelles planètes errantes dans notre galaxie à seulement quelques centaines d’années-lumières dans la région du Scorpion. Il s'agit du plus grand groupe de planètes errantes jamais découvert, une étape importante vers la compréhension des origines et des caractéristiques de ces mystérieux nomades galactiques.

La Voie Lactée est une galaxie spirale. Si nous pouvions voyager hors de la Voie Lactée nous observerions probablement un disque avec des bras spiraux entourant le coeur central de la galaxie. Mais sans cette vue "'à vol d'oiseau", la forme exacte des bras spiraux de la Voie Lactée reste méconnue puisque nous ne pouvons l'observer que de l'intérieur.

Depuis des décennies les astronomes utilisent diverses méthodes pour déduire la structure de la Voie Lactée et les observations laissent croire que nous résidons dans une galaxie spirale "grand design" (de grand style) ayant des bras spiraux long, fins et bien définis, comme pour Messier 81. 

L'étude récente d'une équipe incluant un chercheur du Département d'Astrophysique tend à démontrer qu'une section de l'un des bras spiraux emblématiques de la Voie Lactée, le bras de Persée, un bras spiral voisin du Soleil, n'est pas aussi régulier qu'on le croyait. Cette étude, basée sur le croisement de plusieurs bases de données déduites d'observations, permet de mesurer  précisemment la distance de la matière interstellaire et ainsi de positionner les objets en trois dimensions. Elle révèle une structure éclatée et perturbée, indiquant que jusqu'à présent l'identification du bras de Persée déduite des observations pourrait avoir été  le résultat d'un effet de projection, une illusion prédite par W. Burton en 1971.
 

Dans le monde des planètes extrasolaires, « GJ 367 b » est un poids plume. Avec la moitié de la masse de la Terre, la planète récemment découverte est l'une des plus légères parmi les près de 5000 exoplanètes connues aujourd'hui. Il faut environ huit heures à la planète extrasolaire pour orbiter autour de son étoile hôte. Avec un diamètre d'un peu plus de 9 000 kilomètres, GJ 367 b est légèrement plus grande que Mars mais plus petite que la Terre. Ce système planétaire n’est situé qu’à un peu moins de 31 années-lumière de notre planète et il est donc idéal pour une étude plus approfondie de ses propriétés. Sa découverte démontre qu'il est possible de déterminer avec précision les caractéristiques des exoplanètes les plus petites et les moins massives. De telles études fournissent des nouveaux indices pour mieux comprendre comment les planètes se forment et évoluent.

Un groupe international de 78 chercheurs de 49 institutions incluant le Département d’Astrophysique (DAp) du CEA/Irfu a publié ces études dans la revue scientifique Science à partir des observations initiales du satellite Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA/MIT.

« Avec une période orbitale de seulement un tiers d'un jour terrestre, l’année sur GJ 367 b est donc bien inférieure au jour sur Terre, alors que l’étoile ne tourne sur elle-même qu’en 48 jours ce qui fait de l’ordre de 1,7 fois plus lent que notre Soleil » dit Rafael A. García chercheur du CEA qui fait partie de l’équipe.

Le DAp a concentré ses efforts sur la caractérisation de l'étoile hôte avec les données de TESS et de WASP. Ces dernières données nous ont permis de déterminer avec une grande précision la vitesse de rotation de l’étoile (48 jours).  

Les planètes qui sont fortement irradiées par leurs étoiles hôtes développent des atmosphères étendues qui peuvent être sondées pendant les transits. Ces atmosphères subissent la photoévaporation qui peut entraîner des modifications significatives de la masse et de la composition des planètes si elle se poursuit pendant plusieurs giga-années. Ces planètes sont donc précieuses pour comprendre l'évolution planétaire. L’étude de la photoévaporation des exoplanètes pourrait nous renseigner sur l’évolution des atmosphères des planètes de notre système Solaire dont les premières atmosphères auraient été façonnées par ce phénomène. Les exoplanètes nous permettent donc d'étudier ce processus au moment où il se produit. Une collaboration internationale s’est intéressée au système HAT-P-32 (composé de l’étoile du même nom et d’une exoplanète nommée HAT-P-32b) en étudiant deux raies d’absorption : l’hydrogène et l’hélium. Cela leur a permis d’identifier des différences remarquables au cours du transit à la surprise des scientifiques qui pensaient que les Jupiters chauds étaient plutôt stables à la photoévaporation. Bien que cette affirmation reste généralement vraie, HAT-P-32b fait exception à cette règle et montre que notre compréhension de l'évolution planétaire reste incomplète !

Après trois ans de réflexions et de perfectionnement, l’application « Astro-Colibri » vient d’être lancée. Cette interface numérique réalisée par des chercheurs de l’Irfu/DPhP a pour but de rendre facilement accessibles et en temps réel des informations sur les phénomènes transitoires et multi-messagers. La nécessité de réagir rapidement aux explosions les plus violentes de l’univers et la richesse des informations fournies par le réseau mondial d’observatoires demandent de nouvelles approches et de nouveaux outils. A travers « Astro-Colibri » ce sont plusieurs observatoires qui ont désormais la capacité de se coordonner dans la surveillance et l’identification des sources de phénomènes physiques du ciel transitoire.

La plateforme existant sous forme d’application smartphone (IOS et Android) et de site web permet de mettre les alertes dans leur contexte d’observation en les croisant avec des données déjà connues, ce qui constitue un gain de temps considérable pour les chercheurs. De plus, l’application anticipe les meilleurs créneaux d’observation possibles pour un observatoire donné. Cette interface gratuite est également un outil ludique et pratique pour les férus d’astrophysique qui sauront facilement se mouvoir sur cette application fonctionnelle.

Le 1er juin 2021, la solution logicielle open source Gammapy a été sélectionnée par l’observatoire CTA (Cherenkov telescope array) comme outil d’analyse de haut niveau (Science Tools) pour la réduction et modélisation des données collectées par son futur réseau de télescopes en cours de déploiement au Chili et dans les îles Canaries. Gammapy a bénéficié de la participation de quelques 70 scientifiques du monde entier avec une forte implication de laboratoires allemands et français, dont le département d’astrophysique à l’Irfu (Irfu/DAp).

A travers des contributions sur les méthodes d'analyses et la visualisation des données ainsi qu'une place au comité de pilotage, le DAp a pu contribuer à ce succès.

Les expériences embarquées comme le télescope grand champ du satellite Fermi détectant des rayons gamma au-delà de 100 MeV, révèlent une population de sources sans contrepartie astrophysique aux autres longueurs d’onde. Certaines d’entre elles ont les caractéristiques requises pour être des candidats « sous-halos de matière noire » prédits par les simulations cosmologiques comme peuplant le halo de la Voie Lactée. La gamme des candidates matière noire avec des masses inférieures à quelques centaines de GeV sont déjà exclues par les observations de Fermi. Pour tester les plus hautes masses, il faut une observation à plus haute énergie et le réseau de télescopes Tcherenkov au sol H.E.S.S. est l'instrument idéal. Ainsi, une équipe de physiciens de l'Irfu et d'un laboratoire d'Heildelberg a mené une campagne d’observations pour sélectionner minutieusement des objets parmi les plus prometteurs afin d'élucider leur possible identification comme « sous-halos de matière noire » au TeV. Les résultats de H.E.S.S. excluent cette interprétation pour des particules de matière noire dans la plage du TeV.  Ce travail a été publié dans la revue The Astrophysical Journal en Juillet 2021 (lien arxiv).

Une équipe internationale conduite par plusieurs chercheurs du LFEMI/DAp/CEA vient de publier une étude éclairant les mécanismes de formation des grains interstellaires dans les galaxies. C'est l'un des résultats phares de la collaboration européenne DustPedia, regroupant une trentaine de personnes dans six laboratoires : le DAp du CEA-Saclay, l'IAS à Orsay, l'Université de Gand, l'Université de Cardiff, l'Observatoire de Florence et l'Observatoire d'Athènes.

Le 29 août 2019, les scientifiques de la collaboration H.E.S.S. enregistrent une explosion cosmique parmi les plus brillantes jamais observées dans l’Univers. Ce sursaut gamma a émis les photons les plus énergétiques jamais détectés dans ce type d’événement. Sous la direction des chercheurs de l’Irfu, les observations ont continué pendant plusieurs jours. L’analyse des données recueillies remet en question l’origine des rayons produits lors de l’explosion. Ces résultats font l’objet d’une publication par l'équipe internationale à laquelle participent des chercheurs du CEA et du CNRS dans la revue Science le 4 juin 2021.

H.E.S.S. , situé en Namibie, est un système de cinq télescopes atmosphériques imageurs Cherenkov qui étudie les rayons cosmiques depuis 2003. En 2016, les caméras des quatre premiers télescopes  ont été entièrement remises à neuf en utilisant une électronique de pointe et en particulier la puce de lecture NECTAr conçue par un laboratoire du DEDIP/Irfu.

L'analyse de ce sursaut gamma exceptionnel a été pilotée par un physicien du groupe d'astroparticules du DPHP/Irfu.

Le prix MCAA (Marie Curie Alumni Award) 2020 a été décerné à Valeria Pettorino pour son parcours d’excellence (CEA/Irfu, Saclay) pour ses travaux dans la collaboration Euclid et son engagement dans la communauté scientifique à travers différentes activités de mentorat, d’organisation d’événements, de communication et plus récemment de diplomatie scientifique. Ce prix est remis par l’association MCAA qui est un réseau international de tous les chercheurs ayant reçu une bourse Marie Curie.

Voir : Valeria Pettorino parle de l'énergie noire : de la théorie aux données

Depuis la détection par les interféromètres de la collaboration LIGO-Virgo d’ondes gravitationnelles provenant de la fusion de deux trous noirs, les binaires de trous noirs comptent parmi les objets célestes qui intriguent le plus les scientifiques. Une équipe d’astronomes, dont des chercheurs du Département d’Astrophysique/ Laboratoire AIM du CEA Paris-Saclay et du laboratoire APC, ont déterminé, grâce à plus de 60 000 simulations numériques d’évolutions stellaires, les caractéristiques des progéniteurs à l’origine des fusions de binaires de trous noirs de masse inférieure à 10 masses solaires. Selon cette étude, une phase dans l’évolution du système binaire dite phase d’enveloppe commune joue un rôle essentiel dans le processus conduisant, ou non, à la fusion des deux trous noirs. Ces travaux font l’objet d’un article à paraître dans la revue Astronomy & Astrophysics.

Une équipe internationale incluant des chercheurs du département d'Astrophysique (DAp) du CEA/Irfu, travaillant en particulier au laboratoire Dynamique des Etoiles, des (Exo)planètes et de leur Environnement (LDE3) a pu démontrer que les étoiles tournent plus vite que prévu en vieillissant. En utilisant des techniques d'astérosismologie (l’étude des étoiles grâce à la caractérisation de leurs modes d’oscillation par des méthodes sismiques), les chercheurs ont pu analyser pour la première fois un échantillon complet de 91 étoiles couvant des âges de 1 à 13 milliards d’années. Ces données confirment bien que les étoiles les plus âgées freinent moins efficacement leur rotation. Cette découverte apporte un nouvel éclairage sur l’évolution de la rotation des étoiles et devrait permettre de calculer plus exactement l’âge des étoiles. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature Astronomy du 22 avril 2021.

Le prix MERAC 2021 du meilleur début de carrière en astrophysique théorique vient d'être décerné au Dr Antoine Strugarek (CEA Saclay, France) pour ses contributions révolutionnaires en astrophysique stellaire, en particulier pour ses travaux sur la théorie de la dynamo, les prédictions des éruptions solaires et pour des recherches pionnières sur les interactions étoile-exoplanète. Ce prix de la fondation MERAC (Mobilisation pour la Recherche Européenne en Astrophysiqe et Cosmologie) est décerné chaque année par la Société Européenne d'Astronomie (ESA).

Près de 200 chercheurs ont participé à la collecte, au traitement et à l'assemblage des images de la moitié du ciel afin de préparer le début des observations de DESI, le Dark Energy Spectroscopic Instrument, dont l’objectif est de résoudre le mystère de l'énergie noire.

Pour que DESI puisse commencer sa mission de 5 ans (2021-2026) ayant pour objectif de produire la plus grande carte du ciel en 3D jamais réalisée, les chercheurs avaient d'abord besoin d'une gigantesque carte de l'Univers en 2D. Établie au moyen de 200 000 images provenant de 1405 nuits d’observations sur trois télescopes et de plusieurs années de données satellitaires, cette carte en 2D est la plus grande jamais réalisée, si l'on se base sur la surface du ciel couverte, la profondeur de l’imagerie et les plus d'un milliard d'images de galaxies qu’elle contient. 

Le « cosmic noon », quand l’univers avait 4 à 5 milliards d’années, a marqué une période de formation d'étoiles très active pour la plupart des galaxies. Paradoxalement, environ un tiers des galaxies les plus massives à cette époque étaient mortes et ne formaient plus d’étoiles. A ce jour, la réduction de l'activité de formation d'étoiles est souvent attribuée à des flux gazeux provoqués par la rétroaction des trous noirs supermassifs, mais leur impact sur les galaxies du jeune Univers n'est pas encore définitivement établi.

Grace à l’interféromètre ALMA, une équipe d’astrophysicien dans lequel est fortement impliqué le Département d’Astrophysique/ Laboratoire AIM du CEA Paris-Saclay, a détecté une éjection de gaz exceptionnelle dans une galaxie massive, appelé ID2299. D’après leurs analyses le scénario de cette mort annoncée ne peut pas venir des trous noirs, mais de la fusion de galaxie spirales qui est à l’origine de la galaxie. Et si avec ce nouveau scenario, on revisitait les rapports d’autopsie des galaxies mortes…Les observations quantitatives de cette étude posent question. Les résultats viennent d’être publiés dans la revue Nature Astronomy: https://www.nature.com/articles/s41550-020-01268-x

Trois observatoires de premier plan (Subaru, GBT et XMM-Newton) se sont associés pour observer la collision d’une paire d’amas de galaxies, HSC J023336-053022 (XLSSC 105), située à quatre milliards d’années-lumière. La spectaculaire image résultant des données prises par Subaru dans le domaine visible, le Green Bank Telescope en radio et enfin le satellite à rayons X XMM-Newton dans lequel est particulièrement impliqué le Département d’Astrophysique/ Laboratoire AIM du CEA Paris-Saclay à travers de son programme XMM-XXL, montre que la violence du choc chauffe le gaz situé entre les amas à plus 400 millions de degrés.  Elle permet également de cartographier de manière indirecte la matière noire présente dans le système. Le compte-rendu de ces travaux est paru dans la revue MNRAS de Septembre 2020 et Marguerite Pierre, responsable du programme XMM-XXL au CEA, nous livre sa vision personnelle de ce résultat.
 

Le satellite Taranis a été lancé par une fusée Vega dans la nuit du 16 au 17 novembre 2020 depuis le Centre Spatial Guyanais à Kourou. Malheureusement, 8 minutes après le décollage, une défaillance dans la trajectoire du lanceur a été constatée, conduisant à la perte de la mission. Durant sa phase opérationnelle de 4 ans ce satellite devait observer, étudier et caractériser les événements lumineux transitoires (TLE), ces émissions d’ondes électromagnétiques qui se produisent pendant les orages actifs, ainsi que les flashs de rayons gamma (TGF). Tous les instruments de la mission étaient placés sous la responsabilité scientifique de laboratoires français du CEA ou du CNRS, eux-mêmes placés sous l’égide du CNES, maître d’œuvre de Taranis.
Cet échec n’entame néanmoins pas la détermination des chercheurs, décidés à poursuivre l'étude de ces phénomènes atmosphériques méconnus.

Ci-après un texte, préparé avant le lancement, décrivant les caractéristiques de l’instrument XGRE, l’un des éléments de la charge utile du satellite Taranis.

L’ESA a adopté Ariel (Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey), 4ème mission spatiale de classe intermédiaire de son programme Cosmic Vision. Le lancement est prévu en 2029 par une fusée Ariane 6 depuis le Centre Spatial Guyanais à Kourou. L’équipe française, composée du CNES, du CEA et du CNRS, a pris en charge la conception, la réalisation et la livraison du spectromètre AIRS. Pierre Olivier Lagage, astrophysicien à l'Irfu, est l’un des 2 co-PI pour le consortium ARIEL ; l’autre co-PI est Jean-Philippe Beaulieu de l’IAP.

Le projet de simulation “Extreme-Horizon”, collaboration internationale menée par des équipes du CEA (avec le DAp et DEDIP de la DRF/Irfu et la DAM/DSSI) avec notamment la participation de l’IAP du CNRS, constitue l’un des principaux “grands challenges” réalisés sur la nouvelle architecture du supercalculateur Joliot Curie de GENCI au Très Grand Centre de Calcul du CEA (TGCC), utilisant plus de 25.000 cœurs de calculs sur cinquante millions d’heures. En utilisant le code numérique RAMSES à "résolution variable", cette simulation modélise l’évolution des structures cosmiques, galaxies, étoiles et trous noirs supermassifs, à partir de quelques instants après le big bang jusqu’à aujourd’hui.

Grace à la montée en puissance du TGCC et au code avec des mailles adaptatives, cette simulation a repoussé les limites en résolvant la matière intergalactique diffuse (réservoir du gaz accrété par les galaxies) qui représente 90% du volume de l’Univers, à un niveau de précision jamais atteint. Ce gain en haute résolution dans les régions de faible densité est une première et a eu deux conséquences surprenantes aux échelles galactiques et cosmologiques. Les résultats ont donné lieu à une publication dans la revue A&A.

Une campagne internationale incluant des télescopes au sol et dans l’espace, dont le satellite INTEGRAL, a découvert fin avril 2020 de très brèves impulsions à la fois en rayons X et dans les ondes radio en provenance d’un astre compact de la Galaxie, le magnetar SGR 1935+2154. L’observation simultanée dans les deux domaines d'énergie de ces signaux constitue une première pour ce type de source et atteste d'une connexion entre les magnetars et les Fast radio bursts (ou sursauts radio rapides), une classe de sources radio dont l’origine est très mal connue. Ces travaux auxquels ont participé des chercheurs du Département d’Astrophysique/ Laboratoire AIM du CEA-Irfu de  Paris-Saclay sont publiés dans la revue The Astrophysical Journal Letters et objet d’un communiqué de l’Agence spatiale européenne (ESA).

Solar Orbiter a été lancé le 10 février 2020. Depuis lors, les scientifiques et les ingénieurs ont effectué une série de tests appelée "recette en vol" de tous leurs instruments. SolarObiter était pleinement opérationnel pour son premier passage rapproché du Soleil dès le 17 juin. Alors qu'il volait à environ 77 millions de km du Soleil (environ la moitié de la distance Terre-Soleil), les 10 instruments étaient prêts pour leur acquisition.  Des premières images en UV et en visible ont pu être révélées (actualité ESA).

L'activité solaire est actuellement assez faible, car il est au début d’un cycle Solaire de 11 ans, le cycle 25. Néanmoins, l'équipe STIX a eu la chance d'observer une éruption solaire le 7 juin 2020 permettant de tester correctement presque tous les aspects du fonctionnement de STIX. 

En 2022, l’ESA lancera le télescope Euclid, qui vise notamment à cartographier les galaxies lointaines en 3D, caractériser la matière noire et mieux comprendre l’origine de l’expansion accélérée de l’univers. Ses deux instruments viennent d’être livrés à l’ESA par le consortium international Euclid. L’imageur visible VIS, sous la responsabilité du laboratoire des sciences spatiales Mullard de l'UCL (UCL MSSL - Royaume-Uni), a impliqué une participation majeure importante du CEA-Irfu. Il s’agit de la deuxième plus grande caméra spatiale en lumière visible jamais réalisée. 

Le télescope Euclid observera les galaxies lointaines, afin notamment d’étudier la matière noire et déterminer l’origine de l’accélération de l’expansion de l’Univers et la nature de sa source, l’énergie noire. Personne ne sait encore ce qu'est l'énergie noire, mais Euclid sera un outil déterminant et décisif pour aider les cosmologistes et les astronomes à en percer certains secrets.

Le 18 Mai dernier, l’ESO a formellement clos la revue de design préliminaire de l’instrument infrarouge thermique ELT METIS. Suite à cet important jalon, l’instrument passe en phase de conception finale qui devrait se terminer avec la revue de conception finale (FDR) en 2022 avant d’entamer la phase finale de construction.

Motivée par des caractéristiques atypiques d’un disque proto-planétaire observées récemment autour de l’étoile AB Aurigae avec l’instrument ALMA, une équipe internationale d’astrophysiciens comprenant un chercheur du Département d’Astrophysique/ Laboratoire AIM du CEA-Irfu de  Paris-Saclay vient d’obtenir un cliché précis d’une zone particulière, en forme de S, dans le disque de gaz et de poussière qui entoure l’étoile. Cette remarquable structure, unique et captée grâce à la finesse d’image livrée par l’instrument SPHERE au VLT de l’ESO, signe la présence d’une planète géante en formation, confortant un scénario théorique de naissance de planètes. Publiée dans la revue Astronomy and Astrophysics, et objet d’un communiqué de l’ESO, ces travaux vont aider à la préparation des programmes de recherche portant sur les disques protoplanétaires avec le futur instrument ELT/METIS.

La collaboration Fermi-LAT vient de publier son quatrième catalogue de sources, dénommé 4FGL. Intégrant huit années de prise de données, il contient 5064 objets célestes émettant en rayons gamma à des énergies autour de 1 GeV, enrichissant l’édition précédente (parue en 2015) de plus de 2000 sources à haute énergie. 28% des objets répertoriés sont de nature inconnue, laissant présager de nombreuses études complémentaires. Bien que modeste en volume par rapport aux milliards de sources connues dans le domaine visible, le catalogue 4FGL est de loin le plus profond en astronomie gamma, et sert donc de référence à tout le domaine. Le catalogue, fruit d’un travail coordonné par un chercheur du Département d’Astrophysique/ Laboratoire AIM du CEA-Irfu de Paris-Saclay, est accessible en ligne sur le site Fermi de la NASA. De manière conjointe, un recensement des noyaux actifs de galaxies, le catalogue 4LAC (étude coordonnée par un chercheur du CNRS/CENBG) est également mis à disposition de la communauté.

Les magnétars sont des étoiles à neutrons qui arborent les plus forts champs magnétiques connus dans l’Univers et dont l’origine reste controversée. Dans une étude publiée dans la revue Science Advances, une équipe franco-allemande conduite par Raphaël Raynaud du Département d’Astrophysique du CEA-IRFU / Laboratoire AIM vient de réaliser les premières simulations numériques qui décrivent la genèse de ces champs magnétiques au cours des premières secondes suivant la formation d’un magnétar. Ces calculs montrent que les mouvements convectifs qui se développent au sein d’une étoile à neutrons en formation peuvent amplifier le champ magnétique, et ce d’autant plus efficacement que celle-ci tourne rapidement sur elle-même. Ces résultats suggèrent que les magnétars naissent des étoiles massives en rotation rapide. Cette découverte ouvre de nouvelles voies pour comprendre les supernovas les plus extrêmes ainsi que les propriétés de certains sursauts gamma.

La nouvelle mission d'exploration du Soleil de l'ESA, Solar Orbiter, s'est envolée dans l'espace à bord de la fusée américaine Atlas V 411 depuis le port spatial de la NASA à Cap Canaveral, en Floride, à 05:03 heure europénne le 10 février 2020.

à 6h, Le déploiement des panneaux solaires est confirmé. C'était le signal attendu : la mission SolarOrbiter est lancée !

Objectif Soleil pour Solar Orbiter (actualité DRF)

Pour mesurer les paramètres cosmologiques, le télescope spatial Euclid utilisera deux sondes principales : les lentilles gravitationnelles (Weak Gravitational Lensing) et la distribution des galaxies (Galaxy Clustering). Ces mesures permettront notamment de comprendre le comportement de l'énergie sombre et de la matière noire qui affectent la croissance des structures cosmiques et ainsi, l’accélération de l’expansion de l’Univers.

Outre ses implications sur les développements instrumentaux et le traitement des données, l’Irfu participe activement aux développements d’algorithmes nécessaires à la préparation de l’extraction des paramètres cosmologiques qui seront issus des mesures d’Euclid.

Coordonnée par Valeria Pettorino, physicienne au laboratoire CosmoStat de l’Irfu, en collaboration avec Tom Kitching (UCL) et Ariel Sanchez (MPE), une équipe internationale de la collaboration Euclid ayant des expertises complémentaires en théorie et observation vient d’achever un travail de 3 ans caractérisant les performances attendues d’Euclid pour ces sondes d’observation.

Publication sur Arxiv: https://arxiv.org/pdf/1910.09273.pdf

^[1] University College London ; ^[2] Max Planck Institute for extraterrestrial physics

Arrivé à bon port. Le plan focal de l’imageur visible (appelé VIS) du satellite Euclid vient d’être livré par l’Irfu au laboratoire responsable de l’instrument (MSSL^*/UK) pour poursuivre son intégration dans le satellite dont le décollage est prévu en 2022. 

Les premières études de ce plan focal ont été menées à l’Irfu depuis 2010 et après presque 10 ans de développements et de tests, c’est durant l'année 2019 qu’il a été testé intégralement par l’Irfu. Ce plan de détecteurs est composé de 36 CDD totalisant plus de 600 millions de pixels. Chaque image acquise en vol par ce plan focal permettra de caratériser plus de 50 000 galaxies. Il s'agit de la deuxième plus grande caméra, observant dans le visible, lancée dans l'espace après celle du satellite Gaïa. Dans l'espace, ses observations permettront la mesure des déformations des galaxies dues aux effets de lentille gravitationnelle faibles induits par des amas de matière que la lumière rencontre sur son trajet pour nous parvenir. Ces effets de distorsions gravitationnelles à différentes époques de l'Univers fourniront des mesures de la distribution de matière noire et seront une contrainte sur l'énergie noire.

^*Mullard Space Science Laboratory

ν Indi est une étoile brillante (magnitude visuelle mv = 5.3) visible à l’œil nu depuis l’hémisphère sud. En utilisant des données sol (télescopes ESO), espace (missions spatiales Gaia et Tess) et en combinant des informations très diverses de spectroscopie, astrométrie, cinématique ou d’astérosismologie, une équipe internationale incluant deux chercheurs du Département d’Astrophysique/Laboratoire AIM  du CEA-Saclay a pu déterminer l'époque, entre 11.6 et 13.2 milliards d’années, d’une collision entre notre galaxie avec une petite galaxie naine , Gaia-Enceladus. Ces travaux sont publiés dans la revue Nature Astronomy, Janvier 2020.

L’Agence spatiale européenne (ESA) s’est livrée cet automne à un exercice destiné à façonner son programme scientifique pour la période 2035-2050. Après le programme Horizon 2000 démarré en 1983, suivi de son extension Horizon 2000 Plus, l’agence est engagée jusqu’à 2035 dans le programme Cosmic Vision, programmation qui inclut notamment les lancements des missions Athena (2031) et LISA (2034). En vue de planification à long terme des priorités scientifiques au-delà de cette date, l’ESA a sollicité la communauté à travers un appel à idées/projets. Cette consultation a débouché sur la publication de près de cent projets (sous forme de livres blancs ou White Papers), couvrant des domaines aussi variés que la physique fondamentale, l’exploration du système solaire ou bien encore l’étude de l’univers lointain. Le processus d’évaluation aboutira courant 2020 avec une série de recommandations à destination de la direction scientifique de l’ESA. Les scientifiques du Département d’Astrophysique/UMR AIM et collaborateurs ont répondu positivement à cet exercice en proposant plusieurs projets, dont certains sont décrits ci-après.
Le programme complet de l’atelier de Madrid, les diverses présentations ainsi que l’accès à l’ensemble des Livres blancs soumis par la communauté scientifique sont accessibles à partir du site de l’ESA Voyage 2050.
Notons également qu’à l’occasion de cette prospective, l’ESA a invité le grand public à participer à une consultation sur les grandes questions scientifiques prioritaires du prochain programme spatial de l’ESA.

Une équipe internationale, dirigée par des astronomes de l'Université de Cardiff et à laquelle a participé le Département d'Astrophysique du CEA-Irfu, a peut-être repéré pour le première fois le reste compact de la dernière explosion d'étoile visible à l'oeil qui est survenue le 23 février 1987 dans une galaxie voisine, le Grand Nuage de Magellan, à seulement 160 000 années-lumière.  
En utilisant les images à haute résolution du radio-télescope ALMA dans le désert d’Atacama au nord du Chili, l’équipe a découvert une petite zone de poussières, plus chaude que son environnement, et qui pourrait correspondre à l'emplacement supposé de l'étoile à neutrons compacte qui, selon les modèles, aurait du se former lors de l'explosion. Cet objet compact était recherché sans succès depuis plus de 30 ans. Cette découverte indirecte demande néanmoins à être confirmée par des données complémentaires. Ces résultats sont publiés dans la revue The Astrophysical Journal.

Une équipe internationale dirigée par le Département d'Astrophysique-Laboratoire AIM du CEA-Irfu vient d’obtenir des nouveaux indices sur l’origine de la distribution en masse des étoiles, en combinant des données d’observation provenant du grand interféromètre ALMA et du radiotélescope APEX opérés par l'Observatoire Européen Austral (ESO) et de l’observatoire spatial Herschel.  Grâce à ALMA, les chercheurs ont notamment découvert dans la nébuleuse dite de la Patte de chat, située à environ 5500 années-lumière, la présence de cœurs denses protostellaires beaucoup plus massifs que ceux observés dans le voisinage solaire. Les chercheurs ont pu montrer qu'il existe un lien étroit entre la distribution en masse des filaments interstellaires et la distribution en masse des étoiles. La densité - ou masse par unité de longueur - des filaments parents est donc le paramètre clé qui contrôle la « masse » des étoiles formées. Cette découverte donne un indice-clé sur l’origine des masses stellaires. Ces résultats sont publiées dans trois articles de la revue Astronomy & Astrophysics.

La masse manquante de l’univers ou matière noire non-baryonique est probablement constituée de particules qui restent à découvrir. Massives et neutres, aux interactions très faibles, elles échappent toujours à une détection qui permettrait de les identifier. Alors que les photons conventionnels sont sans masse, la matière noire pourrait être faite de particules d’un type nouveau, semblables à des photons massifs. De nouveaux résultats expérimentaux sur la recherche de matière non-baryonique sous cette forme, obtenus par une équipe de trois membres de l’Irfu viennent d’être publiés dans Physical Review Letters [1]. 

Tester le principe d’équivalence, un principe de base de la relativité générale élaborée par Albert Einstein dont une conséquence est l’universalité de la chute libre des corps dans le vide, tel est l’enjeu du satellite Microscope. Cette mission spatiale, financée et pilotée par le CNES, conçue par l’ONERA en collaboration avec l’Observatoire de la Cote d’Azur, le CNES et le ZARM (Brème, Allemagne),  a été lancée le 25 Avril 2016 avec à son bord l’instrument T-sage développé par l’ONERA. Dans une étude publiée dans la revue Classical and Quantum Gravity, l’équipe Microscope à laquelle participe une chercheuse du DEDIP (Département D’Electronique, des  Détecteurs et d’Informatique pour la Physique)/Laboratoire AIM du CEA-Irfu Paris-Saclay vient de vérifier la validité du principe d’équivalence avec une précision inégalée. En prenant minutieusement en compte les différentes sources de bruits, en mettant à profit une meilleure connaissance de l’instrument et en faisant appel à des outils d’analyse également utilisés en astrophysique, l’équipe a pu améliorer d’un facteur 10 la précédente mesure, rendant ainsi particulièrement robuste les résultats publiés antérieurement et confortant par là-même la validité du principe d’équivalence.

Les sursauts gamma sont des  émissions très brèves et extrêmement énergétiques qui accompagnent des cataclysmes astrophsyiques comme la mort d'une etoile massive. Ils sont détéctés jusqu'à présent par des gammas énergétiques dans la phase prompt (<1min) correpondant à l'explositon initiale et dans une phase rémanente correspondant à l'expansion de l'onde de choc dans le milieu. Dans cette phase rémanente, on détecte des gammas de basse énergie, du rayonnement X et visible.  Les sursauts gamma peuvent-ils aussi émettre des rayons gammas de très haute énergie plusieurs heures  après le sursaut initial? jusqu'à présent on ne l'avait jamais encore détecté.  Cette découverte a été faite en juillet 2018 par le télescope de 28 mètres du réseau H.E.S.S. en Namibie et a fait l'objet d'une publication dans Nature. Ces nouveaux résultats de H.E.S.S. permettent de poser des contraintes fortes sur les modèles de sursauts gammas cherchant à expliquer ces phénomènes d'accélérateurs cosmiques.

Le 20 juillet 2018, le détecteur de sursauts gamma GBM (Gamma-Ray Burst Monitor) à bord du satellite Fermi, suivi quelques secondes plus tard par le télescope spatial Swift, a émis une alerte sur les réseaux mondiaux concernant un sursaut gamma, appelé alors GRB 180720B. Dans la foulée de cette alerte, plusieurs observatoires terrestres ont immédiatement pointé dans la direction du sursaut gamma. Pour le réseau de télescopes H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System), cette position sur le ciel n'était observable qu'une fois la nuit tombée, 10 heures plus tard. Néanmoins, l'équipe de H.E.S.S. a décidé d'observer cette position afin de rechercher une éventuelle émission durant la phase rémanente du sursaut.

« Première lumière » pour l'instrument spectroscopique pour l’énergie noire, Desi (Dark Energy Spectroscopic Instrument) : son installation étant presque terminée, le nouvel instrument commence ses derniers essais avant d’entamer début 2020 et pour cinq ans une gigantesque cartographie du ciel. Cet instrument international, pour lequel le CEA, le CNRS, Aix-Marseille Université et la société Winlight System contribuent fortement, scrutera le ciel pour chercher à comprendre les effets de l’énergie noire.

L’instrument Desi, installé sur le télescope Mayall (Kitt Peak,Arizona), a activé, pour la première fois, son réseau de 5 000 "yeux" à fibres optiques sur le ciel nocturne pour capturer sa "première lumière". Ce jalon marque le début de la campagne de caractérisation finale de l’instrument avant le démarrage des observations scientifiques, prévue pour cinq ans, à partir de début 2020.

L’instrument enregistrera le spectre dans l’ultra-violet, le visible et l’infrarouge de 5 000 objets à la fois. Il est conçu pour pointer automatiquement vers une liste précise de galaxies et de quasars préalablement sélectionnés. Il en détectera la lumière et la décomposera en multiples longueurs d’ondes dans le but de mesurer la distance de ces objets à la Terre.

Patrick Hennebelle du Département d'astrophysique de l’Irfu va diriger une équipe de recherche internationale qui vient de recevoir une subvention ERC Synergy. Le financement est accordé au projet ECOGAL, dans le cadre duquel des chercheurs d'Allemagne, de France et d'Italie collaborent pour développer une compréhension de l’"écosystème galactique" de la Voie lactée.

Le défi de ces 4 chercheurs et de leurs équipes est de construire un modèle prédictif unique pour la formation des étoiles et des planètes dans notre galaxie. Pour comprendre la formation de notre galaxie à toutes ses échelles il est nécessaire de prendre en compte l'interaction complexe de phénomènes physiques souvent concurrents comme la gravité, la turbulence, les champs magnétiques et le rayonnement dans un milieu complexe qu’est le milieu interstellaire, un grand réservoir de gaz diffus et de poussières qui imprègnent la galaxie. Ce milieu est loin d’être vide : il représente environ 20 % de la masse de la matière visible dans la Voie Lactée. Il fait partie d'un écosystème au sein duquel les étoiles sont formées par effondrement gravitationnel des nuages moléculaires et agissent en retour en émettant leur rayonnement voir en éjectant violemment de la matière

Une équipe internationale dirigée par des chercheurs du Département d'Astrophysique (DAp) du CEA-Paris Saclay vient pour la première fois de sonder en détail les enveloppes de poussière entourant les étoiles encore en cours de formation (ou proto-étoiles dites de classe 0), grâce au grand interféromètre de l'IRAM, NOEMA, situé sur le Plateau de Bure en France. A leur grande surprise, les chercheurs ont découvert la présence de grains de poussière dont la taille augmente en se rapprochant de la proto-étoile centrale. La présence de gros grains de poussière, déjà formés moins de 100 000 ans après le début de l’effondrement du nuage de gaz initial, est extrêmement inattendue. Ces grains sont la matière première à partir de laquelle se forment les planètes. Ces résultats pourraient donc suggérer que la chronologie de la formation des futures planètes doit être ré-examinée. Ces conclusions sont publiées dans la revue Astronomy & Astrophysics.

Lisa Bugnet figure parmi les 35 jeunes chercheuses lauréates des bourses L’Oréal-Unesco Pour les Femmes et la Science en 2019. Astérosismologue au Laboratoire Dynamique des Etoiles, des (Exo)planètes et de leur Environnement du DAP/Irfu, elle utilise les ondes sismiques émises par les étoiles pour sonder leur cœur et comprendre leur évolution depuis leur naissance jusqu’à leur fin de vie.

Les premiers résultats de la mission spatiale SVOM (pour Space-based multi-band astronomical Variable Objects Monitor) viennent de tomber avant même le lancement prévu fin 2021. Comment est-ce possible ? Tout simplement parce que cette mission franco-chinoise ambitieuse, qui a pour l'objet l'étude des sursauts de rayons gamma de l'Univers, met également au point un réseau de caméras au sol capable de détecter l'émission de lumière visible qui suit le déclenchement de ces sursauts, les plus violentes explosions connues. Ce réseau baptisé GWAC (pour Ground-based Wide Angle Camera ou Caméra sol à grand champ) est déjà en opération à l'observatoire Xinglong au Nord-est de Pékin (Chine). Sa version de test, baptisé Mini-GWAC, a conclu avec succès une première campagne de surveillance et de suivi en temps réel des sources d'ondes gravitationnelles découvertes par les installations LIGO (USA) et Virgo (Italie). Ces résultats sont en cours de publication dans la revue Research in Astronomy and Astrophysics.

Une étude conduite par des astrophysiciens du Département d'Astrophysique-Laboratoire AIM du CEA-Irfu vient de révéler une grande quantité de galaxies aussi massives que la Voie Lacte?e dans l'univers lointain, grâce au grand interféromètre ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) au Chili. Ces galaxies étaient restées jusqu'ici invisibles en raison de l'atte?nuation de leur luminosité par la poussie?re interstellaire. Elles sont 10 à 100 fois plus nombreuses que toutes celles détectées jusqu'ici, à des distances où l'univers n'avait encore que deux milliards d'années. Cette grande abondance de galaxies massives dans l'univers jeune est en contradiction avec les mode?les the?oriques actuels de formation des galaxies et représente un nouveau défi pour notre compréhension des premiers âges de l'univers. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature du 7 aout 2019.

Voir la video : Interview David ELBAZ

Le satellite de la NASA TESS, en orbite depuis un an, vient de découvrir une planète type Saturne-chaud par la méthode de transit devant son étoile hôte, TOI-197, dont les caractéristiques physiques ont été déduites des mesures en astérosismologie (étude des vibrations de l'étoile) par le même instrument. La planète découverte est un Saturne chaud qui gravite autour d’une étoile de masse voisine de celle du Soleil mais plus avancée dans le cycle d’évolution stellaire. Ces résultats, prometteurs, sont le fruit d’une collaboration internationale joignant moyens spatiaux et outils au sol. Trois chercheurs du Département d’Astrophysique/Laboratoire AIM du CEA-Irfu Saclay sont membres de ce projet qui soulignent aujourd’hui la synergie entre astérosismologie et science des exoplanètes. Ces travaux sont publiés dans la revue The Astronomical Journal.

L’installation de DESI, le Dark Energy Spectroscopic Instrument à l’observatoire Kitt Peak en Arizona vient de franchir une étape importante : avec 6 spectrographes opérationnels sur le site, la configuration minimale requise pour remplir les objectifs scientifiques du projet est atteinte. A terme, DESI comportera 10 spectrographes et s’engagera à partir de 2020 dans le relevé spectroscopique de 35 millions de galaxies et quasars, pour étudier la composante sombre de l’Univers. L’Irfu, responsable de la partie cryogénique des spectrographes, a largement contribué au succès de cette installation et finalise actuellement à Saclay la qualification des caméras du dernier spectrographe. En parallèle, d’autres jalons essentiels pour la construction de l’instrument sont atteints.

Les récentes détections d'ondes gravitationnelles, infimes vibrations de l'espace-temps, ont ouvert une nouvelle fenêtre d'observation de l'Univers. Deux chercheurs, dont Camilla Danielski du Département d'Astrophysique du CEA-Irfu, viennent ainsi de démontrer que, lorsque ces ondes sont émises par deux étoiles denses en orbite, elles peuvent être perturbées si une planète est en orbite autour de ce couple d'étoiles. Les ondes gravitationnelles, qui peuvent être détectées jusqu'à de grandes distances, sont alors un moyen infaillible de détecter une population de planètes inaccessibles autrement. L'expérience LISA (Spatial Interferometer with laser antenna), dont le lancement est prévu en 2034, pourra ainsi réveler des planètes géantes dans toute la Galaxie et même dans les galaxies compagnons des Nuages de Magellan. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature Astronomy du 8 juillet 2019.

La caméra NectarCAM, équipée de près d'un quart de ses modules de détection, grâce notamment  à un financement obtenu auprès des labex P2IO, OCEVU et  OSUG2020, a vu ses premiers évènements de cascades atmosphériques dans le ciel de Berlin Adlershof, la nuit du 22 au 23 mai 2019. Elle est arrivée sur le site du prototype MST (Medium Size Telescope) le 16 mai 2019 en provenance du CEA-IRFU à Saclay. 

Après les vérifications nécessaires au sol, elle a été chargée sur le télescope avec succès par les équipes de l’IN2P3, de l'Irfu au CEA et de DESY Zeuthen.  La prise de données s’est déroulée sans heurts et à permis d’obtenir la première lumière avec la détection de gerbes atmosphériques dues aux rayons cosmiques.

Une étroite coopération entre toutes les équipes du consortium NectarCAM, sans oublier l’équipe du télescope, ont permis de mener à bien ce premier objectif, essentiel pour le projet, avant le déploiement sur site fin 2020 aux Canaries ( le site de l'hémisphère Nord de CTA).

La caméra "partielle" équipée de 23% de ses pixels va revenir début juillet sur sa plateforme d'intégration située à l'Irfu pour être complétée avec ses 1 855 pixels et rejoindre le site Nord de CTA en 2020. les équipes de différents laboratoires du CEA et du CNRS se préparent pour être en mesure de fabriquer jusqu’à 4 caméras par an sur un total de 15 caméras (parmi les 40 telescopes de taille moyenne de CTA).

Le Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) est destiné à faire le relevé spectroscopique de 35 millions de galaxies et quasars à partir de 2020, pour étudier précisément les propriétés de l’énergie noire. Son installation, démarrée en 2018, est entrée récemment dans une nouvelle phase avec la réception et le montage des deux premiers spectrographes sur les 10 que comptera l’instrument. L’Irfu, partenaire du projet depuis la première heure, et responsable de la partie cryogénique des spectrographes,  a réalisé cette installation avec succès. Les 8 spectrographes suivants seront installés en mai et septembre prochains sous coordination de l’équipe de l’Irfu, en partenariat avec les équipe locales.

vidéo réalisée par Victor Silva (Irfu/DIS)

Grâce aux satellites en rayons X Chandra et XMM-Newton, une équipe internationale à laquelle a participé le Département d'Astrophysique du CEA-Irfu vient de découvrir l'existence de deux bulles de gaz chaud s'échappant jusqu'à des distances d'environ 500 années-lumière, de part et d'autre de l'environnement du trou noir massif situé au centre de notre Galaxie. Tout comme les messages des amérindiens transmis par des bulles de fumée visibles de loin, ces « cheminées de gaz chaud » nous renseignent aujourd'hui sur l'activité passée intense du trou noir et des régions centrales de notre Galaxie. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature du 21 mars 2019.

Une équipe internationale, menée par des chercheurs du Département d'Astrophysique/Laboratoire AIM du CEA-Irfu vient de mettre en évidence une nouvelle population de galaxies très lointaines, qui avaient jusqu'à présent échappé aux observations les plus profondes de l’Univers. Durant l’été 2016, à plus de 5000 mètres d’altitude sur les hauts plateaux chiliens, les antennes du grand interféromètre ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) ont scruté pendant plus de 20 heures une des régions les mieux étudiées du ciel. Ces observations y ont révélé des galaxies encore inconnues, très massives mais opaques, n’émettant que très peu de lumière visible en raison d’une grande quantité de poussières.  Ces galaxies « sombres », très lointaines, qui pourraient être les progénitrices des galaxies les plus massives de l'univers, révèlent  que l’ampleur de la formation des étoiles au cours des premiers milliards d’années de l’histoire cosmique pourrait avoir été jusqu'à présent largement sous estimée. Ces travaux viennent d'être publiés dans la revue Astronomy & Astrophysics.

Les neutrinos issus du Big Bang parcourent l’Univers depuis plus de 13 milliards d'années. Ils sont quasi indétectables mais leur empreinte sur la formation des grandes structures de l'Univers comme les galaxies, peut être détectée. Pour la première fois, cette trace du « fond diffus de neutrinos » issus du Big Bang sur les « oscillations acoustiques baryoniques » (BAO) a été déduite du relevé de 1,2 million de galaxies du "Sloan Digital Sky Survey" (SDSS). Ces données correspondent à 5 années d’observations de l’expérience BOSS (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey), télescope au sol installé au Nouveau Mexique. Le résultat, publié dans la revue Nature Physics, montre comment la phase des BAO permet de contraindre le nombre d'espèces des neutrinos du modèle standard de la physique des particules.

Le groupe du DPhP participe à ce projet depuis plus de 10 ans et actuellement à son extension, le projet eBOSS. Dans un futur très proche, le projet DESI pourra étudier encore plus précisément ce fond de neutrinos cosmiques produit par le Big Bang.

Une collaboration internationale, impliquant le Département d’Astrophysique-Laboratoire AIM du CEA irfu, a participé à l’étude d’un système exoplanétaire, Kepler-107, et a révélé une distribution étonnante de ses 4 planètes dont deux semblent résulter potentiellement d’un impact géant. C’est grâce à l’astérosismologie (l’étude des vibrations d’étoiles) et à la modélisation des transits planétaires, que les chercheurs ont pu déterminer la masse et le rayon de l’étoile centrale et de ses planètes avec une grande précision et mis en évidence la densité inhabituelle d’une des planètes. Cette anomalie peut être expliquée par une collision géante entre planètes, semblable sans doute à celle qui a affecté la Terre dans le passé pour former la Lune. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature Astronomy du 4 février 2019

L'observatoire Cherenkov Telescope Array (CTA) annonce aujourd’hui la signature de trois conventions qui permettront de construire son site austral au Chili, plus précisément sur les terrains de l’ESO à 11km au sud-est du Très grand télescope (VLT) dans le désert d'Atacama. CTA sera formé d’un réseau de 118 télescopes répartis sur deux sites, un dans l’hémisphère Nord et un autre dans l’hémisphère Sud. Les équipes du CNRS et du CEA ont notamment participé au choix de l’implantation dans l’hémisphère Sud et préparent les instruments pour les télescopes. Les premières observations gamma de l’Univers par CTA sont attendues dès 2022.

L’astronomie en rayons gamma témoigne des phénomènes les plus violents de l’Univers comme l’explosion d’étoiles massives en fin de vie (supernovae), l’activité de trous noirs galactiques, la fusion de trous noirs ou les sursauts gamma. En l’associant avec l’observation en infrarouge, visible et en rayons X, elle devrait permettre une meilleure compréhension des « accélérateurs de particules » naturels que sont ces « monstres » cosmiques. Les physiciens espèrent également observer l’annihilation de la matière noire via l’émission gamma qui l’accompagnerait, et ainsi, la démasquer enfin. 

Les télescopes Tcherenkov, comme Hess en Namibie, Magic aux îles Canaries et Veritas aux Etats-Unis, détectent au sol la lumière bleutée produite par l'interaction avec l'atmosphère des rayons gamma de très haute énergie. Afin de couvrir la totalité de la voûte céleste, deux réseaux de télescopes de ce type doivent être installés, l’un dans l’hémisphère Nord et le deuxième dans l’hémisphère Une centaine de télescopes au total, érigés spécifiquement pour CTA, permettra d'étudier les phénomènes cataclysmiques de l'Univers avec des performances dix fois supérieures à celles des instruments existants. 

Les régions de formation d'étoiles les plus intenses de l'Univers jeune interagissent fortement avec leur environnement par des échanges rapides de gaz. Cette découverte a été faite au coeur d'une des plus lointaines galaxie massives découverte en 2015 par le satellite Planck et baptisée "l'Emeraude". Elle a été réalisée par une équipe internationale d’astronomes, notamment de l’Institut d’astrophysique spatiale (Université Paris-Sud/CNRS), du Laboratoire d’astrophysique de Marseille (Aix-Marseille Université/CNRS) et du Département d'Astrophysique-Laboratoire Astrophysique Instrumentation Modélisation (CEA/CNRS/Université Paris Diderot) et permet ainsi d' approfondir la compréhension de la phase d'évolution rapide des galaxies massives, il y a environ 11 milliards d’années. Cette étude est publiée, au travers de deux articles, dans la revue Astronomy & Astrophysics du 30 novembre 2018.

Malgré une courte période d’avtivité, le satellite à rayons X Hitomi de l’agence spatiale japonaise Jaxa a montré tout son potentiel et livré aux scientifiques des informations de premier plan d’objets célestes très divers. Dans une série de travaux basés sur ces observations et réunis dans un numéro de la revue PASJ (Publications of the Astronomical Society of Japan), la collaboration Hitomi à laquelle est associée une équipe de chercheurs du Département d’Astrophysique du CEA-Irfu de Saclay expose une série de résultats mettant notamment à profit l’exceptionnel pouvoir de résolution spectrale du spectromètre SXS, l’un des instruments de la plateforme. Au cœur de ces travaux figurent notamment une étude détaillée de la dynamique du plasma au centre d’un noyau actif de galaxie, celle de l’éjecta de plusieurs restes de supernova, de la composition de matière dans un système binaire ou la recherche de  corrélations X et radio du pulsar du Crabe grâce à la haute résolution temporelle. Effectuées lors de la phase de vérification et d’étalonnage des instruments avant la défaillance du satellite, ces observations et la qualité des résultats obtenus confortent la communauté dans le choix des instruments et dans celui du fort potentiel de la haute résolution spectrale X. Cette démarche est au cœur du successeur de Hitomi, Xrism (X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission) et du projet spatial majeur X de l’ESA Athena dans lequel le CEA est fortement impliqué.

Ce projet WHOLESUN vient d’être financé pour une durée de six années par une prestigieuse bourse Synergy du Conseil européen de la recherche (ERC). Cinq experts Européens du Soleil et des étoiles, issus du département d’Astrophysique du CEA-Irfu / UMR AIM, du Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) en Allemagne, de l'Université de St Andrews au Royaume-Uni, de l'Université d'Oslo en Norvège et de l'Institut d'Astrophysique des Canaries (IAC), vont mettre en commun leurs savoir-faire et connaissances de la dynamique de notre étoile et de ses jumeaux. L’objectif est de déterminer au cours des six prochaines années comment le champ magnétique est généré à l'intérieur du Soleil et comment il crée des tâches solaires à sa surface et des éruptions dans son atmosphère hautement stratifiée. À cette fin, l'équipe développera le modèle du Soleil complet le plus avancé à l'aide des super ordinateurs les plus puissants, dits Exa-scale et le contraindra avec les observations venant de missions spatiales, tel que Solar Orbiter de l’Agence Spatiale Européenne (ESA) qui sera lancé en 2020.

À l’aide de l’observatoire XMM-Newton de l’ESA, une équipe internationale, dirigée par Marguerite Pierre du Département d'Astrophysique-Laboratoire AIM du CEA-Irfu  vient de révéler les derniers résultats du sondage XXL, le plus vaste programme d’observation en rayons X réalisé à ce jour par le satellite XMM. Le deuxième lot de données qui vient d'être publié dans un numéro spécial de la revue Astronomy & Astrophysics, comprend des informations sur 365 amas de galaxies et sur 26 000 noyaux galactiques actifs (AGN). Par l'examen profond de deux grandes régions du ciel, le sondage XXL est la première étude en rayons X à détecter suffisamment d’amas de galaxies et d’AGN pour permettre de retracer la structure à grande échelle de l'Univers et son évolution dans le temps avec des détails sans précédent.

La quête des sources de rayons cosmiques, c’est à dire des particules hadroniques arrivant sur Terre avec des énergies tellement grandes qu’elles dépassent largement celles des collisionneurs créées par l'homme comme le LHC, est en cours depuis plusieurs décennies. Bien qu'étant ultra-relativistes, les rayons cosmiques sont déviés par les champs magnétiques présents dans tout l'Univers et leur direction d’arrivée sur la Terre ne nous renseigne donc plus sur leur origine. À ce jour, aucune source n’a pu être identifiée dans la distribution des directions d'arrivée des rayons cosmiques et le mécanisme d’accélération de ces particules reste encore une énigme.

Mais depuis quelques années, un nouvel angle d’attaque sur le mystère de l’origine des rayons cosmiques a été développé (par les physiciens de l’Irfu entre-autres): "l'astronomie multi-messager". Dans ces recherches, on utilise le fait que les interactions fondamentales créent des liens uniques entre différentes particules de haute énergie. Des observations combinées de divers messagers cosmiques pourraient en effet fournir les informations manquantes sur les phénomènes violents à l'origine des rayons cosmiques.

Le télescope spatial infrarouge SPICA vient d’être présélectionné par l’agence spatiale européenne (ESA) afin de participer à la compétition finale qui verra en septembre 2021 le choix de la prochaine mission de taille moyenne de l’ESA (mission M5). SPICA est un télescope infrarouge de grande taille (diamètre 2,5 m) entièrement refroidi à une température de seulement quelques degrés au dessus du zéro absolu. Ce concept a été proposé à l’ESA dans le cadre de la compétition pour la mission M5 du programme « Cosmic Vision » (25 propositions soumises) par un consortium de laboratoires de recherche Européens mené par la Hollande en collaboration étroite avec l’agence spatiale japonaise (JAXA), et auxquels participent en France le CEA, le CNRS et leurs universités associées avec le support du CNES.

La matière noire constitue environ 85% de la matière dans l’Univers et sa nature n’est toujours pas dévoilée. L’observatoire H.E.S.S. situé en Namibie scrute la région centrale de notre Galaxie à la recherche de rayons gamma mono-énergétiques issus de la collision d’hypothétiques WIMPs, particules élémentaires privilégiées candidates à la matière noire. La recherche menée avec 10 ans d’observations du centre de notre galaxie avec la phase 1 de H.E.S.S. s’avère infructueuse mais permet de poser les plus fortes contraintes à ce jour sur le taux d’annihilation de WIMPs dans la gamme de masse du TeV. Ces résultats viennent d’être publiés dans Physical Review Letter: Phys. Rev. Lett. 120, 201101 (2018).

Le 7 mai 2018, l'Agence spatiale européenne (ESA) a annoncé les trois missions spatiales sélectionnées, sur les 25 proposées, pour la cinquième mission de classe moyenne de l'ESA dans son programme scientifique Cosmic Vision, dont la date de lancement est prévue en 2032. L'une de ces trois missions est le projet THESEUS (Transient High-Energy Sky et Early Universe Surveyor), un projet développé ces dernières années par un grand consortium européen dans lequel le Département d'Astrophysique/Laboratoire AIM du CEA-Irfu joue un rôle majeur. THESEUS vise à explorer l'Univers précoce (le premier milliard d'années) grâce à des sursauts gamma (GRBs), les explosions les plus extrêmes du cosmos, et à fournir une détection, une localisation précise et une mesure de la distance des sources d'ondes gravitationnelles et de neutrinos, ainsi que de nombreuses autres sources célestes transitoires.

La distribution des différentes masses d'étoiles formées à partir d'un nuage de gaz vient d'être reproduite avec succès par deux chercheurs du Département d'Astrophysique/Laboratoire AIM du CEA-Irfu. L'effondrement d'un nuage de gaz de 1000 masses solaires a pu être reconstitué grâce à des simulations numériques faisant varier la densité et l'influence de la turbulence. Les résultats de ces simulations montrent l'émergence d'une masse caractéristique qui correspond bien à celle observée et ceci de façon largement indépendante des conditions initiales et directement liée au comportement du gaz. Cela conduit à une très bonne reproduction des différentes masses d'étoiles observées. Jusqu'ici la distribution de masse des étoiles restait largement inexpliquée. Ces résultats sont publiés dans deux articles de la revue Astronomy & Astrophysics.

La collaboration internationale H.E.S.S., à laquelle contribuent le CNRS et le CEA, publie le bilan de quinze années d’observations en rayons gamma de la Voie Lactée. Ses télescopes installés en Namibie ont permis d’étudier des populations de nébuleuses à vent de pulsar, des restes de supernovæ, mais aussi des micro-quasars, jamais détectés en rayons gamma. Ces études sont complétées par des mesures précises comme celles de l'émission diffuse au centre de notre galaxie. Cet ensemble de données servira désormais de référence pour la communauté scientifique internationale. Quatorze articles, soit le plus vaste ensemble de résultats scientifiques dans ce domaine, sont publiés le 9 avril 2018 dans un numéro spécial de la revue "Astronomy & Astrophysics".

Une équipe internationale conduite par le Département d'Astrophysique/Laboratoire AIM du CEA-Irfu vient de montrer pour la première fois que le champ magnétique joue un rôle fondamental dans l'effondrement des proto-étoiles. Grâce à des observations obtenues au grand radiotelescope ALMA (Atacama Large Millimeter Array) au Chili, les chercheurs ont mesuré la polarisation des poussières au sein de la proto-étoile B335. Cette polarisation, émission de lumière dans une direction privilégiée, résulte de l'alignement des grains de poussières sous l'influence du champ magnétique. Dans B335, cette influence s'exerce sur une très large région autour de la proto-étoile en effondrement. Ces observations apportent la première preuve que l'influence du champ magnétique est prépondérant dans le processus de formation des étoiles de type solaire, et plus spécifiquement dans la formation des futurs disques protoplanétaires. Ces résultats sont sous presse dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Le comité des programmes de l’Agence Spatiale Européenne vient de sélectionner la mission ARIEL (pour Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey) comme la 4e mission de classe intermédiaire du programme « Cosmic Vision » avec un budget de 450 millions d’euros. ARIEL sera lancé de la base de Kourou en Guyane en mai 2028 et sera placé en orbite au point de Lagrange L2, situé à 1.5 million de kilomètres de la Terre. ARIEL est un télescope spatial qui sondera de manière systématique les atmosphères d’un millier de planètes extrasolaires, des géantes gazeuses aux planètes rocheuses, qu’elles soient chaudes ou tempérées autour d’étoiles de différents types. ARIEL mesurera la composition et la structure des atmosphères planétaires, contraindra la nature des cœurs planétaires, détectera la présence de nuages et étudiera les interactions avec l’étoile hôte.

Plus de vingt ans après la mise en évidence de l’accélération de l’expansion de l’Univers, la nature du phénomène physique à l’origine de cette accélération, appelée « énergie noire », est toujours inconnue. Le modèle actuel de la cosmologie est basé sur la relativité générale comme théorie de la gravitation et établit une prédiction théorique pour la quantité de galaxies qui se forme à u­ne période donnée de l’Univers. On appelle ce paramètre cosmologique le taux de croissance des structures cosmiques. Il permet de tester directement la théorie de la gravitation à l’échelle de ces grandes structures.

Pour la 1^ère fois, le multi-spectrographe eBOSS monté sur le télescope du Sloan Digital Sky Survey au Nouveau-Mexique, a permis de mesurer ce paramètre à partir de la distribution des corrélations spatiales des quasars. Les quasars sont parmi les sources les plus brillantes de l’Univers et permettent de sonder une époque quasiment inexplorée par ce test cosmologique, lorsque l’Univers avait entre 3 et 7 milliards d’années. L’échantillon sur lequel l’analyse repose correspond à 2 ans de prise de données et a déjà permis de sélectionner plus de 148 000 quasars. Les mesures effectuées confirment la validité du modèle de la cosmologie basé sur la relativité générale et peuvent aussi être utilisées pour contraindre des théories alternatives de gravité.

Les résultats ont été publiés dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (P. Zarrouk et al, 2018).

La collaboration continue d’acquérir des données dont l’analyse finale est prévue pour la fin 2019 et qui doublera la taille de l’échantillon. Les cosmologistes du DPhP sont fortement impliqués dans toutes les étapes du programme eBOSS, ainsi que dans son successeur, le projet DESI situé à l’observatoire national Kitt Peak en Arizona et dont le début de la prise de données est prévu pour 2020.

Une observation sans précédent d’une supernova, explosion d’une étoile massive, a pu être capturée à ses tous débuts par un astronome amateur, au moment exact où la supernova est devenue visible dans le ciel. Ces données précoces et des observations complémentaires obtenues par une batterie de télescopes ont permis à une équipe de chercheurs de plusieurs instituts du CONICET [1], en Argentine, et du Département d'Astrophysique-Laboratoire AIM (CEA-CNRS-Paris Diderot) en France, de tester pour la première fois, les prédictions théoriques sur l'évolution initiale de telles explosions stellaires. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature du 22 février 2018.

Un seul et unique phénomène pourrait contrôler toutes les éruptions solaires. C’est ce que viennent de mettre en évidence des chercheurs de l’Ecole polytechnique, du CNRS, du CEA-Irfu, et d’Inria  dans un article à la Une de la revue Nature du 8 février 2018. Ils ont pu montrer la présence à la surface du Soleil d’une « cage » renforcée dans laquelle se développe une « corde magnétique», enchevêtrement de lignes de force magnétiques torsadées,  à l’origine des éruptions solaires. C’est la résistance de cette cage aux assauts de la corde qui détermine la puissance et le type de l’éruption à venir. Ces travaux ont permis d’élaborer un modèle capable de prévoir l’énergie maximale qui peut être libérée lors d’une éruption solaire aux conséquences potentiellement dévastatrices pour la Terre.

Deux articles publiés le 5 février dans la revue Nature Astronomy et Astronomy & Astrophysics, reviennent sur les exoplanètes gravitant autour de l’étoile Trappist-1, découvertes en février 2017.

TRAPPIST-1 est une toute petite étoile rouge située à 40 années-lumière de nous et qui possède au moins 7 planètes dont la taille est comprise entre 0,75 et 1,15 rayons terrestres. Ces planètes transitent devant le disque de leur étoile à chacune de leurs révolutions, avec des périodes orbitales qui vont de 1,5 à 19 jours seulement ! Malgré son extrême compacité, ce système possède plusieurs planètes tempérées, ni trop chaudes ni trop froides, potentiellement capable d'avoir des océans de surface. Trappist-1 nous offre des opportunités pour l'instant uniques de caractériser des planètes de taille et température terrestres hors du système solaire.

Les deux articles présentent des résultats observationnels issus de différents instruments exploitant des méthodes différentes pour caractériser l'atmosphère des exoplanètes et la dynamique de ce système planétaire.

Ces études ont été réalisées par une équipe internationale impliquant des chercheurs français du Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux (CNRS/Université de Bordeaux), du département d’astrophysique du CEA (Irfu/DAp) et du Laboratoire de météorologie dynamique (CNRS/École polytechnique/Sorbonne université/ENS Paris). Elles sont publiées le 5 février 2018 dans Nature Astronomy et Astronomy & Astrophysics.

La caméra MegaCam développée au CEA-Irfu vient de révéler des structures jusqu'ici insoupçonnées au sein du célèbre Quintette de Stephan, une spectaculaire association de cinq galaxies. La découverte d'un halo rouge très étendu, constitué de vieilles étoiles, et centré sur l'une des galaxies elliptiques, NGC 7317, montre que le groupe de galaxies est encore en très forte interaction, un aspect totalement ignoré dans les études précédentes. Cette interaction montre que le Quintette de Stephan est encore le théâtre d'un cannibalisme galactique généralisé, en contradiction avec les prédictions théoriques actuelles qui devront donc être révisées. Ces résultats d'une équipe de l'Observatoire astronomique de Strasbourg, du Département d'Astrophysique du CEA et de l'observatoire de Lund (Suède) sont publiés dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society de janvier 2018.

En réussissant pour la première fois à analyser la lumière de près de 1000 galaxies elliptiques très lointaines, à plus de 10 milliards d'années-lumière, une équipe de chercheurs incluant trois astrophysiciens du Département d'Astrophysique du CEA-Irfu vient de révéler que ces galaxies du début de l'univers contiennent beaucoup de gaz mais ne forment pas pour autant des étoiles. Une véritable énigme qui remet en cause notre compréhension de l'évolution de ces galaxies géantes. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature Astronomy du 16 Janvier 2018.

Après une sélection sévère, les premières cibles d'observation du télescope spatial James Webb (JWST) qui doit être lancé au printemps 2019, viennent d'être dévoilées.  Sur les 200 déclarations d’intention initialement envoyées par des chercheurs du monde entier, seulement 13 programmes ont été retenus au titre des "Premières publications scientifiques (ERS pour Early Release Science). Parmi eux, deux programmes auxquels participe le CEA. Ces observations auront lieu au cours des cinq premiers mois des opérations scientifiques du JWST, après une période de mise en service de six mois.

L’instrument NISP (Near IR Spectrometer Photometer) est un spectro-photomètre infrarouge qui équipera le télescope spatial Euclid (lancement prévu en 2021) dans le but de mieux comprendre la matière noire et l’énergie noire. Après trois ans de R&D aboutissant à un modèle de qualification, et 6 mois pour la construction et les tests du modèle de vol, les 2 cryomoteurs de NISP ont passé avec succès en novembre l’ensemble des tests de recette.  Une équipe de physiciens d'ingénieurs et de techniciens du CEA-Irfu est prête à les livrer au consortium instrumental Euclid/NISP. Ces cryomoteurs sont destinés à faire tourner les roues porte-filtres et porte-grismes¹ qui détermineront le mode d'observation de la caméra NISP en photométrie ou en spectroscopie. Ces deux modes sont indispensables  pour mesurer la forme et l'âge des galaxies.

¹Un grisme est un prisme dont une des faces est usinée de façon à former un réseau de diffraction afin de ne laisser passer qu'une seule longueur d'onde.

Sous la coupole du palais de l'Institut de France de l’Académie des sciences, une cérémonie de remise des prix a eu lieu mardi 21 novembre. Trois chercheurs de l'Irfu ont été récompensés pour leur travaux de premier plan, dans le domaine de la cosmologie pour Nathalie Palanque-Delabrouille (DPhP) et David Elbaz (DAp), et sur les propriétés des poussières et du gaz interstellaire dans l’Univers proche pour Suzanne Madden (DAp).

La compréhension de notre Univers soulève des questions fondamentales auxquelles théorie et observations tentent de répondre, et ouvre la porte à de nouveaux champs d’exploration, comme celui récent des ondes gravitationnelles récompensé par le Prix Nobel de physique 2017.
La plus emblématique énigme de la cosmologie moderne est celle de la composante sombre de notre Univers. Seuls 5% de l’Univers sont constitués de matière connue (dite baryonique) et de rayonnement.  95% de l’Univers sont de nature inconnue: la matière noire (25%), détectée par ses effets gravitationnels à toutes les échelles, et l’énergie sombre (70%), qui agit comme une pression négative s’opposant à la contraction gravitationnelle de l’Univers sous l’effet de la matière. 

Plusieurs sondes observationnelles complémentaires permettent d’enquêter de façon approfondie sur ces composantes sombres, d’une part en caractérisant leurs propriétés, et d’autre part en remontant le cours de l’histoire de l’Univers et de la formation des premières structures - des étoiles aux galaxies et amas de galaxies. Le CEA joue un rôle clé en contribuant à ces programmes observationnels ambitieux, ainsi qu’à la réalisation des instruments au sol et spatiaux les permettant. Trois de ses chercheurs sont récompensés pour leur travaux de premier plan; voici leurs portraits.

Une grande partie des exoplanètes connues aujourd’hui sont en orbite très proche autour de leur étoile, permettant des interactions très intenses entre les planètes et l'étoile hôte. Une collaboration internationale, menée par des chercheurs du Département d'Astrophysique-Laboratoire AIM du CEA-Irfu, a montré que ces planètes en orbite proche migrent rapidement, dû à l’effet conjoint des forces de marées et des forces magnétiques. Cette étude apporte des éléments essentiels pour la compréhension de la formation et de l’évolution des systèmes étoile-planètes.  Ces effets de migration devraient être prochainement observables par des missions comme PLATO (PLAnetary Transits and Oscillations of stars) de l'Agence Spatiale Européenne (ESA) qui vont étudier la zone d'habitabilité des planètes. Ces résultas sont publiés dans la revue Astrophysical Journal Letters d'octobre 2017.

A l'aide d'une panoplie de détecteurs développés avec la participation du CEA, les physiciens du CEA-Irfu ont scruté la région d'où est provenue l'onde gravitationnelle détectée le 17 août 2017 par les installations LIGO-VIRGO. A la différence des quatre détections précédentes d'ondes du même type découvertes depuis 2015, cette nouvelle vibration de l'espace,  baptisée GW170817, s'avère d'origine différente. Elle ne résulte pas de la fusion de deux trous noirs mais de deux étoiles les plus denses connues, les étoiles à neutrons.
Grâce au satellite INTEGRAL en orbite, les astrophysiciens du Département d'Astrophysique-Laboratoire AIM (CEA, CNRS, Univ Paris Diderot) ont pu montrer que l'onde GW170817 s'était accompagnée d'un sursaut gamma, brève bouffée de rayons gamma  émise juste 2 secondes après la fusion des deux astres. En pointant en un temps record un des télescopes géants du VLT (Chili), ils ont également participé à l'étude de l'émission de lumière visible qui a suivi la fusion, montrant notamment que cette lumière n'était pas polarisée.
Les physiciens du Département de Physique de Particules du CEA-Irfu ont également analysé les données obtenues par les experiences ANTARES pour la recherche de neutrinos et H.E.S.S. pour la recherche de rayons gamma de très hautes énergies, montrant que l'onde GW170817 n'avait pas fourni d'émission détectable.

L'étude de ce phénomène nouveau, jamais observé jusqu'ici directement, offre de nombreuses perspectives excitantes pour l'astrophysique comme la possibilité de mieux comprendre l'origine des éléments très lourds de l'Univers et même la capacité de mesurer de façon totalement indépendante le taux d'expansion de l'Univers.
L'ensemble de ces résultats exceptionnels est publié le 16 octobre 2017 dans une série d'articles présentés dans les revues Nature, Astrophysical Journal et Physical Review Letters.

Le consortium CTA (Cherenkov Telescope Array), qui regroupe 1300 scientifiques de 32 pays dans le monde a publié fin septembre le recueil de ses objectifs scientifiques, un document de plus de 200 pages, résultat de plusieurs années de travail auquel ont contribué des chercheurs de l’Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers (Irfu) du CEA.

A l'Irfu, le projet compte une quinzaine de physiciens et d'astrophysiciens du département de physique des particules (Irfu/DPhP) et du département d’astrophysique (Irfu/DAp). Leurs recherches se concentrent sur les phénomènes galactiques, la matière noire, les études de physique fondamentale et l’étude des phénomènes transitoires de l’Univers, des sujets abordés aujourd’hui grâce à leur implication dans les instruments H.E.S.S., Fermi, Integral, et XMM-Newton, pour n’en citer que quelques-uns.

L’observatoire CTA est sur le point de transformer notre vision du ciel à très haute énergie en détectant la lumière Tcherenkov produite par l’interaction des rayons gamma dans l’atmosphère. Afin de couvrir la totalité de la voute céleste, deux réseaux sont en cours d’installation respectivement sur le plateau d’Armazones au Chili et sur l’Ile de la Palma (archipel des Canaries). Ils comporteront au total une centaine de télescopes qui permettront d’étudier les phénomènes cataclysmiques de l’Univers, de sonder la matière soumise à des conditions extrêmes, et d’explorer les frontières de la physique, avec des performances dix fois supérieures aux instruments existants.

Une équipe internationale incluant deux chercheurs du Département d'Astrophysique-Laboratoire AIM du CEA-Irfu a détecté pour le première fois la présence de la molécule CH+ dans les galaxies distantes de l’Univers jeune, grâce au grand interféromètre ALMA. La présence de cette molécule particulière démontre l'existence autour des jeunes galaxies de vastes réservoirs turbulents de gaz froid de faible densité. Leur présence pourrait permettre d'expliquer comment les galaxies parviennent à prolonger leur phase d’intense formation stellaire malgré l'éjection de matière induite lors des explosions d'étoiles. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature du 24 aout 2017.

Grâce à de nouvelles simulations numériques, une équipe scientifique animée par des chercheurs du Département d'Astrophysique-Laboratoire AIM du CEA-Irfu est parvenue à expliquer pourquoi le champ magnétique du Soleil se renverse tous les 11 ans. Les scientifiques ont mis en évidence l’existence d’une rétroaction forte entre le champ magnétique de l’étoile et son profil de rotation interne, dont les modulations temporelles déterminent ultimement la période du cycle. Cette découverte majeure quant à la compréhension de l’origine du champ magnétique des étoiles est publiée le 14 juillet 2017 dans la revue Science.

Voir la vidéo :   Le cycle magnétique du Soleil en réalité virtuelle (CEA Astrophysique)

Plusieurs décennies après sa découverte, la nature de la matière noire reste une énigme. Récemment, des observations astrophysiques ont motivé de nouveaux modèles cosmologiques dits "matière noire tiède" et "matière noire ultra-légère", pour expliquer ses propriétés. Les spectres des quasars mesurés en particulier par les relevés BOSS auprès du télescope Sloan et XQ100 auprès du VLT ont permis aux chercheurs du DPhP de les tester. Leurs observations favorisent l'hypothèse d'une matière noire froide standard, et placent parmi les contraintes les plus fortes sur les masses de ces particules.

Les observations cosmologiques et astrophysiques démontrent l'existence d'une matière noire, source principale des forces de gravité qui produisent et soutiennent les grandes structures de l'univers. Malgré plusieurs décennies d'investigations, la nature de cette matière noire reste en revanche inconnue. En particulier aucune trace de particules de type WIMPs, longtemps évoquées, n'a été trouvée à ce jour que ce soit au LHC, dans les expériences de détection dite directe comme EDELWEISS, ou indirecte comme HESS. D'autres modèles de matière noire font donc l'objet d'attentions croissantes.

La mission spatiale PLATO (Planetary Transits and Oscillations of stars / Transits Planétaires et Oscillations d'étoiles) a été adoptée lors d'une réunion du Comité du programme scientifique de l'Agence Spatiale Européenne (ESA) qui s'est tenue le 21 juin 2017. PLATO a pour objectif la découverte de planètes rocheuses autour d’étoiles proches, semblables à notre Soleil. Sélectionnée par l’Agence Spatiale Européenne (ESA) en 2014, la mission était en préparation et son adoption clôt la phase d’étude et donne le feu vert à la phase de réalisation des instruments. Par suite, dans les prochains mois, un appel d’offre va être lancé pour la fourniture de la plate-forme spatiale sur laquelle sera placé le télescope et ses instruments. PLATO sera lancé en 2026, et il sera placé à près de 1,5 million de km de la Terre. Le satellite surveillera des dizaines de milliers d'étoiles brillantes, recherchant des variations de lumière de quelques dix millièmes, et périodiques, signes du passage d’une planète devant le disque de leur étoile.

La première carte de distribution spatiale des structures de l’univers d’aujourd’hui à plus de 10 milliards d’années vient d’être révélée par les astronomes du programme Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Pour remonter à cet âge lointain de l’Univers, les physiciens ont utilisé les sources les plus violentes de l’Univers : les quasars. Ils représentent les objets les plus lumineux et témoignent d'un lointain passé où l'Univers commençait à peine à se structurer après le Big Bang.
A partir de cette nouvelle carte, les chercheurs ont mesuré pour la 1ère fois les distances entre les structures de l’Univers tel qu’il était il y a plus de 6 milliards d’années. Les groupes français du CEA et du CNRS ont eu un rôle majeur dans cette mesure que ce soit concernant la sélection des quasars mais aussi l’analyse de près de 150 000 sources. Les observations continuent mais les résultats de cette nouvelle étude après 2 ans de prise de données confirment déjà le modèle standard de la cosmologie.

L’expérience d’astrophysique PILOT a été lancée le 17 avril sous un ballon stratosphérique depuis Alice Springs, au centre de l’Australie. Le but est d’observer la polarisation de l’émission des grains de poussières présents dans le milieu interstellaire de notre Galaxie et des galaxies proches. Avec une masse de près d’une tonne, PILOT [1] utilise les plus gros ballons lancés par le Centre National d'Etudes Spatiales (CNES). Elle a été développée par l’Institut de recherche en astrophysique et planétologie (CNRS/CNES/Université Paul Sabatier) et l’Institut d’astrophysique spatiale (CNRS/Université Paris-Sud) et l’Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers (CEA-Irfu). Les détecteurs capables de détecter le rayonnement infrarouge des poussières ont été développés au CEA et sont issus des travaux effectués pour réaliser la caméra PACS qui équipait l'observatoire spatial Herschel.

Le nuage moléculaire du milieu interstellaire constitue le lieu au sein duquel se forment, de manière non uniforme les proto-amas d’étoiles, régions qui donnent ensuite naissance aux étoiles. Etudier les étapes conduisant à l’effondrement des cœurs denses pré-stellaires est essentiel pour comprendre la formation des étoiles. A l’aide à la fois de simulations numériques réalisées sur des calculateurs massivement parallèles et d’une approche analytique, deux chercheurs du Service d’Astrophysique/Laboratoire AIM du CEA-Irfu, Y.-N. Lee et P. Hennebelle, ont montré que certaines propriétés d’un amas d’étoiles sont déterminées avant le début de la formation stellaire, notamment dans la phase gazeuse et que les effets de gravité et de turbulence jouent un rôle majeur. Ces travaux, publiés sous la forme de deux articles dans la revue Astronomy & Astrophysics, permettent de mieux comprendre les paramètres liés à la formation des étoiles comme la fonction de masse initiale ou leur taux  et efficacité de formation.

Les étoiles ne jouent pas aux dés ! C'est l'extraordinaire découverte qu'on fait les chercheurs du Département d'Astrophysique-Laboratoire AIM du CEA-Irfu en parvenant à déterminer l'orientation dans l'espace de l'axe de rotation d'étoiles appartenant à deux amas d'étoiles grâce à l'astérosismologie. Environ 70 % des étoiles observées ont des axes de rotation parfaitement alignés, en contradiction formelle avec les modèles de formation d'étoiles qui prédisent au contraire que ces axes de rotation devraient être distribués totalement aléatoirement. Des simulations numériques ont permis de montrer que, très probablement, ces étoiles avaient réussi à conserver le mouvement de rotation initiale du nuage qui a donné naissance à l'amas. Cette découverte, si elle est confirmée dans d'autres amas, pourrait amener à reconsidérer les processus fondamentaux de la formation des étoiles. Ces travaux font la une de la revue Nature Astronomy du 13 mars 2017.

Voir l'interview : Le mystère de l'alignement de l'axe de rotation des étoiles 

Les quatre caméras des « petits » télescopes de l’observatoire H.E.S.S. ont vu leur électronique de lecture rajeunir de plus de 15 ans afin de rejoindre les performances du cinquième télescope, installé en 2012. Cette mise à niveau va permettre aux cinq télescopes de travailler de concert et d’optimiser l’identification des photons de hautes énergies du cosmos. L’opération de jouvence, démarrée en 2013, a permis  l’installation des 4 caméras durant l’été dernier  pour aboutir, en janvier 2017, à une première observation simultanée d’une première source gamma. La mise en service de ces caméras aux performances et à la fiabilité améliorées laisse présager une belle moisson de nouveaux résultats scientifiques pour H.E.S.S. qui représente 1/4 des télescopes gammas en fonctionnement dans le monde. Ce succès a aussi validé l’utilisation de la puce NECTAr, conçue par l’Irfu pour équiper une quinzaine de caméras du futur observatoire CTA dont l’installation débutera en 2018.

Après douze ans de bons et loyaux services dans l’environnement poussiéreux et hostile des hauts plateaux namibiens, quatre des cinq caméras de l’expérience H.E.S.S devaient être remplacées. Ces quatre caméras installées en 2005 par des équipes du CNRS/IN2P3 et du CEA/Irfu, ont été à l’origine de la découverte de plus de 100 objets astrophysiques qui émettent des photons de très haute énergie (au-delà de quelques dizaines de GeV), de l’élaboration de la première carte en 2004 du plan galactique (voir l’image à la fin du texte) à ces énergies, de la découverte d’une source de rayons cosmiques au PeV (10¹⁵ eV) et de bien d’autres observations.

Sept planètes de taille terrestre et de température modérée gravitent autour de l’étoile Trappist-1, une petite étoile rouge à 40 années-lumière de la Terre. Mieux : au moins trois d’entre elles sont dans des conditions compatibles avec la présence d’eau liquide en surface. C’est ce qu’a découvert une équipe internationale impliquant des chercheurs du CNRS, du CEA et de l’UPMC au Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux (CNRS/Université de Bordeaux), au Laboratoire de météorologie dynamique (CNRS/UPMC/École polytechnique/ENS) et au Service d'Astrophysique-Laboratoire AIM (CEA/ CNRS/Université Paris Diderot). Le système planétaire orbitant autour de l'étoile Trappist-1 constitue à ce jour l'un des plus étonnants et des plus riches, notamment en termes de perspectives scientifiques : au-delà de la détermination de l’orbite et de la masse de ces planètes, il sera possible, dans un avenir proche, de mettre en évidence la présence éventuelle d’atmosphères. Cette étude est publiée dans Nature le 23 février 2017.

Un trou noir géant a détruit une étoile et a ensuite ingurgité ses restes pendant environ une décennie, selon les astronomes. C'est plus de dix fois plus long que tous les évènement analogues observés jusque ici.
Une équipe intenationale de chercheurs, incluant un astrophysicien du Service d'Astrophysique-Laboratoire AIM du CEA-Irfu, a fait cette découverte étonnante en utilisant des données des trois satellites, Chandra X-ray Observatory (NASA), SWift (NASA) ainsi que XMM-Newton (ESA). Les résultats de cette étude sont à paraitre dans la revue Nature Astronomy.

L’instrument Desi (Dark Energy Spectroscopic Instrument) analysera la lumière émise par 35 millions de galaxies et quasars à plusieurs moments du passé de l’Univers et jusqu’à 11 milliards d’année, pour mieux cerner l’énergie noire. Son passage en phase de construction en 2016 couronne plusieurs années de recherche et développement qui ont abouti à un design solide et une stratégie d’observation crédible. L’Irfu, partenaire du projet depuis la première heure, y a tenu toute sa place. Retour sur une année qui a vu le projet devenir réalité.

Une nouvelle phase commence pour DESI

Au sein d’une équipe franco-canadienne, des chercheurs du Service d’Astrophysique/Laboratoire AIM du CEA-Irfu  ont étudié l'évolution au cours du temps du vent stellaire d’étoiles voisines du Soleil.  Basé sur des simulations numériques 3D sur des ordinateurs massivement parallèles du GENCI couplé à des observations, l’étude sur un  échantillon d’étoiles d’âge compris entre 25 millions d’années et 4.5 milliards d’années (l’âge du Soleil) a permis de suivre comment le vent stellaire, son intensité et sa distribution de vitesses évolue au cours du temps. Ces travaux sont notamment basés sur les contraintes imposées par les mesures du champ magnétique de surface des étoiles obtenues par des observations en mode de spectropolarimétrie. Ils conduisent en particulier à établir une loi de distribution de vitesse du vent stellaire en fonction de l’âge de l’étoile. Ces travaux sont publiés dans la revue The Astrophysical Journal, décembre 2016.

L’homogénéité de l’Univers est l’un des fondements de la cosmologie. Des chercheurs de l’Irfu ont réalisé une cartographie de l’Univers en 3D grâce au relevé de quasars de SDSS III (Sloan Digital Sky Survey). Ils ont ainsi pu vérifier cette hypothèse pour des échelles plus grandes que le milliard d’années-lumière. Cette étude n’est pas un simple test de cohérence, contrairement aux précédentes, c’est-à-dire qu’elle ne repose pas au départ de façon implicite sur l’homogénéité pour la démontrer à la fin. Elle a été publiée dans Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, Volume 2016, November 2016.

Le principe cosmologique

La cosmologie se fonde sur le principe cosmologique, qui stipule que l’Univers est isotrope, le même dans toutes les directions, et homogène, le même en tout point. Mais, direz vous, quand j’observe le ciel à l’œil nu, il ne m’apparaît pas isotrope, les étoiles se regroupent dans la voie lactée.  L’Univers est effectivement anisotrope à petite échelle, mais à une échelle de l’ordre du milliard d’années-lumière il serait isotrope et homogène, comme illustré sur la figure 1. Mais en est-on sûr ?

Une équipe de chercheurs dirigée par Rémi Adam (Laboratoire Lagrange – OCA, UCA, LPSC Grenoble, CNES), Iacopo Bartalucci et Gabriel Pratt (Service d'Astrophysique-Laboratoire AIM du CEA-Irfu), a obtenu pour la première fois une image de la vitesse du gaz dans des amas de galaxies en collision grâce à NIKA [1], une caméra nouvelle génération dans le domaine millimétrique, au foyer du télescope IRAM de 30 m de diamètre du Pico Veleta (Espagne). Les observations NIKA, qui ont fourni une cartographie précise de la vitesse du gaz chaud dans les amas, offrent une nouvelle manière d'étudier la collision des amas de galaxies, responsables des événements les plus énergiques dans l’Univers après le Big Bang. Ces travaux sont en cours de publication dans la revue Astronomy & Astrophysics.

Dans un volume spécial de la revue internationale Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy de novembre 2016 consacré à l’étude des interactions de marées, deux chercheurs de l’Université de Namur et du Service d’Astrophysique-Laboratoire AIM du CEA-Irfu viennent de calculer l’évolution des orbites de planètes de différentes masses, proches d’une étoile centrale de petite masse. Leur modèle est le premier à prendre en compte simultanément l’évolution au cours du temps de la structure et de la rotation de l’étoile centrale et son impact sur les interactions de marées entre étoile et planète. Ils démontrent que les orbites de planètes proches peuvent être fortement influencées par les changements de la structure et de la rotation de l’étoile qui peuvent conditionner ainsi la survie ou la disparition de la planète.

Des observations de Malin 1, une galaxie voisine et un prototype parfait des "galaxies géantes avec une faible luminosité de surface», ont permis à une équipe internationale comprenant un chercheur du Service d'Astrophysique-Laboratoire AIM du CEA-IRFU de faire une découverte inattendue qui remet en question les hypothèses sur le processus de formation des galaxies de ce type. Il suggère que le disque géant de Malin-1, le plus grand connu dans l'univers, n'est pas la conséquence d'une collision, mais est en place depuis plusieurs milliards d'années, et les étoiles y sont formés de façon modérée mais  stable sur un long terme. En raison de leur aspect diffus et leur très faible brillance, ces galaxies massives sont difficiles à observer et demeurent mal connues aujourd'hui. Elles pourraient être une fraction importante des galaxies dans l'univers, car de nombreux objets semblables à Malin 1 pourraient avoir échappé à notre vigilance.
L'article, publié dans la revue Astronomy and Astrophysics, présente pour la première fois des images de Malin 1 obtenues à six longueurs d'onde différentes - de l'ultraviolet par le projet GUViCS1 à l'optique et proche infrarouge par le biais du projet NGVS1 avec la caméra MegaCam développée au CEA et installée sur le Télescope Canada-France-Hawaii (CFHT) [1]. Initialement prévu pour étudier l'amas de galaxies de la Vierge, ces grandes campagnes d'observation permettent également de travailler sur d'autres objets dans l'arrière-plan de cet amas, comme cela est le cas dans cette étude.

Une équipe internationale d’astronomes a utilisé le Vaste Réseau (Sub-)Millimétrique de l’Atacama (ALMA) pour explorer l’un des recoins de l’Univers révélé par le Champ Ultra Profond du satellite Hubble (HUDF). Ces nouvelles observations d’ALMA sont sensiblement plus profondes et mieux résolues que les sondages antérieurs effectués dans le domaine millimétrique. Elles mettent clairement en évidence l’existence d’une étroite relation entre le taux de formation stellaire dans les galaxies jeunes et leur masse stellaire totale. Elles révèlent par ailleurs l’abondance ainsi que la distribution spatiale du gaz à partir duquel naissent les étoiles, offrant ainsi un nouvel aperçu de cet “Age d’Or” de la formation galactique daté de quelque 10 milliards d’années.

Ces nouveaux résultats des observations d’ALMA font l’objet d’une série d’articles à paraitre dans l’Astrophysical Journal et les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Ils seront par ailleurs dévoilés lors du colloque “Les Cinq Ans d’ALMA”, organisé cette semaine à Palm Springs, Californie, Etats-Unis.

L’observatoire H.E.S.S. en Namibie traque la matière noire sous forme de WIMPs via la détection des rayons gamma produits lors de leur annihilation. A l’aide des 4 télescopes Tcherenkov phase 1, H.E.S.S. recherche le signal gamma de ces particules candidates à la matière noire dans les régions denses de l’Univers. L’analyse de l’ensemble des observations du centre de la Voie Lactée accumulées pendant les 10 ans de la phase 1 de H.E.S.S. permet de poser les contraintes les plus fortes à ce jour pour des WIMPs dans la plage en masse du TeV. Pour la première fois, les observations gamma au sol permettent de sonder les sections efficaces d’annihilation attendues par la densité relique thermique de particules de matière noire. Ces résultats viennent d’être publiés dans Physical Review Letter.

En combinant des observations multi-longueur d'ondes obtenues depuis l'espace avec les satellites Planck et WISE et au sol avec le CFHT, une équipe de chercheurs notamment du CNRS et du CEA est parvenu à sonder la structure de la matière interstellaire avec une finesse inégalée. L'étude a en particulier permis de déterminer les propriétés de la turbulence interstellaire sur une gamme d'échelles spatiales encore jamais atteinte: de 10 pc à  0.01 pc. L’innovation principale de ces travaux est l’utilisation d’un télescope optique (le CFHT) pour étudier la structure de la matière à très grande résolution spatiale, ce que ne permettent pas les observations classiques du milieu interstellaire effectuées dans l'infrarouge. Ces travaux sont publiés dans la revue Astronomy and Astrophysics.

Une collaboration internationale de chercheurs (Oxford, AWE, CEA, LULI, Observatoire de Paris, Université du Michigan, Université de York et STFC Rutherford Appleton Laboratory) a réussi pour la première fois à générer en laboratoire l'analogue d'un choc violent qui est produit quand de la matière tombe à très grande vitesse sur la surface d'étoiles extrêmement denses appelées naines blanches. Comprendre la physique de ces objets astrophysiques est crucial car ils sont considérés comme les progéniteurs possibles des supernovae thermonucléaires, des supernovae utilisés dans la cosmologie pour mesurer l'accélération de l'expansion de l'univers liée à l'énergie sombre. Pour effectuer cette expérience d'astrophysique, les scientifiques ont utilisé  le laser de puissance Orion, basé à Aldermaston (Royaume-Uni) pour bombarder une cible de taille millimétrique et produire un flux de plasma chaud pour une durée extrêmement courte (moins de 100 nanosecondes) [1].
Des travaux théoriques récents ont montré, à l'aide de lois d'échelle adaptées, que cette expérience à très petite échelle est équivalente à son homologue cosmique ce qui en fait une réplique valable. Les lasers de puissance peuvent donc être utilisés comme des microscopes pour explorer, au cours de quelques nanosecondes, les processus de rayonnement de haute énergie venant de régions largement non résolues par les télescopes les plus puissants. L'expérience Orion, qui est la première expérience académique sur cette installation, confirme que ces chocs d'accrétion, qui jusqu'ici ne pouvaient pas être accessibles au laboratoire il y a quelques années à l'échelle exacte, peuvent maintenant y être produits couramment. Ces résultats sont publiés dans Nature Communications du 13 juin 2016.

Sur les hauts plateaux Khomas de Namibie, trônent les 5 télescopes imageurs à effet Cherenkov de H.E.S.S.. Situés ainsi dans l’hémisphère Sud, ils sont idéalement placés pour scruter les phénomènes violents à l’œuvre dans les 300 parsecs centraux de la Voie Lactée. Leur quête? Traquer les rayons cosmiques galactiques à haute énergie, allant du Téra au Pétaélectronvolt (10¹² à 10¹⁵ eV) pour comprendre leur origine. Ainsi, la mise en évidence d’un accélérateur de protons au PeV, un « PeVatron », avec l’appui de dix années de prise de données est une première historique. Ces protons sont 100 fois plus énergétiques que ceux produits par le plus performant accélérateur construit par l’homme. Plus étonnant encore, l’existence du PeVatron est très probablement liée à la présence d’un objet hors du commun : Sagittarius A*, le trou noir supermassif situé au centre de notre galaxie. Ce résultat remet aujourd’hui en question l’origine du rayonnement cosmique galactique aux plus hautes énergies, attribuées aux seuls vestiges de supernova. Il laisse également entrevoir d’importantes implications sur la physique des trous noirs en accrétion.

Intervenant : Emmanuel Moulin SPP/ Irfu / CEA
Réalisation : Alice Mounissamy – communication de l’Irfu / CEA

Une collaboration internationale, impliquant le Service d'Astrophysique-Laboratoire AIM du CEA-Irfu, est parvenue à déterminer, à partir des techniques d’astérosismologie, que jusqu'à 65% des étoiles plus massives que le Soleil (entre 1.6 et 2 masses solaires) possèdent un champ magnétique interne très élevé. Jusqu'ici seulement 5 à 10% de ces étoiles étaient soupconnées avoir un champ magnétique pouvant atteindre jusqu'à 10 milions de fois celui de la Terre. Cette découverte inattendue démontre l'importance d'un effet "dynamo" capable de maintenir des champs intenses à l'intérieur des étoiles. Ces résultats, obtenus grâce aux données du satellite Kepler [1], sont publiés dans la revue Nature du 21 janvier 2016.

Les exo-planètes découvertes jusqu’à présent sont en majorité des planètes géantes en orbite très proche de leur étoile hôte conduisant à une  possible connexion magnétique entre les deux objets. Une collaboration internationale incluant A. Strugarek,  A.S. Brun et V. Réville du Service d’Astrophysique/Laboratoire AIM du CEA-Irfu a en utilisant des simultations numériques 3-D haute performance quantifié les énergies mises en jeu dans ces interactions magnétiques, et conclu qu’elles conduisent à des effets observables. Ces résultats préparent ainsi au mieux l’analyse des données des futurs instruments au sol tel le spectropolarimètre Spirou et dans l’espace comme le satellite Plato de l’Agence Spatiale Européenne dans lequel le CEA/Service d’Astrophysique est fortement impliqué. Les simulations montrent également  les effets à long terme de migration planétaire liés aux couples magnétiques. Ces résultats, tirant parti des grands calculateurs GENCI, PRACE et canadiens sont publiés dans la revue The Astrophysical Journal.

Une équipe internationale de chercheurs, incluant le Service d’Astrophysique- Laboratoire AIM au CEA-Irfu, a établi que la mesure des âges stellaires calculés à partir du taux de rotation des étoiles, ou gyrochronologie, doit être revisée pour des étoiles plus âgées que le Soleil. Ces étoiles ralentissent moins vite que prévu au delà d’un certain âge, proche de celui du Soleil. Ces travaux sont publiés dans la revue Nature du 4 Janvier 2016.

Une nouvelle carte des amas de galaxies en trois dimensions vient d'être publiée par une équipe de chercheurs dirigée par Marguerite Pierre du Service d'Astrophysique-AIM du CEA-Irfu grâce à un sondage de deux régions du ciel, chacune couvrant chacune environ 25 degrés carrés, soit environ 100 fois la surface de la pleine Lune. Ce sondage, baptisé XXL, a été réalisé de 2011 à 2013 à l'issue de 543 observations en rayons X du satellite  XMM-Newton, nécessitant plus de 6 millions de secondes d'exposition. Le sondage XXL a permis de localiser et d'identifier 450 amas de galaxies ainsi que 22 000 galaxies actives. Les amas de galaxies sont les plus grandes structures de l'Univers, pouvant atteindre des masses de plus de cent mille milliards de fois la masse du Soleil. Leur nombre et répartition ont pu être reconstitués jusqu'à des distances d'environ 7 milliards d'années-lumière où l'Univers n'a que la moitié de son âge actuel. Le sondage XXL a révélé une densité d'amas sensiblement moins élevée que celle prévue par les modèles cosmologiques et une quantité de gaz dans ces amas également plus faible qu'attendue. Il a aussi permis la découverte de 5 nouveaux super-amas ou amas d'amas de galaxies. Ces résultats préliminaires font l'objet d'une première série de 13 articles, publiés dans un numéro spécial de la revue Astronomy & Astrophysics (sous presse).

Une équipe de scientifiques, dirigée par des chercheurs du Service d'Astrophysique-Laboratoire AIM du CEA-Irfu vient de révéler qu’une galaxie naine, résultant d’une collision de deux galaxies il y a plus de 300 millions d’années, pourrait permettre de mieux comprendre les premières concentrations d’étoiles et de gaz observées à grandes distances, au début de l’Univers et qui sont normalement trop faibles pour être obsevées par les télescopes actuels. Cette galaxie, baptisée NGC 5291N, a été observée grâce au nouveau spectrographe MUSE récemment mis en service au Très Grand Télescope (VLT) de l’observatoire Européen austral (ESO) et a révélé des caractéristiques inhabituelles, proches de celles des premières galaxies de l’Univers. Ces résultats sont publiés dans la revue Astronomy & Astrophysics (sous presse).

« Ne croyez pas ce que votre cœur et votre raison voient mais ce que vos yeux voient, » plaidait l’astrophysicien et prix Nobel de physique, Adam Riess, à propos de ses recherches. Mieux voir le cosmos pour mieux comprendre l’architecture des superamas de galaxies, est précisément le défi relevé par le Sedi/Lilas grâce à la mise au point du logiciel SDvision. Grâce à ses performances de visualisation 3D, le logiciel a contribué à l’identification d’une mini structure dont le bassin d’attraction est équilibré par Laniakea, Perseus-Pisces, et Coma,  trois grands superamas. Rencontre avec Arrowhead, nouvelle admise dans la cartographie du cosmos.

L’expérience Edelweiss III inspecte la matière noire à travers ses agents les plus secrets : les Wimps. Armés de bolomètres ultra-sensibles installés au cœur du laboratoire souterrain de Modane, l'équipe de recherche traque le signal de cette hypothétique particule. Une nouvelle campagne de recherche, menée durant 8 mois, vise en particulier à tester des indications de signal WIMP potentiel autour de 10 GeV publiées par 4 autres expériences.

Résultat d'Edelweiss: pas de signal! Aucun des candidats, apparus entre 2010 et 2014, n’est recevable pour porter le titre de Wimp. Les campagnes suivantes permettront d'explorer le territoire encore inconnu des WIMPs de très basse masse, en deça de 10 GeV. Les résultats viennent d'être présentés à la conférence internationale TAUP 2015 (Topics in Astroparticle and Underground Physics).

Le Soleil et les étoiles de type solaire possèdent un cycle d’activité magnétique dont l’origine est encore mal comprise. L’irrégularité du cycle solaire de 11 ans ou le minimum de Maunder observé au 17-18^ème siècle en sont les exemples les plus marquants. Une équipe franco-américaine comprenant S. Brun du Service d’Astrophysique/Laboratoire AIM du CEA-Irfu a pour la première fois obtenu grâce à des simulations numériques 3-D hautes performances plusieurs caractéristiques très similaires à la dynamo solaire. Ces simulations montrent à la fois une activité magnétique cyclique avec une période multi-annuelle, une  propagation équatoriale de l’activité vers l’équateur formant un diagramme dit papillon similaire à celui du Soleil et une entrée et une sortie d’un grand minimum d’activité comme lors du minimum de Maunder. Les résultats de ces travaux, rendus possibles grâce à la puissance des ordinateurs des grands centres de calculs GENCI, PRACE et US, sont publiés dans la revue The Astrophysical Journal. Ils permettront de mieux préparer les futures missions d’observations des étoiles de type solaire.

Dans un article de revue pour "Reports on Progress in Physics", Martin Kilbinger du Service d’Astrophysique/laboratoire AIM du CEA-Irfu présente un bilan complet des résultats obtenus à partir des observations des cisaillements cosmiques dans les 15 dernières années. L'effet de cisaillement cosmique, qui a été mesuré pour la première fois en 2000, se manifeste par des déformations des images des galaxies sous l'effet de la gravitation des amas de matière. Il permet notamment de cartographier la matière noire mais également de déterminer comment l'énergie sombre affecte la toile cosmique. L'article met en évidence les défis les plus importants pour transformer le cisaillement cosmique en un outil précis pour la cosmologie. Jusqu'à présent, la matière noire a été cartographiée pour seulement une minuscule fraction du ciel. Des observations à venir, comme celles de la future mission spatiale Euclid, couvriront la plupart des régions accessibles sur le ciel. La revue presente les progrès potentiels attendus de ces futures missions pour notre compréhension du cosmos.

Visionner l'exposé de Martin Kilbinger

Une fois de plus, H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) a démontré ses excellentes performances dans l'exploration de l'Univers non-thermique à très haute énergie. Dans le Grand Nuage de Magellan, ce réseau de télescopes a découvert trois sources d'origine stellaire, de nature différente, et parmi les plus lumineuses connues à ce jour dans ce domaine : une nébuleuse de pulsar et un vestige de supernova, tous deux très brillants aux autres longueurs d'onde, ainsi qu'une coquille large de 270 années-lumière qui aurait été formée par les vents d'étoiles massives et les explosions en supernova associées. Communément appelée "superbulle", cette dernière représente un nouveau type de sources émettrices dans ce domaine gamma de très haute énergie. Pour la première fois, des sources gamma de type stellaire sont ainsi détectées dans une galaxie autre que la Voie Lactée.

La collaboration Planck, qui implique notamment le CNRS, le CEA, le CNES et plusieurs universités françaises, dévoile à partir d’aujourd’hui à la conférence de Ferrara (Italie) les résultats des quatre années d’observation du satellite Planck de l’Agence spatiale européenne (ESA), dédié à l’étude du « rayonnement fossile », la plus vieille lumière de l’univers. Pour la première fois, la plus ancienne image de notre univers est mesurée précisément selon deux paramètres de la lumière (en intensité et en polarisation¹), sur l’ensemble de la voûte céleste. Cette lumière primordiale nous permet de « voir » les particules les plus insaisissables : la matière noire et les neutrinos fossiles.

De 2009 à 2013, le satellite Planck a observé le rayonnement fossile, la plus ancienne image de l’univers, encore appelé fonds diffus cosmologique. Aujourd’hui, avec l’analyse complète des données, la qualité de la carte obtenue est telle que les empreintes laissées par la matière noire et les neutrinos primordiaux, entre autres, sont clairement visibles.

Déjà, en 2013 la carte des variations d’intensité lumineuse avait été dévoilée, nous renseignant sur les lieux où se trouvait la matière 380 000 ans après le Big-Bang. Grâce à la mesure de la polarisation de cette lumière (pour le moment dans 4 des 7 canaux²), Planck est capable de voir comment cette matière bougeait. Notre vision de l’univers primordial devient alors dynamique. Cette nouvelle dimension et la qualité des données permettent de tester de nombreux paramètres du modèle standard de la cosmologie. En particulier, elles éclairent aujourd’hui ce qu’il y a de plus insaisissable dans l’univers : la matière noire et les neutrinos.

Les astronomes du Sloan Digital Sky Survey (SDSS) ont utilisé 15 000 quasars lointains très lumineux pour mesurer la masse des neutrinos. En considérant simultanément les mesures de l'expérience BOSS et celles du fond diffus cosmologique avec les données du satellite Planck de 2013, une approche combinée aboutit à la limite à 0.15 eV, ce qui constitue la meilleure contrainte à ce jour sur la somme des masse des neutrinos. Les chercheurs de l’Irfu ont joué un rôle moteur dans cette étude.

L’expérience BOSS (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey), principale composante de la troisième génération des relevés SDSS (Sloan Digital Sky Survey), est la première à utiliser les fabuleux émetteurs que sont les quasars dans le but de cartographier l'hydrogène intergalactique gazeux et de mesurer ainsi la distribution de la matière dans l'univers âgé de 1 à 3 milliards d’années seulement. La sélection des objets à observer est réalisée par des chercheurs de l'institut de recherche sur les lois fondamentale de l'univers (Irfu, CEA). Le catalogue de quasars du relevé BOSS est produit par des chercheurs du laboratoire Astroparticule et Cosmologie (CNRS/CEA/Université Paris Diderot/Observatoire de Paris/CNES) et de l’Institut d’Astrophysique de Paris (CNRS/Université Pierre et Marie Curie).

Lorsque la lumière d'un quasar lointain passe à travers l'hydrogène gazeux qui constitue l’essentiel du milieu intergalactique, elle est plus ou moins absorbée selon la densité plus ou moins grande de la région traversée. Le spectre du quasar, quand il est finalement observé sur Terre par le télescope de l’expérience BOSS, comporte ainsi une succession de pics d’absorption correspondant à toutes les régions denses rencontrées sur la ligne de visée. L’analyse de ces absorptions a déjà permis de réaliser une carte de l’univers tel qu’il était il y a environ 11 milliards d’années, avec laquelle les chercheurs ont pu étudier la formation des structures à grande échelle (typiquement la centaine de millions d’années-lumière) et mesurer la vitesse d’expansion de l’univers à cette époque reculée. Dans cette nouvelle publication, l’équipe de l’Irfu s’est concentrée sur des structures beaucoup plus petites, de l’ordre de quelques millions d'années-lumière, soit de la taille d’un amas de galaxies. A cette résolution, nous observons les nuages de gaz sur le point de former des galaxies.

Ces nouvelles données sont suffisamment précises pour transmettre des informations sur l'un des ingrédients les moins bien compris de l’univers primordial: les neutrinos. De très faible masse, ces particules se déplacent dans l'univers à des vitesses proche de la vitesse de la lumière, et contrairement à la matière ordinaire, elles ne peuvent pas se regrouper pour former des galaxies. Leur présence a un effet sur la distribution des nuages de gaz, en diluant les grumeaux de l’univers primordial à l’origine de ces nuages. Les cartes cosmologiques mesurées par BOSS portent l’empreinte de l’impact des neutrinos sur les « petites » structures de l'univers, nous permettant ainsi de contraindre indirectement la masse des neutrinos.

En combinant modélisation climatique et observations de la surface de Titan issues de la sonde Cassini, une équipe du Service d'Astrophysique- Laboratoire AIM (CNRS/CEA/Université Paris Diderot) et des chercheurs de l'IPGP (Institut de Physique du Globe de Paris) et du laboratoire MSC (Matière et Systèmes Complexes, CNRS/Université Paris Diderot) a proposé un nouveau mode de formation et de croissance des dunes à la surface du satellite. Ce mode de croissance, également observé dans certains déserts terrestres et sur la planète Mars, serait présent de manière dominante dans les déserts de Titan et permettrait d’expliquer non seulement la forme de ces dunes, leur orientation et leur direction de croissance, mais aussi leur confinement dans la ceinture tropicale du satellite.
Les résultats de cette étude sont publiés dans le journal Geophysical Research Letters.

L’année 2014 a été particulièrement riche en actualité pour la mission SVOM (Space-based multiband astronomical Variable Objects Monitor),  projet spatial sino-français dédié à l’étude des sursauts gamma. Les décisions prises au plus haut niveau, des gouvernements en mars puis des agences spatiales respectives en août, ont permis de relancer la mission après une période de gel du projet. Suite à cette nouvelle donne, deux réunions importantes des consortium (kick-off meeting) se sont tenues en septembre, l’une à Toulouse au CNES et la seconde en Chine à Shanghai. Ces rencontres, basées principalement sur les aspects techniques de la mission constituent une étape importante vers la réalisation de la charge utile du satellite dont le lancement est fixé à 2021. Le CEA-Irfu et son Service d’Astrophysique joue un rôle majeur, en partenariat avec le CNRS, dans ce projet placé coté français sous maitrise d’œuvre du CNES.

Installé en Namibie, l'observatoire HESS-II vient de détecter des milliers de rayons gamma en provenance du pulsar Vela situé à environ 1 000 années-lumière de la Terre dans la Voie Lactée. Grâce à un nouveau télescope géant, il a ainsi repéré son premier pulsar, une étoile à neutrons qui correspond au cœur effondré d'une étoile massive après son explosion en supernova. Il s'agit du second, après celui du Crabe en 2008, à avoir été décelé par un télescope gamma au sol. Ces premiers résultats issus de la collaboration H.E.S.S., à laquelle contribuent le CNRS et le CEA, augurent la possibilité d'explorer et de dévoiler de nombreuses sources cosmiques de rayons gamma (trous noirs supermassifs, amas de galaxies, supernovae, étoiles doubles et pulsars en particulier) dans un nouveau domaine en énergie.

La lumière est une forme d’énergie qui nous est très familière même si certaines de ses propriétés ne sont pas facilement accessibles. L’une d’entre elles - la polarisation - est une source d’informations pour les chercheurs. Dans l’espace, la lumière émise par les étoiles, les gaz ou les poussières peut être polarisée de plusieurs façons. En mesurant cette polarisation, les astronomes peuvent étudier les processus physiques qui sont à son origine, en particulier les propriétés des champs magnétiques dans le milieu interstellaire de notre Galaxie[1].

La carte présentée ici a été obtenue en utilisant des détecteurs du satellite Planck, agissant un peu à la manière des lunettes de soleil polarisées, en version astronomique. Les tourbillons, boucles et arches de cette image tracent la structure du champ magnétique de notre Galaxie. Cette image dévoile l’organisation à grande échelle d’une partie du champ magnétique galactique. La bande sombre correspond au plan galactique : l’émission polarisée y est particulièrement intense. La structure générale révèle un motif régulier où les lignes du champ magnétique sont majoritairement parallèles au plan de la Voie Lactée.

Les observations révèlent également des variations de la direction de polarisation dans les nuages de matière proches du Soleil vus de part et d’autre de la bande sombre. Celles-ci témoignent de changements de la direction du champ magnétique dont les astrophysiciens étudient l’origine.

Les zones à haute latitude galactique ont été masquées. Le signal y est plus faible et un travail supplémentaire est requis pour mesurer et séparer la polarisation de notre Galaxie de celle du rayonnement fossile micro-onde.

[1] La connaissance du champ magnétique de notre galaxie est fondamentale car celui-ci est soupçonné de gouverner sur de nombreux phénomènes, tels que la trajectoire des particules chargées électriquement (les rayons cosmiques) et la formation des étoiles.

En utilisant les dernières données de l’observatoire spatial Herschel, une équipe internationale coordonnée par le Service d'Astrophysique- Laboratoire AIM Paris Saclay (CEA-Irfu – CNRS - Université Paris Diderot) a mis en évidence l’impact des étoiles massives sur la formation des autres étoiles dans les nuages moléculaires. Les chercheurs ont pu montré que les étoiles les plus massives en évaporant le gaz des nuages par leur rayonnement provoquaient également un effet de compression capable de donner lieu à une nouvelle génération d’étoiles. Ces résultats sont publiés dans la revue Astronomy & Astrophysics d'avril 2014

Le baryon oscillation spectroscopic survey (BOSS), principale composante de la troisième génération de relevés SDSS, a été le premier à utiliser les gigantesques émetteurs que sont les quasars pour cartographier la distribution du gaz d'hydrogène intergalactique et ainsi mesurer la structure de l'Univers jeune. La sélection des objets à observer est réalisée par des chercheurs de l'institut de recherche sur les lois fondamentale de l'Univers (CEA) et le catalogue de quasars BOSS final est produit par des chercheurs du laboratoire Astroparticule et Cosmologie (CNRS/CEA/Université Paris Diderot/Observatoire de Paris/CNES) et de l’Institut d’Astrophysique de Paris (CNRS/Université Pierre et Marie Curie).

Il y a trois ans, BOSS a utilisé 14 000 quasars pour produire les plus grandes cartes 3D de l'Univers.
Il y a deux ans, avec 48 000 quasars, il a détecté dans ces cartes les oscillations acoustiques baryoniques, témoins des inhomogénéités de l'univers primordial. Aujourd’hui, avec plus de 140 000 quasars, il a obtenu des mesures extrêmement précises de la taille de ces structures, qui ont été présentées lors de la réunion d'avril 2014 de la société américaine de physique à Savannah, en Géorgie.

En utilisant les dernières données des satellites Planck et WMAP, le laboratoire CosmoStat (LCS) du CEA-IRFU vient de fournir l'image la plus complète et la plus précise du fond diffus micro-onde de l'Univers considéré comme la lumière primordiale émise au début de l'expansion. La nouvelle carte du fond diffus a été construite grâce à une nouvelle méthode de séparation de composantes appelée LGMCA, particulièrement bien adaptée à la séparation des avant-plans galactiques qui brouillent l'image de fond. A la différence des résultats précédents, la nouvelle carte permet de restituer les détails du fond diffus sur l’intégralité du ciel y compris dans le plan galactique, région du ciel où l’estimation est particulièrement difficile. Elle permet également de réduire plus efficacement des défauts introduits par l'existence du gaz chaud des amas de galaxies. Ces résultats sont en cours de publication dans la revue Astronomy & Astrophysics et ont été présentés le 21 janvier 2014 lors de la conférence "Horizon de la Statistique" à l'Institut Henri Poincaré (Paris).

L'univers violent sera le thème scientifique prioritaire de la prochaine grande mission spatiale de l'Agence Spatiale Européenne (ESA) qui devrait être lancée en 2028, une thématique dans laquelle le Service d'Astrophysique-Laboratoire AIM du CEA-Irfu est particulièrement impliqué depuis sa création.
A l'issue d'une grande compétition qui a vu la proposition de 31 projets sur 23 thèmes scientifiques différents, le conseil scientifique de l'ESA du 28 novembre 2013 a en effet choisi l'exploration de l'univers chaud et énergétique pour objectif de son prochain grand observatoire spatial, la mission L2, dont le budget sera d'environ un milliard d'euros. La sélection définitive des instruments interviendra courant 2014 mais la mission sera largement basée sur le projet ATHENA+ (Advanced Telescope for High ENergy Astrophysics), un télescope à rayons X proposé par une collaboration de laboratoires européens avec une forte contribution des chercheurs français du CNRS  (IRAP, Observatoire de Strasbourg) et du CEA (IRFU).
Dans la suite directe des deux satellites européens XMM-Newton et INTEGRAL, actuellement en orbite, ATHENA+, dont la durée de vie est prévue pour 10 ans, permettra à l'Europe de rester en pointe pour de nombreuses années dans l'étude du rayonnement de hautes énergies de l'univers, allant de la détection des trous noirs à la distribution des galaxies et la formation des grandes structures de l'univers.

Les physiciens du SPP ont utilisé les données de l'expérience EDELWEISS-II, initialement conçue pour la recherche de WIMPs, des particules candidates pour la matière noire, afin de tenter de mettre en évidence l'existence des axions. Ces particules hypothétiques peuvent expliquer certaines propriétés de l'interaction forte. Les contraintes obtenues par EDELWEISS excluent une large gamme de modèles d'axions et démontrent les performances des bolomètres pour la recherche d'événements rares.

Aujourd'hui, on estime qu'environ 73 % du contenu énergétique de l'Univers provient de l'énergie noire, les 27% restants étant de la matière noire (23 %) et ordinaire (4%). La nature de cette énergie noire responsable de l'accélération de l'expansion de l'Univers est un sujet de recherche brûlant en cosmologie. Son explication la plus simple sous la forme d'une constante cosmologique ne convainc pas tous les physiciens. L'équipe SNLS (Super Nova Legacy Survey) de l'IRFU s'est attachée à confronter un nouveau modèle de gravité modifiée, appelé le Galiléon, aux données de cosmologie les plus récentes issues de différentes observations (SNLS, WMAP, BAO et croissance des structures). Ce modèle fait intervenir un champ scalaire, le Galiléon, médiateur d'une cinquième force qui serait négligeable devant la gravitation au voisinage des corps massifs, mais dominante aux échelles cosmologiques. Ainsi, ce modèle peut s'accorder parfaitement avec tous les tests expérimentaux de la Relativité Générale dans notre Univers local, tout en proposant une explication à l'accélération de l'expansion de l'Univers qui s’observe à grande échelle.

L'équipe de l'IRFU a développé un code d'analyse pour mener cette confrontation du modèle Galiléon aux différentes observations. Les résultats¹, publiés dans le journal A&A, montrent que ce modèle alternatif est très prometteur pour comprendre l'évolution de l'Univers. Dans le futur, des mesures du taux de croissance des structures très précises et à des distances lointaines seront déterminantes pour pouvoir distinguer ce modèle de gravité modifiée du modèle de la Relativité Générale d’Einstein.

Un des produits phares du satellite Planck (ESA), le catalogue d’amas de galaxies détectés dans les cartes du fond diffus de l'univers, vient d'être mis à la disposition de la communauté scientifique, le 21 mars 2013, en même temps que les premiers résultats cosmologiques du satellite. Basé sur 15 mois d’observation de l’ensemble du ciel aux ondes millimétriques, ce catalogue, qui contient 1227 amas de galaxies, a été établi grâce au rôle majeur des scientifiques du Service de Physique des Particules (SPP) et du Service d'Astrophysique-AIM du CEA-Irfu. Par l'analyse des perturbations que subit la lumière du fond diffus en traversant ces amas, les chercheurs ont pu déterminer de façon indépendante la répartition de matière dans l'univers. Surprise, cette répartition semble différente de celle déterminée à partir du fond diffus lui-même. Une différence qui pourrait s'expliquer par l'existence de neutrinos massifs. Les plus petites des particules dont les masses n'ont pu encore être déterminées pourrait ainsi modifier la répartition de la matière dans l'Univers et influencer la formation des amas de galaxies, les plus gros objets de l’Univers.

Après l’accord international en juillet 2012 permettant au projet CTA (Cherenkov Telescope Array) d’entrer en phase de pré-construction, ce dernier vient de passer avec succès, les 7 et 8 février, la première des trois revues qui mèneront à la décision ferme de sa construction. Cette revue examinait les objectifs scientifiques et les concepts techniques du projet.

Ce projet international regroupant 27 pays sera composé de 2 sites d’observation, un dans l’hémisphère sud, un dans l’hémisphère nord. Ce nouvel observatoire comprendra plusieurs dizaines de télescopes dédiés à l'astronomie gamma de très haute énergie et vise à améliorer la sensibilité d'un ordre de grandeur par rapport aux télescopes de la génération actuelle tels que HESS, MAGIC et VERITAS.

Au-delà des résultats garantis en astrophysique des hautes énergies, CTA a un potentiel de découverte dans des domaines clés de l’astrophysique et la physique fondamentale. Parmi eux se trouvent l’origine des rayons cosmiques et leur impact dans l’Univers, la nature des processus d’accélération de particules dans l’Univers, en particulier au voisinage des trous noirs, et l’exploration de la nature ultime de la matière et de la physique au delà du Modèle Standard. Dans la phase de pré-construction, l’irfu est impliqué dans trois éléments opérationnels importants : les miroirs et les caméras des télescopes moyens et le développement des logiciels d’analyse des données.

Le comité de revue, composé de membres extérieurs au projet, a pu confirmer l’importance des enjeux scientifiques, et apprécier l’ampleur et la qualité du travail fourni. Ceci lui a permis de valider cette première étape et de donner rendez-vous au projet en automne 2013 pour la seconde revue qui examinera, au delà des concepts, la façon dont CTA sera construit. Une dernière revue, qui se tiendra en 2014, validera tous les détails nécessaires au démarrage de la construction de CTA, qui pourrait avoir lieu dès 2015. Les observations du ciel avec les premiers télescopes sont alors attendues en 2017, et l’observatoire sera pleinement fonctionnel en 2019.

Tout juste dix ans après la mise en orbite de la caméra ISGRI (Ibis Soft Gamma Ray Imager) à bord du satellite Integral de l’ESA - caméra constituée de 16384 pixels spectrométriques de CdTe répartis en huit modules indépendants de 32x64 pixels de 4 mm de côté - le CEA vient de finaliser une caméra spectrométrique de nouvelle génération nommée MACSI pour Modular Assembly of Caliste Spectro-imager. MACSI est une véritable version miniature d’un module ISGRI. Tout deux comportent 2048 pixels, répartis sur ~330 cm2 pour ISGRI et seulement 8 cm2 pour MACSI où les pixels sont au pas de 625µm.
Outre sa miniaturisation, MACSI est également dotée de performances exceptionnelles tant en terme de résolution spatiale qu’en terme de résolution spectrale et de seuil bas de détection. C’est une avancée majeure qui ouvre la voie à de nouveaux types de plans focaux pour l’astronomie X dur. Cette caméra est le fruit de nombreuses années de recherches en instrumentation spatiale consenties à l’Irfu et hisse l’institut parmi les leaders dans ce domaine de recherche instrumentale.
 

Des astrophysiciens du projet SDSS-III (Sloan Digital Sky Survey), composé en grande partie de chercheurs français, du CEA Irfu et du CNRS In2p3 et INSU, ont effectué la première mesure du taux de l’expansion de l’Univers jeune, âgé de seulement trois milliards d’années sur ces 13,7 milliards, alors que la gravité freinait encore son expansion, avant sa phase actuelle d'expansion accélérée par l'Energie Noire. Ils ont utilisé pour cela une nouvelle technique permettant de dresser une carte en trois dimensions de l’Univers lointain. Ce résultat est en ligne sur arXiv.org.

Différentes phases de l'expansion de l'Univers

Hubble et Lemaître ont mis en évidence l’expansion de l’Univers dans les années 1920 en procédant à deux types de mesures pour un même ensemble de galaxies : la distance entre ces galaxies et nous, ainsi que la vitesse de ces galaxies (en utilisant l’effet Doppler sur les raies de leurs spectres).

Leurs observations sont à l'origine du modèle "standard" actuel de la cosmologie. Pendant la plupart de l’histoire de l’Univers, cette expansion n’a cessé de ralentir, sous l'effet de la gravitation de matière et de la radiation. Mais depuis cinq milliards d'années, quand l’Univers avait environ 7 milliards d’années, ce comportement s'est inversé : l'expansion s'est mise à accélérer, probablement sous l'effet d'une mystérieuse force répulsive produite par ce qu’on a appelé : "l'énergie sombre". Des expériences en cosmologie ont permis d’observer cette période d'accélération récente, mais pas la décélération primitive de l’Univers. Réussir à mesurer cette décélération exige de remonter aux premiers milliards d’années de son histoire, de remonter loin dans le temps, donc d’observer loin dans l’espace. Pour cela, des galaxies ne suffisent plus : à des distances aussi élevées, leur luminosité devient trop faible.

L’expérience H.E.S.S (High Energy Stereoscopic System) en opération avec 4 télescopes à effet Cherenkov atmosphérique depuis 2004 entre dans une deuxième phase avec le démarrage d'un cinquième télescope, le plus grand construit à ce jour. Cette nouvelle phase va ouvrir une nouvelle fenêtre d’exploration du ciel de l’hémisphère Sud et va permettre de découvrir de nouvelles classes de sources de rayons gamma de hautes énergies (trous noirs supermassifs, pulsars, sursauts gammas,…) ainsi que de sonder les lois de fondamentales de la nature (matière noire, invariance de Lorentz,…). Le groupe de l’IRFU a conçu et développé les mémoires analogiques S.A.M. (Swift Analogue Memory) ainsi qu’un système de déclenchement de niveau 2 pour accéder aux énergies aussi basses qu’une vingtaine de GeV.

Une équipe internationale à laquelle ont participé Emanuele Daddi [1] et David Elbaz du Service d'Astrophysique-Laboratoire AIM vient de déterminer la distance d'une des galaxies les plus productrices d'étoiles. Au grand étonnement des astronomes, cette galaxie baptisée HDF850.1 qui produit près de 1000 fois plus d'étoiles que notre galaxie, est située à une très grande distance, dans une région où l'univers est âgé de seulement 1,1 milliards d'années. Elle était invisible sur l'image la plus profonde du ciel visible obtenue par le satellite Hubble mais a été révélée par des observations en ondes millimétriques obtenues à l'interféromètre IRAM du Plateau de Bures (Hautes-alpes). Cette production très précoce d'étoiles dans un univers encore très jeune est une véritable surprise pour les scientifiques. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature du 14 juin 2012.

L’expérience appelée GBAR (Gravitational Behaviour of Antihydrogen at Rest), vise à observer la chute d’atomes d’antimatière formés à l’aide d’un accélérateur de particules, afin de vérifier s’ils se comportent comme la matière habituelle. Cette mesure est un test important du principe d’équivalence d’Einstein et des symétries fondamentales de l’Univers.

L’équipe menée par P.Pérez de l’Irfu/SPP, qui travaille depuis 7 ans à la conception de l’expérience, vient de voir ses efforts couronnés : le mercredi 18 janvier 2012 le Conseil scientifique de l’accélérateur SPS du Cern a décidé de recommander la proposition d’expérience GBAR. Les premières prises de données devraient avoir lieu en 2016.

Antares⁽¹⁾ , télescope sous-marin immergé à 2500 mètres dans les abysses méditerranéens, scrute le ciel au travers de la Terre en détectant des neutrinos. Aujourd’hui plusieurs milliers d’entre eux ont été observés, permettant au télescope d’enquêter, comme jamais auparavant, sur la présence de sources de neutrinos de haute énergie dans la Voie lactée. L’expérience participe ainsi à la quête centenaire des origines du rayonnement cosmique.

Les neutrinos sont des particules qui interagissent très peu avec la matière. Émis dans les cataclysmes les plus violents de l’Univers, leur détection pourrait permettre de prouver que ces phénomènes sont à l’origine des particules du rayonnement cosmique. Ces dernières bombardent la Terre en permanence après avoir été déviées par les champs magnétiques interstellaires ou intergalactiques, ce qui empêche de déterminer leur origine.

Pour retracer l’histoire de l’Univers, les physiciens ont besoin d’en faire des images à ses différents âges et ce jusqu’à des temps remontant à des dizaines de milliards d’années.

Les scientifiques du Sloan Digital Sky Survey (SDSS-III), dont un groupe de l’Irfu et du CNRS (IN2P3 et INSU) font partie, ont réalisé la plus grande carte de l'Univers lointain à partir du relevé BOSS (Baryon Oscillations Spectroscopic Survey). Cette carte en trois dimensions montre la position dans l’espace et dans le temps des nuages de gaz d'hydrogène intergalactique. Elle a été obtenue en utilisant la lumière des objets les plus brillants du cosmos, les quasars, qui éclairent ces nuages que l’on peut alors imager. Plus de 14 000 quasars ont été utilisés pour réaliser cette première carte de l’hydrogène de l’Univers, dont la 3^e dimension permet de remonter le temps. Fin 2014, une nouvelle carte sera établie à l’aide de d’un nombre de quasars dix fois supérieur. Elle offrira alors un aperçu inédit de l'Univers tel qu’il existait il y a 11 milliards d'années et elle permettra d’étudier comment l'expansion de l'Univers a évolué au cours de son histoire.

Le Conseil d'Administration de la Fondation Simone et Cino del Duca vient d'attribuer le grand prix scientifique 2011 au Professeur Romain Teyssier,  Ingénieur au Commissariat à l'Energie Atomique (CEA) et professeur à l'Université de Zurich.

Le Grand Prix scientifique de la Fondation Simone et Cino del Duca – Institut de France, doté de 300 000 euros, est destiné à récompenser une équipe de chercheurs scientifiques français ou étrangers. 

 Le Prix 2011 avait pour thème :

« Modélisation scientifique de phénomènes complexes, traitement de l’information associée et simulations numériques ».

Le Jury, composé d’éminents scientifiques en majorité membres de l’Académie des sciences, attribue le Prix 2011 au Pr. Romain Teyssier et à son équipe afin de récompenser leurs découvertes majeures dans le domaine de la modélisation numérique des phénomènes galactiques.

Le Prix sera remis par Mme Catherine Bréchignac, Secrétaire perpétuel de l’Académie des sciences
sous la Coupole de l’Institut de France

 Mercredi 8 juin 2011 à 15 heures

 avec les autres Grands Prix scientifiques et culturels des fondations de l’Institut de France : Christophe et Rodolphe Mérieux, Louis D. , NRJ et Lefoulon-Delalande

Le Conseil d'Administration de la Fondation Simone et Cino del Duca - Institut de France vient d'attribuer le grand prix scientifique 2011 au Professeur Romain Teyssier,  Ingénieur au Commissariat à l'Energie Atomique (CEA) et professeur à l'Université de Zurich. Le Grand Prix scientifique, doté de 300 000 euros, est destiné à récompenser une équipe de chercheurs scientifiques français ou étrangers.  Le Prix 2011 avait pour thème :

« Modélisation scientifique de phénomènes complexes, traitement de l’information associée et simulations numériques ».

Le Jury, composé d’éminents scientifiques en majorité membres de l’Académie des sciences, a décerné le Prix 2011 à Romain Teyssier et à son équipe afin de récompenser leurs découvertes majeures dans le domaine de la modélisation numérique des phénomènes galactiques.

Le Prix sera remis par Mme Catherine Bréchignac, Secrétaire perpétuel de l’Académie des sciences
sous la Coupole de l’Institut de France

 Mercredi 8 juin 2011 à 15 heures

 avec les autres Grands Prix scientifiques et culturels des fondations de l’Institut de France : Christophe et Rodolphe Mérieux, Louis D. , NRJ et Lefoulon-Delalande

Le télescope spatial Herschel de l’Agence Spatiale Européenne (ESA) a livré aux astrophysiciens des images inédites de réseaux de filaments interstellaires, au sein desquels se formeraient la majorité des étoiles. En recoupant ces observations avec des modèles théoriques, les chercheurs ont pu caractériser précisément ces filaments, une avancée supplémentaire pour comprendre où et comment naissent des étoiles. Ces travaux d’une équipe internationale coordonnée par le Service d'Astrophysique- Laboratoire AIM Paris Saclay (CEA-Irfu – CNRS - Université Paris Diderot) sont publiés en ligne dans Astronomy and Astrophysics du 13 avril.

Cela faisait 18 mois que la communauté scientifique attendait les données relevées par Planck, le satellite de l’Agence Spatiale Européenne. L’heure des premiers résultats scientifiques a sonné. La première édition du catalogue de sources compactes (ERCSC, Early Release Compact Sources Catalogue), avec plusieurs milliers de sources détectées par Planck, a été publiée et présentée dans le cadre d'un colloque international qui se tient du 11 au 14 janvier 2011 à la Cité des Sciences et de l'Industrie de la Villette (Paris).

Lire le communiqué de presse commun CNES-CNRS-CEA-ESA

Voir également le programme du colloque

La collaboration Sloan Digital Sky Survey-III, qui regroupe notamment des chercheurs du CNRS et du CEA, vient de mettre à la disposition de la communauté scientifique internationale le plus grand relevé du ciel jamais effectué, à l’occasion de la réunion annuelle de la Société Américaine d’Astronomie qui se tient à Seattle du 10 au 13 janvier 2011. Ce relevé a permis de construire une image et un catalogue de sources d’une grande partie du ciel en cinq couleurs et d’une qualité sans précédent (couverture du ciel, profondeur, précision de la mesure des luminosités). Le catalogue, qui contient environ 470 millions d’objets (galaxies, étoiles, quasars…), fait l’objet d’une publication dans la revue  Astrophysical Journal Supplements. 

Une équipe internationale d’astronomes, comprenant plusieurs chercheurs français, vient de mesurer l’éloignement exact de cinq galaxies très lointaines, grâce à l'observatoire spatial Herschel de l'ESA et à des observations au sol, impliquant notamment l’interféromètre de l’Institut de radioastronomie millimétrique¹ . Les chercheurs ont ainsi démontré que la lumière de ces galaxies avait dû voyager pendant environ dix milliards d'années avant de nous atteindre. Pour parvenir à ces résultats, ils ont tout d’abord mis au point une nouvelle méthode qui utilise, pour la première fois dans le domaine submillimétrique² , un phénomène appelé « lentille gravitationnelle », sorte de loupe cosmique que détecte Herschel. Difficiles à observer jusqu’à aujourd’hui, ces galaxies lointaines en cours d’évolution rapide constituent l’une des clés pour mieux comprendre l’histoire des galaxies dans notre Univers. Ces résultats sont publiés dans la revue Science du 5 novembre 2010.

Le satellite Planck vient de découvrir un superamas de galaxies grâce à son empreinte sur le rayonnement fossile, témoin des premiers instants de l’Univers. Il s’agit d’une première pour le satellite, qui a également révélé, avec une extrême précision, de nouveaux amas de galaxies.

Ces objets, qui abritent des centaines voire des milliers de galaxies, sont les plus grandes structures connues de l’Univers. Grâce à ces données, les scientifiques espèrent mieux comprendre comment la matière noire et la matière visible se rassemblent sous la forme de telles structures.

Le trou noir central de la Galaxie, aujourd'hui étonnamment calme, a connu il y a plusieurs centaines d'années un violent regain d'activité. C'est en étudiant l'émission à haute énergie des nuages moléculaires situés dans les régions centrales de la Galaxie, qu'une équipe internationale dirigée par des astrophysiciens du laboratoire APC et incluant des chercheurs du Service d'Astrophysique du CEA-Irfu est arrivée à cette conclusion. Les chercheurs ont découvert des variations étonnantes, dont certaines semblent se propager  par un effet d'optique à une vitesse supérieure à la vitesse de la lumière. Elles révèlent une éruption géante amorcée il y a environ 400 ans. Le puissant sursaut est visible aujourd'hui après sa réflexion sur des nuages moléculaires qui jouent le rôle de miroirs célestes. L'histoire récente ainsi retracée montre que le trou noir du centre galactique n'est pas aussi éloigné de la famille des trous noirs supermassifs des noyaux actifs de galaxies. Ces travaux, basés sur deux programmes à long terme sur les satellites XMM-Newton et Integral, font l'objet de deux publications complémentaires dans la revue The Astrophysical Journal.

Une équipe internationale d’astronomes dirigée par Masato Onodera du Service d'Astrophysique du CEA-Irfu, travaillant dans le cadre d’un projet financé par l’Agence Nationale de la recherche (ANR)[1], a utilisé le télescope japonais Subaru[2] pour prendre un spectre infrarouge d’une galaxie elliptique massive très lointaine et extrêmement brillante. Cette galaxie est située à 10 milliards d’années-lumière de la Terre et est observée au moment où l’Univers n’avait qu’environ un quart de son âge actuel. Paradoxalement, et en contradiction avec certaines études précédentes, cette galaxie ressemble à ses cousines de notre Univers local. Ce résultat apporte une touche de complexité supplémentaire au « puzzle » de l’évolution des galaxies et montre que certaines galaxies elliptiques peuvent déjà atteindre leur taille adulte tôt dans l’évolution de l’Univers, tandis que d’autres peuvent augmenter leur volume une centaine de fois au cours du temps. Ces résultats sont publiés dans la revue The Astrophysical Journal du 20 Mai 2010.

Les galaxies elliptiques changent-elles de taille ?

Les galaxies les plus massives dans notre Univers proche sont des elliptiques géantes. Elles ont une forme ovale régulière et ne possèdent pas de disque comme les galaxies spirales dont fait partie notre propre galaxie, la Voie lactée.

La collaboration SNLS (Supernova Legacy Survey, au télescope Canada-France-Hawaï) vient de publier une nouvelle méthode permettant de déterminer la vitesse de récession des supernovas, ces « chandelles standard » qui apparaissent dans l'Univers tout au long de son histoire. La nouveauté est de pouvoir étudier ces explosions cataclysmiques sans avoir recours à l'usage de la spectroscopie, trop gourmande en temps d'observation même sur les plus grands télescopes de la planète. Près de la moitié du millier de supernovas qui ont été observées par l'expérience SNLS depuis 2003 grâce à la caméra Mégacam auraient du être abandonnées sans cette nouvelle analyse. Pour les projets futurs qui visent le million de supernovas, ce type de méthode sera absolument indispensable.

La méthode développée vient d'être publiée dans Astronomy & Astrophysics

Figure 1 : Coupole abritant le télescope de 3,60 m de diamètre de l'observatoire du Canada-France-Hawaï, situé sur le Mauna Kea à Hawaï.

Après son lancement le 14 mai 2009, le satellite Planck [1] observe en continu la voûte céleste et cartographie l'ensemble du ciel depuis le 13 août, pour obtenir la première image à très haute résolution de l'aube de l'Univers. Le satellite Planck vient de terminer son premier tour de ciel. Les premières images révèlent des détails insoupçonnés sur l'émission de gaz et de poussières dans notre propre galaxie. Des scientifiques du CEA-Irfu, au sein d'une large collaboration internationale, travaillent actuellement sur l'extraction et l'exploitation des catalogues d'objets détectés par Planck. Ces catalogues intermédiaires sont indispensables pour comprendre et soustraire les émissions parasites en avant plan de la lumière de fond de l'univers, trace fossile de ses premiers âges. Ils permettent également de mieux comprendre la formation des plus grandes structures de l'univers, les amas de galaxies. Les premiers catalogues devraient être publiés en janvier 2011. En revanche, les publications scientifiques définitives sur la première lumière de l'Univers ne devraient intervenir que vers la fin 2012.

Des chercheurs du Laboratoire d'Étude des Phénomènes Cosmiques de Haute Énergie et des experts en simulations numériques du groupe COAST, ont réalisé le couplage entre un code hydrodynamique 3D et un modèle d'accélération de particules, permettant pour la première fois d'étudier de façon réaliste les signatures morphologiques des protons accélérés par l'onde de choc d'un reste de supernova, en fonction de l'efficacité du mécanisme d'accélération, et en prenant en compte des instabilités qui affectent la zone choquée.

Les détecteurs de nouvelle génération de l'expérience de recherche de matière noire Edelweiss viennent de livrer leurs premiers résultats. Remarquablement fiables et robustes, ils permettent une excellente suppression de signaux parasites. A peine installés et pas encore au complet, ces nouveaux détecteurs permettent déjà à l'expérience d'être 10 fois plus sensible qu'auparavant dans sa capacité à mesurer une interaction de « wimp»¹ , particule massive interagissant faiblement, candidate à la matière noire.

Ce saut de sensibilité permet à l'expérience de rejoindre le « peloton de tête » mondial des expériences cherchant à détecter ces nouvelles particules. Ces premiers résultats viennent d'être soumis à publication dans la revue Physics Letter B 

 Article soumis à à Phys Lett. B en ligne

 En 2010 la masse utile de détecteurs sera triplée pour améliorer encore le potentiel de découverte.

Les premières données du sondage Boss (Baryon oscillation spectroscopic survey) ont été obtenues dans la nuit du 14 au 15 septembre. Cette expérience, dédiée à la recherche des oscillations de baryons, ouvre une nouvelle ère de recherche sur l'énergie noire et l'évolution de l'Univers. Elle implique notamment des équipes de l'IN2P3⁽¹⁾/CNRS, de l'INSU⁽²⁾/CNRS et du CEA.

La collaboration SNLS (Supernova Legacy Survey, au télescope France-Canada-Hawaï) vient d'obtenir la meilleure mesure au monde du taux d'explosion des étoiles massives alors que l'univers n'était âgé que de 10 milliards d'années. Ce résultat, fruit d'un travail mené par une équipe de chercheurs du Service de physique des particules de  l'Irfu ¹ au CEA-Saclay sur les trois premières années de données de SNLS, est crucial pour compréhension de l'origine et de l'évolution des éléments chimiques dans le milieu interstellaire.  Cette mesure semble indiquer qu'il y a aujourd'hui 2 à 4 fois moins de supernovas qu'il y a 3,7 milliards d'années. Notre Univers serait-il en train de s'éteindre ?

   Des supernovas pour ensemencer l'Univers

Une supernova est une étoile qui devient brutalement aussi brillante que toute une galaxie. Vue de la Terre elle apparait comme une étoile nouvelle. Elle correspond en fait à l'explosion d'une étoile, qui s'accompagne d'une augmentation brève mais fantastiquement grande de sa luminosité.

Les supernovas sont des événements rares : leur taux est estimé à environ une à trois par siècle dans notre Voie lactée. Mais il est à noter qu'à notre époque aucune supernova n'a été observée dans notre Galaxie depuis l'invention du télescope ! La dernière date du temps de Kepler en 1604.

Les supernovas jouent un rôle essentiel dans l'Univers, car c'est lors de leur explosion que les étoiles libèrent les éléments chimiques qu'elles ont synthétisés tout au long de leur vie et en produisent même de plus lourds. Ces éléments sont nécessaires à la constitution de planètes comme la Terre et à l'apparition de la vie. De plus, l'onde de choc de la supernova favorise la formation de nouvelles étoiles en amorçant ou en accélérant la contraction de régions du milieu interstellaire.

Voilà maintenant plus de deux ans qu'Antares ¹, télescope sous-marin immergé à 2500 mètres dans les abysses méditerranéens, scrute le ciel au travers de la Terre en détectant des neutrinos. Aujourd'hui plus d'un millier d'entre eux ont déjà été observés, permettant de dresser les premières vues du ciel et d'y rechercher des neutrinos cosmiques très énergétiques, témoins des phénomènes les plus violents de l'Univers.

Les neutrinos sont des particules qui interagissent très peu avec la matière. Émis dans les cataclysmes les plus violents de l'Univers, ils pourraient permettre de prouver que ces phénomènes sont à l'origine du rayonnement cosmique, essentiellement des protons, qui bombardent la Terre en permanence. Ces protons nous parviennent en effet déviés par les champs magnétiques intergalactiques, nous empêchant de déterminer leur origine.

La détection des neutrinos est un défi qu'il n'est possible de relever qu'avec d'immenses détecteurs, protégés de ce même rayonnement cosmique. Antares, installé au large de Toulon, s'en protège grâce à un blindage naturel de 2000 mètres d'eau. Le déploiement du détecteur, qui a duré deux ans, s'est achevé en mai 2008. Aujourd'hui 885 « yeux », leur électronique de lecture et de traitement des données, - imaginés et construits à CEA-Irfu - s'égrènent par groupe de trois le long de 12 lignes souples de 450 mètres de haut. Ces lignes, plus hautes que la tour Eiffel, sont ancrées aux fonds marins sur un espace équivalent à 4 terrains de football.

Le prix Nobel de Physique 2008 a récompensé Makoto Kobayashi et Toshihide Maskawa pour avoir compris que les intéractions faibles ne traitaient pas de la même manière les particules et les antiparticules¹. Dans ce formalisme, l'on s'attend à ce que l'interaction forte introduise le même type d'asymétrie entre quark et antiquark.

Or il n'en est rien ! Problème ! Pour expliquer cette anomalie des interactions fortes, les théoriciens ont postulé l'existence d'une nouvelle particule nommée « axion » du nom d'une lessive car elle permet de laver le problème. Neutre et  légère, cette particule serait analogue à un photon avec lequel elle pourrait se coupler. Elle interagirait en revanche peu avec la matière, si peu que, pour l'instant, elle n'a jamais été observée.

CAST² est une expérience destinée à détecter cette particule hypothétique qui pourrait être produite en abondance par le Soleil. La collaboration a récemment publié des résultats (« Journal of Cosmology and Astroparticle Physics ») permettant de réduire les limites sur la prédiction de la masse de l'axion. 

La traque aux axions continue grâce à l'amélioration des performances des détecteurs Micromegas de CAST, permettant de diminuer le niveau de bruit de fond extrêmement bas dans le domaine des basses énergies, entre 1 et 10 keV et d'augmenter donc la limite basse de détection de ces hypothétiques particules. 

Pourquoi les axions nous intéressent ?

Les axions sont des particules introduites par les théoriciens  pour expliquer l'apparente symétrie entre matière et antimatière dans les interactions fortes. Ces axions, neutres et de très faible masse, sont de plus des candidats pour expliquer la matière noire dans l'univers. Les modèles théoriques et les observations astrophysiques contraignent la masse des axions à un intervalle compris entre quelques µeV/c² et quelques eV/c².

L'absence d'observation des axions dans l'expérience CAST a permis d'établir la meilleure limite expérimentale sur la constante de couplage axion-photon,  pour des masses inférieures à 0.4 eV/c2 (figure 1). Pour la première fois cette limite atteint la bande jaune privilégiée par les modèles théoriques. 

Le positronium est un état lié entre un électron et son antiparticule, le positon. La production de nuages d’atomes de positronium dans le vide est une condition nécessaire pour réaliser de nouveaux types d’expériences en physique fondamentale sur la gravité et l’antimatière, mais offre aussi un intérêt certain comme sonde des matériaux poreux à l’échelle nanométrique. Une collaboration originale regroupant entre autres des physiciens de l’Irfu et de l’Iramis du CEA-Saclay a réussi à produire ce positronium à un taux record dans des conditions stables et contrôlées ¹⁾. Il s’agit d’une étape importante pour le programme visant à tester la gravitation de l’antimatière.

L’expérience BaBar qui se déroule auprès de l’accélérateur PEP-II au SLAC (Californie) prend des données depuis dix ans et a accumulé une telle quantité d’événements qu’elle permet de sonder les aspects les plus subtils à mettre en évidence du modèle standard de la physique des particules et de la théorie quantique des champs. En analysant au fil du temps les systèmes particule-antiparticule de mésons B produits en abondance, une équipe de chercheurs à laquelle participe l’Irfu/SPP a pu ainsi montrer que puisque l’Univers ne présentait pas de direction privilégiée, l’invariance de Lorentz, pierre de touche de la physique moderne, était bien respectée. Cette analyse originale se rapproche conceptuellement de la fameuse expérience de Michelson et Morley qui a démontré l’invariance de la vitesse de la lumière.

Une surprenante asymétrie dans la répartition d’antimatière au cœur de la Voie lactée vient d’être découverte. En cumulant l’ensemble des données recueillies depuis cinq ans par le spectrographe SPI, une équipe européenne incluant des chercheurs du Service d'Astrophysique du CEA-IRFU a mis en évidence une émission de photons gamma à une énergie très précise, signature de la présence d’antimatière, dont la morphologie est très proche de la répartition dans le ciel d’un certain type de sources X binaires. Longtemps suspectée pour être une fabrique efficace de positons, cette classe d’objets expliquerait l’origine de l’antimatière dans les régions internes du disque de la Galaxie. Ces travaux sont publiés dans la revue Nature datée du 10 janvier 2008.

Ecouter l'interview de Bertrand CORDIER (SAp) : cliquer ICI  

Les images à haute résolution de la sonde Cassini viennent de révéler une forme étonnante pour deux satellites de Saturne situés au coeur des anneaux de la planète géante. Une équipe internationale dirigée par Sébastien Charnoz et André Brahic du Service d'Astrophysique (SAp) du CEA/DSM/DAPNIA et laboratoire AIM (CNRS, Université Paris Diderot) a pu en effet montrer que les satellites Pan et Atlas, petits corps d'une trentaine de kilomètres de rayon, étaient ceinturés à l'équateur d'importants « bourrelets » leur donnant la forme de "soucoupes volantes". Grâce à des simulations numériques reproduisant les collisions entre particules à l'intérieur des anneaux, les chercheurs ont acquis la certitude que ces petits corps ont "grossi" dans les anneaux et constituent une preuve indirecte que les anneaux de Saturne résultent sans doute de la désintégration catastrophique d'un gros satellite ou d'une comète. Ces résultats sont publiés dans la revue Science du 7 décembre 2007.

Ecouter l'interview de Sebastien Charnoz : cliquer ICI  

Certaines des galaxies que l'on croyait jusqu'ici sans étoiles ne sont pas de vraies galaxies mais plutôt des débris de collisions, simples nuages de gaz arrachés lors de collisions à grandes vitesse entre deux galaxies massives. C'est la conclusion à laquelle sont arrivés Pierre-Alain Duc et Frédéric Bournaud, deux chercheurs du Service d'Astrophysique (SAp) du CEA/DSM/DAPNIA et laboratoire AIM (CNRS, Université Paris Diderot) grâce a des simulations numériques reproduisant la rencontre de deux galaxies.  La découverte il y a quelques années d'une galaxie dite « sombre » c'est à dire contenant seulement du gaz et totalement dépourvue d'étoiles, avait soulevé un grand intérêt et beaucoup de questions dans la communauté astronomique car l'existence de tels astres n'est absolument pas prévu par les différents modèles de formation et d'évolution de galaxes. La galaxie VirgoHI21, située dans la constellation de la Chevelure de Bérénice, était jusqu'ici considérée  comme l’une des premières galaxies sombres massives. Les résultats des simulations montrent au contraire que VirgoHI21 s'est formée lors d'une rencontre entre deux grandes galaxies spirales, il y a environ 750 millions d'années. Il ne s'agirait donc que d'un banal débris de collision. Ainsi disparait le prototype de galaxie sombre massive. Ces résultats sont en cours de publication  dans la revue Astrophysical Journal.

Une équipe de chercheurs français, sous la direction de Romain Teyssier, astrophysicien au CEA (Service d'Astrophysique, CEA-DAPNIA), a mené à terme, dans le cadre du “Projet Horizon ”, la plus grande simulation jamais réalisée de la formation des structures de l’Univers. Cette simulation, qui s’est appuyée sur le nouveau supercalculateur BULL du Centre de Calcul Recherche et Technologie (CCRT), va permettre aux astrophysiciens de comparer leurs modèles aux observations astronomiques avec un réalisme sans précédent. Les premières images permettent une exploration virtuelle de l'univers avec une précision jamais encore atteinte (voir l'animation pour un voyage à travers un "cube" d'Univers).

Un consortium composé d’instituts européens, dont le Service d’Astrophysique du CEA-DAPNIA, vient de rendre public le plus grand catalogue de sources de rayons X jamais publié. Fruit de sept années d’observation du satellite XMM-Newton de l’Agence spatiale européenne (ESA), cette compilation recense 200 000 objets, soit près du double du record historique établi par le satellite ROSAT en 1999. Mise à la disposition de la communauté scientifique sous la forme d’une base de données dédiée, cette compilation permettra de mieux comprendre l’Univers des hautes énergies. Couvrant une région du ciel équivalente à seulement 360 degrés carrés soit environ 1% de la voûte céleste, il en souligne également la richesse.

Le projet Herschel, un observatoire spatial du rayonnement infrarouge et submillimétrique de l'Univers, vient de franchir aujourd'hui 6 juillet 2007 une étape importante avec la livraison à l'Agence spatiale européenne (ESA) de la caméra de bolomètres de l'instrument PACS. Cet instrument, unique en son genre, est l'un des trois instruments scientifiques embarqués sur le satellite. Cette livraison vient conclure une campagne d'essais de l'instrument, batterie de tests en grandeur nature dans des conditions de fonctionnement représentatives de son futur environnement spatial. Les scientifiques ont ainsi pu montrer que cette caméra répond aux spécifications initiales imposées par les objectifs scientifiques de PACS, l'étude de la naissance des étoiles et de l'évolution des galaxies. Pour le CEA qui a entièrement construit cette caméra, la plus grande de ce type jamais réalisée, la livraison de cet instrument est l'aboutissement de près de dix ans d'effort.
L’expertise acquise a également permis aux scientifiques d’adapter ces détecteurs à des observations à partir de grands télescopes au sol ; les premières images astronomiques viennent d’être obtenues sur le télescope APEX situé au Chili.

La première image astronomique de la caméra de nouvelle génération ArTéMiS a été récemment obtenue sur le télescope APEX situé à Chajnantor au Chili. Cette caméra de bolomètres fonctionne dans le domaine dit du submillimétrique situé entre l’infrarouge et les ondes millimétriques. Cette fenêtre spectrale est celle à travers laquelle les objets froids de l’Univers émettent une grande partie de leur énergie. La caméra qui opère à 200 et 450 µm est basée sur la technologie développée par le Service d'Astrophysique du CEA/DAPNIA et le LETI/LIR du CEA/Grenoble dans le cadre du programme Herschel pour le détecteur PACS.

Le 18 juin 2007 a été signé au salon du Bourget à Paris l'accord qui scelle la participation de l’Agence spatiale européenne (ESA) au programme James Webb Space Telescope (JWST) de la NASA. Le JWST est le  successeur du télescope spatial Hubble (Hubble Space Telescope - HST) et sera lancé en 2013 par une fusée Ariane. Avec son miroir de plus de six mètres de diamètre, il sera alors le plus grand télescope jamais mis dans l'espace. Opérant dans l'infrarouge, il sondera l'Univers lointain pour y étudier les premières étoiles et galaxies.
Le télescope est équipé en son plan focal de trois instruments principaux dont MIRI (Mid InfRared Instrument).

Une équipe d'astrophysiciens européens, japonais et chinois, à laquelle ont participé le Service d'Astrophysique (SAp) du CEA/DSM/DAPNIA et le CNRS (INSU) (voir [1]) vient de découvrir une des plus étranges explosions d'étoiles jamais observées Cette explosion est survenue le 9 octobre 2006 dans une galaxie lointaine située à plus de 80 millions d'années-lumière et a été suivie pendant plus de soixante jours par huit télescopes différents en Europe, Chine et Japon (voir l'animation). Les observations ont montré que l'astre qui s'est désintégré était une étoile massive, de 15 à 25 fois la masse du Soleil, sans doute constituée uniquement de carbone et d'oxygène. Ce cataclysme rare a été précédé tout juste deux ans auparavant par un bref flash lumineux. Ce signal avant-coureur, observé pour le première fois, offre aux astronomes l'espoir de "prédire" les explosions et d'observer des étoiles juste avant les tous derniers instants de leur existence. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature du 14 juin 2007.

- Visionnez la vidéo-animation (sur Youtube)

- Ecoutez l'Interview de J.M. Bonnet-Bidaud avec Ciel & Espace Radio

Une équipe internationale dirigée par des astrophysiciens du Service d'Astrophysique (SAp) du CEA/DSM/DAPNIA et laboratoire AIM (CNRS, Université Paris Diderot) vient de découvrir une importante quantité de matière noire dans trois galaxies naines formées lors d'une collision entre galaxies il y a environ 360 millions d'années. Ce résultat, confirmé par le résulat de simulations numériques, est totalement inattendu et en contradiction avec le modèle théorique actuel de formation des galaxies dans l'Univers. Il indique que les disques des galaxies contiennent bien de la matière noire, contrairement aux prédictions des modèles cosmologiques. Ce résultat parait aujourd'hui dans la version electronique de la revue Science (10 Mai 2007).

Une équipe internationale d’astrophysiciens* a réussi à reconstituer le passé de notre principale galaxie voisine, la Galaxie d'Andromède. Grâce aux simulations numériques obtenues sur les calculateurs du CEA, les chercheurs ont pu expliquer la structuration particulière de cette galaxie, formée d’anneaux concentriques, que les images du satellite infrarouge Spitzer ont révélée. Cette découverte fait l’objet d’une publication dans la revue Nature du 19 octobre 2006.

L’expérience T2K (Tokai to Kamioka) située au Japon vise à mesurer les oscillations des neutrinos, étonnante propriété qu’ils ont de changer de type selon la distance parcourue. La collaboration internationale T2K vient de choisir d’équiper le détecteur « proche » de l’expérience, installé à Tokai, de chambres Micromegas, inventées au Dapnia. Il aura fallu un an de développements spécifiques et de tests aux ingénieurs-chercheurs et techniciens des services Sédi, SIS et SPP du Dapnia pour démontrer que Micromegas était le meilleur choix pour cette expérience.

CMS, l’expérience de physique des particules à la recherche du boson de Higgs auprès du LHC au Cern, à laquelle participe largement le Dapnia, vient d’être l’auteur d’un record mondial. En effet, lundi 28 Août à 12h25 mn, le solénoïde de CMS  a produit un champ magnétique de 4 teslas occupant un volume de plus de 460 m³. C’est la première fois au monde qu’un champ magnétique aussi intense est produit dans un si grand volume. Cette performance est loin d’être anecdotique pour CMS, puisqu’il s’agit là du champ nominal prévu pour la mise en service de l’expérience.

Au terme de douze années marquées de surprises, de contradictions et de rebondissements, les modèles des astrophysiciens ont eu raison des apparences : le nombre d’étoiles peu lumineuses de notre galaxie est conforme aux modèles déduits des observations dans le voisinage du Soleil, et bien inférieur à ce que les premières observations laissaient supposer. C’est à cette conclusion que viennent d’arriver trois programmes de recherche de la distribution des astres sombres dans notre galaxie. Un article majeur dans Astronomy &  Astrophysics de juillet 2006 explique comment l’expérience Eros, dont le Dapnia fut à l’origine, a pu aboutir à de tels résultats.

Les galaxies naines observées dans l’Univers proche, en particulier celles en orbite autour des galaxies massives comme notre Voie Lactée, ont-elles toutes été formées très tôt dans l’histoire de l’Univers comme le supposent les scénarios cosmologiques classiques ? Des chercheurs du Laboratoire d’étude du rayonnement et de la matière en astrophysique (CNRS, Observatoire de Paris, Université Paris-6) et du laboratoire AIM "astrophysique, interactions multi-échelles" (service d’astrophysique du CEA/Dapnia, CNRS et Université Paris-7) viennent de montrer, à l’aide d’un grand nombre de simulations numériques à haute résolution, qu’une fraction non négligeable d’entre elles aurait été produite au cours de collisions relativement récentes entre galaxies massives.
Ces naines, dites "de marée", qui s’apparentent à des galaxies satellites, pourraient contaminer les échantillons statistiques de galaxies naines sur lesquels s’appuient nombre d’études cosmologiques.

Les premiers essais d'une caméra de toute nouvelle génération baptisée "ArTeMiS-1" viennent  d'être réalisés à l'observatoire du Gornergrat, près de Zermatt en Suisse. Cette caméra opère dans un domaine intermédiaire difficilement accessible, dit "sub-millimétrique", entre l'infrarouge et les ondes millimétriques, à la longueur d'onde de 0,45 millimètres. Elle est constituée pour la première fois d'une mosaïque de bolomètres, des détecteurs mesurant l'énergie du rayonnement.par une élévation de température. Ces détecteurs doivent être isolés et refroidis à très basses températures, de seulement 300 milli-degrés au dessus du zéro absolu. Ces essais satisfaisants constituent la première étape vers des observations astronomiques régulières de la formation des étoiles et de l'évolution des galaxies. La camera est basée sur la technologie développée par le Service d'Astrophysique du CEA/DAPNIA et le LETI/LIR du CEA/Grenoble pour le satellite européen HERSCHEL qui doit être lancé fin 2007.

La première ligne de détection du télescope à neutrinos Antares, immergée à 2 500 mètres de profondeur, a été reliée par le robot téléopéré Victor 6000 de l’Ifremer à la station à terre de La Seyne-sur-Mer (Var), le jeudi 2 mars à 12 h 11. Quelques heures plus tard, Antares ouvrait pour la première fois ses yeux vers le ciel et détectait ses premiers muons*. Cette liaison marque la naissance effective du détecteur Antares, le premier télescope à neutrinos de haute énergie en mer profonde dans l’hémisphère nord. Cet évènement récompense une décennie d’efforts d’une vingtaine de laboratoires européens**, parmi lesquels le CEA/Dapnia et des laboratoires du CNRS/IN2P3, instigateurs*** du projet en 1996.

L’expérience Edelweiss II* enregistre, depuis janvier 2006, ses premières impulsions. Edelweiss est une expérience dont le but est la détection des Wimps, particules de matière noire, dans le laboratoire souterrain de Modane (LSM, CNRS-CEA). Malgré d’excellentes performances, Edelweiss I avait une sensibilité limitée par le bruit de fond des neutrons ambiants. Avec Edelweiss II, il va être possible de gagner un facteur 100 sur la sensibilité à la découverte des Wimps et de tester une grande variété de modèles proposés dans le cadre des théories de supersymétrie. Edelweiss II sera inaugurée le 31 mars prochain à Modane.

Dans le numéro de Nature du 9 février 2006, la collaboration Hess annonce la détection d’une source de rayonnement gamma diffus au voisinage du centre de la Voie lactée. Ce réseau de 4 télescopes d’un genre particulier permet de cartographier pour la première fois les sources de rayons gamma dans l’Univers. Les propriétés de ces rayons gamma suggèrent qu’ils sont produits par des protons fortement accélérés au centre de la Galaxie. Des chercheurs du Dapnia participent à la collaboration internationale Hess, située en Namibie, qui rassemble une centaine de physiciens et d’astrophysiciens.

Les chercheurs du Service d'Astrophysique (SAp) du CEA-DAPNIA, dans le cadre de l'unité de recherche AIM "Astrophysique Interactions Multi-échelle" (regroupant le DAPNIA/SAp, le Centre National de Recherche Scientifique (CNRS) et l'Université Paris-7), viennent de mettre à jour une étonnante structure autour de Saturne, une fine spirale de poussières s'enroulant plusieurs fois autour de l'anneau F. Les chercheurs sont désormais persuadés qu'un  petit satellite, tout récemment découvert, entre en collision avec l'anneau et maintient cette délicate arabesque. Ces résultats, obtenus grâce aux images de la sonde Cassini-Huygens, sont publiés dans la revue Science du 25 novembre 2005.

La toile du satellite

L’anneau F de Saturne, le plus extérieur, a été découvert par les sondes Pioneer en 1979, à une distance moyenne de  140 000 km de la planète. Il est parcouru de part et d’autre par deux petits satellites, appelés "Prométhée" et "Pandore" qui l’empêchent de se disperser dans l’espace et pour cette raison sont appelés les satellites « bergers ». La deuxième grande exploration des anneaux en 1980 et 1981 par les sondes Voyager a montré que cet anneau était très complexe, avec des arcs de matière situés de part et d'autre de l'anneau principal. Jusqu'ici, ces arcs étaient considérés comme probablement discontinus et transitoires. De nouvelles images obtenues par la caméra à champ étroit de la sonde Cassini, avec une résolution moyenne inférieure à 10 kilomètres par élément d'image (pixel), viennent de montrer  au contraire que ces segments d'anneaux concentriques forment une seule spirale continue. Ils s'enroulent autour de l'anneau F comme des brins de laine autour d'une aiguille . Selon les chercheurs, la cause la plus probable est la présence d'un petit objet baptisé S2004/ S6, une toute petite lune de Saturne dont le diamètre est inférieur à 5 kilomètres et qui croise périodiquement l'anneau F exactement à l'endroit ou la spirale traverse le plan de l'anneau F. Il reste néanmoins à démontrer comment un si petit objet peut projeter de la matière aussi loin de l'anneau.

Pour la première fois, une équipe européenne, à laquelle participe le service d'astrophysique (SAp) du Dapnia, vient de dévoiler la répartition dans notre Galaxie de l'antimatière [1], une forme miroir étonnante de la matière. C'est grâce au spectrographe SPI [4] placé à bord du satellite Integral qu'a pu être constituée la carte complète de certains rayons gamma caractéristiques de l'annihilation matière-antimatière. Cette carte révèle que notre Galaxie produit en permanence plus de 16 milliards de tonnes de particules d'antimatière par seconde, principalement en son centre (pour 80%) mais également le long de son disque équatorial (pour 20%). Cette antimatière est constituée de positons (anti-électrons) [2]. L'étude européenne a pu démontrer que l'antimatière du disque provenait probablement de la désintégration de matière radioactive produite par les étoiles massives. En revanche la source d'antimatière du centre reste encore un épais mystère. Ces résultats sont publiés dans la revue Astronomy & Astrophysics.

Dans le cadre d'un appel  d'offres de mise en réseau de laboratoires européens,  le service d'astrophysique (SAp) du Dapnia a vu sa proposition baptisée Arena sélectionnée. Le SAp va donc participer comme pionnier aux instruments destinés à être  installés sur le télescope Irait, un télescope robotisé de 80 cm de diamètre, en cours de construction en Italie et Espagne, et qui devrait entrer en activité vers 2006 dans la toute nouvelle station antarctique Concordia. Les chercheurs du SAp ont proposé de mettre au foyer de ce télescope une caméra infrarouge de très haute technologie, basée sur des détecteurs similaires à ceux développés pour le satellite européen Herschel.