Les astrophysiciens qui veulent révéler le plus grand mystère de notre galaxie | Science

Un mois avant d’être abattu dans sa voiture officielle, en octobre 1963, le président des États-Unis John F. Kennedy approuva le lancement de satellites pour avertir du plus grand désastre imaginable : l’explosion de bombes atomiques. En 1967, ce programme de surveillance appelé Vela a détecté de mystérieuses sursauts qui ne venaient pas de la Terre, mais de l’espace. L’affaire est restée dans un tiroir jusqu’à ce que, des années plus tard, on apprenne que ces signaux constituaient le type de rayonnement le plus puissant de l’univers, arrivant peut-être de l’extérieur de notre galaxie. Sans que personne ne l’ait prévu, une nouvelle façon d’observer l’univers avait été inaugurée : l’astronomie des rayons gamma.

Invisibles à l’œil humain, les rayons gamma sont omniprésents et permettent d’étudier les phénomènes les plus violents du cosmos. “En un bref instant, les sursauts gamma libèrent plus d’énergie que toutes les étoiles de l’univers réunies”, résume Peter Michelson, astrophysicien à l’université de Stanford (États-Unis) et père intellectuel du télescope à rayons gamma. Fermi. Cet observatoire spatial a été lancé en 2008 par la NASA pour poursuivre de manière plus scientifique les travaux de surveillance entamés par les satellites de la Guerre froide. En quelques heures, l’équipe de plus de 400 scientifiques de 17 pays associée à ce télescope peut détecter une nouvelle source de rayons gamma, localiser son origine et alerter d’autres télescopes spatiaux et terrestres pour l’observer. Pour la première fois, les responsables du principal instrument scientifique à bord du Fermi Ils se sont rencontrés en Espagne pour discuter de leurs nouveaux objectifs, notamment comprendre un tiers de tous les signaux, dont l’origine est inconnue.

De courtes rafales de rayons gamma durent quelques fractions de seconde. Ils se produisent au moment même où deux étoiles à neutrons entrent en collision, des objets si denses et compacts qu’une seule cuillère à café pèse un milliard de tonnes. De longues sursauts, qui durent quelques minutes au maximum, se produisent lorsqu’une étoile environ 30 fois plus grande que le Soleil atteint la fin de sa vie et explose, formant une supernova. Les couches externes sont rejetées lorsque son noyau s’effondre sur lui-même. La force de gravité est si forte qu’un point d’une densité infinie se forme : un trou noir. “Si le trou tourne également sur lui-même, ce qui arrive presque toujours, un jet de rayons gamma en émerge aussi puissant que celui produit par une galaxie entière”, résume Michelson. Aucune bombe atomique ne serait capable de produire une énergie, même lointaine, similaire.

L’astrophysicienne irlandaise Deirdre Horan, membre de l’équipe scientifique de Fermi, explique : « Les rayons gamma sont également l’un des types de rayonnement qui fluctue le plus rapidement et le plus considérablement ; au point que certaines sources transforment le ciel en discothèque. « C’est fascinant de voir comment la nature peut produire quelque chose comme ça », souligne-t-il. Le chercheur fait référence aux pulsars, étoiles à neutrons en rotation qui émettent des éclairs périodiques avec une telle précision qu’ils peuvent être utilisés comme chronomètres pour mesurer d’autres phénomènes avec une très grande précision, comme le rayonnement produit par le Big Bang, il y a 13,7 milliards d’années.

Il Fermi garde 24 heures sur 24, tous les jours de la semaine. Depuis son orbite, située à plus de 500 kilomètres de la surface de la Terre, elle peut couvrir la totalité du ciel toutes les trois heures. Depuis son lancement, il a identifié plus de 7 000 sources de rayons gamma situées à l’intérieur et à l’extérieur de la Voie lactée. Leurs découvertes montrent que la Terre est un petit point dans l’espace littéralement entouré de sources de rayons gamma, dont beaucoup sont des pulsars d’une ponctualité exquise. Certains signaux viennent de si loin que cela donne le vertige : il s’agit de la lumière gamma qui a été émise il y a 12,5 milliards d’années, alors que l’univers était presque nouveau-né. En raison de l’expansion accélérée du cosmos, cet objet se trouve déjà à 25 milliards d’années-lumière, ce qui signifie que pour l’atteindre, il faudrait voyager à la vitesse de la lumière pendant près de deux fois l’âge total de l’univers.

Équipement criblé de particules atomiques chargées Fermi en permanence. Bien qu’en théorie il ait été construit pour durer seulement cinq ans, ses idéologues et ses constructeurs ont veillé à lui doter de grands panneaux solaires qui continuent de fonctionner malgré la perte d’efficacité due au bombardement radioactif constant. À au moins une occasion, le télescope a dû éviter des débris spatiaux qui auraient pu l’anéantir à jamais. L’équipe scientifique, réunie jusqu’à vendredi à l’Institut de physique théorique de Madrid, a calculé que l’appareil pourrait durer encore une décennie. Il est crucial qu’il le fasse, car sans cela, l’humanité serait aveugle à ce type de rayons gamma ; il n’y a pas de successeur en vue.

L’astrophysicien d’Estrémadure Miguel Ángel Sánchez Conde sera le nouveau coordinateur scientifique de la collaboration Fermi-LAT. L’un de ses principaux objectifs est d’utiliser le télescope pour tenter d’identifier la matière noire. “Ce serait une découverte qui nous mènerait directement à Stockholm pour récupérer le prix Nobel”, souligne-t-il.

La matière noire représente 25 % de l’univers entier, mais personne n’a pu l’observer ni déterminer de quoi elle est composée. “Beaucoup de sources non identifiées pourraient être de petits halos de matière noire qui s’annihilent et émettent ainsi des rayons gamma”, détaille Sánchez. Cette possibilité pourrait cadrer avec certaines propositions actuelles pour expliquer la matière noire, comme les particules massives à faible interaction, WIMPS en anglais.

L’un des « plus grands mystères » auquel l’équipe est confrontée se trouve en plein centre de notre galaxie, explique Sánchez. À cet endroit se trouve un trou noir – Sagittaire A* – avec une masse quatre millions de fois supérieure à celle du Soleil. « Depuis 2010, nous captons un signal constant du centre galactique. Mais dans les autres galaxies avec des trous noirs supermassifs au centre, nous ne voyons rien de similaire. Il s’agit d’un excès de rayons gamma que nous ne pouvons tout simplement pas comprendre. Personne ne sait pourquoi cela se produit, mais de nouvelles études sont publiées presque chaque jour sur ce problème. Il existe déjà des milliers d’études sur ce mystère », confesse le chercheur.

En 2010, Fermi a découvert une gigantesque structure en forme de bulle située juste au-dessus et en dessous du centre de notre galaxie. Les deux lobes sont si énormes qu’il faudrait 50 000 ans pour les traverser de bout en bout à la vitesse de la lumière. Quatorze ans plus tard, ces bulles de Fermi restent l’un des plus grands mystères de notre environnement cosmique.

Il est possible qu’il s’agisse des restes du dernier festin du Sagittaire A* lorsqu’il a avalé un nuage de gaz il y a environ six millions d’années. Ou bien l’énigme pourrait être liée à ce signal constant de rayons gamma qui arrive du centre galactique et qui, à son tour, pourrait être dû à l’annihilation de la matière noire, affirme Sánchez.

Pour l’Irlandais Horan, un autre grand moment viendra dans environ un mois, lorsque les trois grands détecteurs d’ondes gravitationnelles terrestres LIGO, Virgo et Kagra, respectivement aux États-Unis, en Europe et au Japon, commenceront à fonctionner. « Ils enverront une alerte dès qu’ils détecteront une onde gravitationnelle, mais normalement on ne sait pas d’où elle vient. Fermi a un champ de vision immense et peut beaucoup aider. Il est très stimulant de voir si nous pouvons capter des signaux électromagnétiques comme contrepartie des ondes gravitationnelles. La théorie nous dit que deux trous noirs en collision ne devraient pas émettre de rayons gamma. Mais s’il s’agit de deux étoiles à neutrons, nous pourrions les voir. Cela s’est déjà produit en 2017 et c’était comme, Oh mon Dieu, nous en avons attrapé un ! Nous en verrons probablement beaucoup plus maintenant », détaille-t-il.

Michelson voit toutes les possibilités ouvertes. « Je pense qu’il y a des choses que nous n’avons même pas imaginées ; et les théoriciens ont beaucoup d’imagination.

Vous pouvez suivre MATERIA sur Facebook, X e Instagramcliquez ici pour recevoir notre newsletter hebdomadaire.

_