LES ASTRONEWS de
planetastronomy.com:
Mise à jour : 4 Octobre 2019
Conférences et Évènements :
Calendrier
.............. Rapport
et CR
Prochaine conférence SAF..
Attention nous changeons de lieu (CNAM 292 rue St Martin Paris 3 amphi Grégoire)
et de jour (en principe le deuxième mercredi du mois)
Il y a cent ans :
Benjamin Baillaud, le premier Président de l’UAI. Par JL Bougeret le 13
Nov à 19H au CNAM réservation à partir du 10 Octobre 09H00 Entrée libre mais :
réservation obligatoire
La prochaine : Les Chinois et la Lune par Philippe Coué le 11 Dec réservation à
partir du 14 Nov
Liste des conférences SAF en vidéo.
(pas encore à jour!)
Astronews précédentes :
ICI
dossiers à télécharger par ftp :
ICI
ARCHIVES DES ASTRONEWS
: clic sur le sujet désiré
:
Astrophysique/cosmologie
;
Spécial Mars ;
Terre/Lune
;
Système solaire ;
Astronautique/conq spatiale
;
3D/divers
;
Histoire astro /Instruments ;
Observations
;
Soleil
;
Étoiles/Galaxies ;
Livres/Magazines ;
Jeunes /Scolaires
Certains peuvent recevoir en double ces news, car ils sont inscrits sur
plusieurs listes. J’en suis désolé.
Sommaire de ce numéro :
Mars le prochain défi :
CR de la conf SAF de F Forget du 9 Oct 2019.
(04/10/2019)
Neutrinos :
Enfin, on connait une limite sup de sa masse !
(04/10/2019)
SpaceX :.Présentation
du nouveau concept Starship par E Musk.
(04/10/2019)
La matière noire :
Une nouvelle piste ?
(04/10/2019)
Euclid :
Intégration et tests en cours.
(04/10/2019)
Trous Noirs :.Les OG fourniront-elles la preuve de leur existence ? (04/10/2019)
Trous Noirs :
La NASA à la manœuvre !
(04/10/2019)
Objet Interstellaire :
Un nouveau visiteur !
(04/10/2019)
Mars Express :.Mars
du Nord au Sud.
(04/10/2019)
EXOMARS :.TGO
nous fournit de belles images.
(04/10/2019)
Livre conseillé
:.Les Exoplanètes par Flavien Kiefer chez DeBoeck
(04/10/2019)
Les magazines conseillés :
Pour la Science d’Octobre sur l’infini !
(04/10/2019)
NEUTRINOS : ENFIN ON CONNAIT UNE LIMITE SUP DE SA MASSE !
(04/10/2019)
La masse du ou des neutrinos, c’est un peu l’Arlésienne de la cosmologie,
jusqu’à présent on ne connaissait pas la masse des différents types de
neutrinos, on ne connaissait que le rapport de masse entre eux.
Évidemment pas très satisfaisant pour l’esprit, aussi de nombreuses expériences
ont été menées afin de résoudre ce problème.
Quelques rappels :
Au début on pensait les neutrinos sans masse, en fait ils en ont une mais très
très faible.
Ils n’ont pas de charge et ce sont des particules élémentaires comme n et e-.
Ce sont des leptons (comme l’électron) de la famille des Fermions (les quarks
sont un autre membre de cette famille); on sait qu’il y a essentiellement deux
types de particules
élémentaires :
· Les Fermions sont des particules liées à la matière, ce sont tout ce
que l’on connaît : les atomes et les molécules
· Les Bosons, sont les « messagers » des Forces de la nature (qui sont
au nombre de 4) le photon est le plus connu de tous
Les Fermions sont partagés en trois familles (pourquoi trois ??? mystère pour le
moment) de Quarks et Leptons :
Seule la première famille donne naissance à de la matière stable.
Il
y a trois familles de neutrinos « ordinaires ».
· Le neutrino électronique
· Le neutrino tauique
· Le neutrino muonique
Il y a de nombreuses sources de neutrinos :
· L’atmosphère
· Le Soleil
· Les réacteurs nucléaires
· La Terre (neutrinos géologiques)
· Les accélérateurs de particules
· Les explosions d’étoiles : les supernovas
· Les accélérateurs astrophysiques (trous noirs…)
· L’Univers et ses neutrinos cosmologiques.
On s’est aperçu au cours du temps que les neutrinos changeaient d’état le long
de leur parcours. C’est en 1998 que Super Kamiokande a découvert l’oscillation
des neutrinos signifiant que ces particules ont une masse.
Il faudrait au moins avoir une idée de la masse des neutrinos ; c’est le but de
l’expérience KATRIN
(Karlsruhe Tritium Neutrino) de nos amis Allemands. Elle est maintenant
opérationnelle, comme on va le voir.
En effet, l’IRFU (CEA) vient de
publier un communiqué
à cet effet que je retransmets intégralement, tellement c’est important, cette
expérience mise en route depuis longtemps, contraint la masse du neutrino à une
valeur plus faible que ce que l’on pensait.
Attention, ce n’est pas la masse du neutrino électronique, toujours inconnue,
mais une limite supérieure de sa masse au repos qui donc est inférieure à 1,1eV
(et supérieure à 0,02eV) !
Dotés d’une très faible masse
les neutrinos jouent un
rôle clé en en physique des particules et en cosmologie. La contrainte
sur leur masse vient tout juste d’être améliorée par l'expérience KATRIN.
La première campagne scientifique de 4 semaines de prise de données, au
printemps 2019, contraint désormais la masse des neutrinos
à moins de 1.1
électron-volt.
Il s’agit de la meilleure mesure indépendante de tous modèles, apportant une
amélioration d'un facteur 2 par rapport aux résultats expérimentaux antérieurs.
La contrainte est encore inférieure à celle venant des mesures cosmologiques sur
la masse totale de 3 saveurs de neutrinos, qui flirte avec la centaine de milli
eV (meV).
Mais KATRIN va continuer à prendre plus de données durant les 5 prochaines
années et devrait atteindre une sensibilité sur la masse du neutrino
électronique voisine de 200 meV.
Le haut potentiel de cette expérience réside dans sa précision et dans le fait
que cette mesure est, elle, indépendante de tout modèle théorique contrairement
aux mesures issues des observations cosmologiques.
En effet elle repose sur la conservation de l’énergie et la mesure d’une
expérience bien connue, la désintégration beta.
Vue d'ensemble de l'installation KATRIN de 70 m de long avec ses principaux
composants, de gauche à droite
Source de tritium gazeux,
Section de pompage,
Spectromètres électrostatiques et
Détecteur d’électrons.
(Crédit KIT)
Le mystère de la masse des neutrinos
Les neutrinos jouent un rôle clé en en physique des particules et en cosmologie.
Mis à part les photons, le quanta fondamental de la lumière, les neutrinos sont
les particules élémentaires les plus abondantes de l'univers.
Pour chaque électron, proton, et neutron de l’Univers, il y a 1 000 000 000 de
neutrinos et ces particules si légères et aux interactions si rares, influencent
malgré tout l’évolution de l’Univers primordial.
À l’échelle des particules élémentaires, leur très faible masse, de l’ordre du
milli-eV (10-3eV), un milliard de fois plus petit que les MeV (106eV)
des autres particules élémentaires, sous-entend peut-être l’existence d’une
nouvelle physique au-delà du modèle standard de la physique des particules.
Trouver la fenêtre vers la nouvelle physique de l’infiniment petit au-delà du
modèle standard actuel, et apporter une pièce puzzle sur la formation
primordiale de notre Univers sont les enjeux excitants de la mesure de la masse
des neutrinos.
Méthode cinématique pour mesure la masse du neutrino électronique
La
mesure de KATRIN utilise un principe fondamental connu depuis fort longtemps :
dans le processus de
désintégration beta, l'électron et le neutrino se partagent
statistiquement l'énergie disponible (18,6 keV pour le tritium).
Dans des cas extrêmement rares, l'électron obtient effectivement toute l'énergie
de désintégration tandis que le neutrino n'acquiert que quantité minimale
correspondant à sa masse au repos.
La forme du bout du spectre en énergie des électrons émis lors de chacune des
désintégrations beta est sensible à la masse du neutrino.
La forme du spectre des électrons autour de 18.6 keV dépend donc de la masse du
neutrino.
La difficulté expérimentale vient de la statistique car
seule une
désintégration du tritium
sur un milliard est intéressante
pour mesurer la masse du neutrino. Afin d’accumuler un nombre d'événements et
donc une statistique conséquente, l’expérience KATRIN utilise la source de
Tritium la plus intense à disposition de la communauté scientifique.
« La désintégration beta du tritium ainsi que la réponse de l’ensemble de
l’instrument doivent être modélisés avec une précision inférieure au pourcent“
explique Thierry Lasserre physicien au département de physique des particules de
l'Irfu.
« Avec KATRIN la mesure directe de la masse des neutrinos est entrée dans le
domaine de la physique de haute précision ».
Première campagne de mesure
Au printemps 2019,
l'équipe de 150 personnes
a réalisé sa première campagne de mesure.
À cette fin, un gaz de tritium moléculaire a circulé pendant quatre semaines
engendrant 25 milliards d'électrons par seconde dans la source. Pour cette
analyse les équipes de KATRIN ont recherché l’empreinte d’un neutrino massif à
partir d’un spectre regroupant plus de 2 millions d'électrons, triés sur le
volet grâce au gigantesque spectromètre électrostatique adjacent à la source.
Comme à l'accoutumée dans les expériences de précision contemporaines, des
informations vitales nécessaires pour finaliser l'analyse étaient volontairement
dissimulées jusqu’au dernier moment.
Pour coordonner leurs dernières étapes, le groupe d’analyse, coordonné par
Thierry Lasserre (CEA-Irfu), s’est réuni cet été pour un atelier d'une semaine
au KIT. "Vers la fin de la soirée du 18 juillet, le traitement des incertitudes
systématiques fut verrouillé : les dernières informations nécessaires à
l'analyse finale de l'ensemble des données pouvaient enfin être dévoilées !
Après les dernières heures de calcul, l’analyse n’a pas mené à la mesure d’une
masse significative du neutrino."
Diagramme sommaire des valeurs au carré de la masse de neutrinos obtenues à
partir de la désintégration
du tritium bêta au cours de la période 1990-2019, par rapport à l'année de
réalisation.
Les résultats des expériences plus récentes de Mainz et de Troitsk sont surtout
comparés aux nouveaux
résultats de KATRIN KNM1 : l'incertitude totale est réduite d'un facteur 3.
(Crédit KATRIN Collaboration)
Ces premiers résultats
réduisent l'échelle de masse absolue des neutrinos à une valeur inférieure à 1.1
électron-volt (eV).
Ils ont été présentés le 13 Septembre lors de la conférence
TAUP 2019 à Toyama (Japon)
et soumis à une revue scientifique (Phys Rev Letters) pour publication.
Cette campagne de mesure initiale correspond en fait à 5 jour-équivalents de
données de KATRIN, lorsque celle-ci fonctionnera à plein régime. En rapport aux
expérience précédentes similaires l’erreur statistique est réduite d’un facteur
2 et l’erreur systématique d’un facteur 6. L’utilisation du plein potentiel de
l’instrument et l’amélioration de l’analyse permettront conjointement de gagner
les réduire par encore un ordre de grandeur.
La prise de données avec la configuration finale de l’expérience
commencera dans les prochains jours en vue d’atteindre une sensibilité de
l’ordre de 0.2 eV dans les cinq prochaines années.
Bravo à notre ami Thierry Lasserre et à son équipe.
La valeur de la masse du neutrino est importante, car cette particule joue un
rôle essentiel au début de l’Univers. Donner une contrainte sur sa masse permet
d’éliminer certains modèles cosmologiques.
POUR ALLER PLUS LOIN :
KATRIN contraint la masse du neutrino par méthode cinématique
par l’IRFU
Le neutrino dévoile sa masse
par Sciences et Avenir
KATRIN cuts the mass estimate for the elusive neutrino in half
par l’Université de Washington
How much does a neutrino weigh? The KATRIN Experiment at KIT (2018)
video
Physicists Don’t Know the Mass of a Neutrino, But Now They Know it’s No Larger
Than 1 Electron Volt
par Universe Today
Les conférences sur les neutrinos :
Les neutrinos de l’Univers :
CR de la conf SAF (Cosmo) de Th Lasserre du 18 Janvier 2014. (04/02/2014) à lire
absolument
Le mystère des neutrinos :
CR de la conf SAF de D Vignaud du 16 Déc 2009. (05/01/2010)
ICECUBE :
Les neutrinos qui venaient du froid ! (03/01/2014)
Le monde étrange des neutrinos :
CR de la conférence SAF de Th Lasserre du 10 Dec 2014. (20/12/2014)
Les Neutrinos :
Honorés par le Prix Nobel de physique. (10/10/2015)
Oscillating Neutrinos :
CR conf Prix Nobel de Physique 2015 à la Sorbonne du 6 Avril 2016 (18/04/2016)
Les neutrinos, rencontre du 4ème type :
CR de la conf CEA de TH Lasserre du 19 juin 2014 (30/06/2014)
SPACEX : PRÉSENTATION DU NOUVEAU CONCEPT STARSHIP PAR E. MUSK.
(04/10/2019)
Ça
y est, ça se précise, Elon Musk, PDG de SpaceX a convoqué la presse il y a
quelques jours, le 28 sept 2019 à son QG de Boca Chica (Texas) pour présenter sa
nouvelle vision du lanceur grande capacité pour atteindre la Lune et Mars et
conquérir les planètes.
Il démarre sa présentation en faisant remarquer qu’il y a 11 ans eut lieu le
premier vol avec succès d’un lanceur SpaceX, et que depuis plus de 78 lancements
ont eu lieu. SpaceX a mis au point la première technologie de réutilisation de
ces lanceurs afin de les faire voler de nouveau.
Credit photo : CollectSpace
Toute sa conférence de presse en vidéo :
https://youtu.be/sOpMrVnjYeY
Cela avait commencé il y a quelques temps lors de
l’essai d’un morceau de son lanceur
qu’il avait baptisé Starhopper,
Illustration : L’évolution des différents concepts menant à Starship.
(Crédit Kimi Talvitie)
De gauche à droite : Starhopper , Starship , Super Heavy devant propulser
Starship , Falcon 9 , et enfin le modèle final la fameuse BFR (Starship + Super
Heavy).
Certains s’étaient un peu moqués de ce « château d’eau » volant, mais cela avait
son utilité.
Ensuite, SpaceX assemble une partie de ce qui va être Starship, l’ultime lanceur
pour envoyer de nombreux astronautes dans l’espace lointain.
C’est la moitié de Starship, si Starship complet (avec son booster) devrait
avoir près de 118 m de haut, la version qui nous est donnée de voir est en fait
la partie « noble » du lanceur et ne fait « que » 50 m, elle s’appelle Starship
Mk1 (Mark one, il y a un deuxième Mark Two en construction en Floride).
Les deux éléments sont récupérables. Tout est en inox !
Mk1 en montage
dans ses ateliers du Texas.
Starship Mk1 en cours de montage avec 2 ou 3 ailerons ( ?).
Crédit SpaceX |
Starship Mk1 (50 m) montée à côté du premier étage Falcon 1 . Crédit
SpaceX |
Une
intéressante photo
montrant le montage de l’ensemble.
Les ailerons sur la partie inférieure et sur la partie supérieure sont mobiles
(moteurs électriques tirés des voitures Tesla !) pour guidage dans la rentrée
atmosphérique.
(Voir
simulation vidéo)
Le premier vol test de cet ensemble devrait avoir lieu en Octobre 2019, donc
très bientôt.
Ce test devrait permettre un vol jusqu’à une altitude de 20 km et retour bien
sûr à la plateforme de lancement.
Ce premier test devrait valider la formule et autoriser un premier vol
commercial avec un touriste (Japonais) payant pour faire le tour de la Lune en
2020.
Cette conférence de presse d’Elon Musk était très attendue et il y avait foule
sur le site texan. Elle démarra vers 20 h local.
Musk nous présente son nouveau lanceur et sa nouvelle philosophie.
Starship sera propulsé par le premier étage appelé Super Heavy.
Ces
deux engins seront équipés du même moteur : le Raptor de nouvelle génération (O2
et CH4), Starship en aura 6 trois de deux sortes différentes suivant qu’ils sont
dans l’atmosphère ou dans le vide), Super Heavy en aura au maximum 37 suivant
les missions !
Tout sera réutilisable facilement.
On peut voir sur cette photo les 3 Raptors.
Photo : SpaceX
Le modèle final, devrait, d’après Musk permettre d’envoyer une centaine de
personnes vers Mars, suivant sa devise que l’Homme devienne une « espèce
multiplanétaire » !!
Le prototype Mk1 n’en aura que 3 pour les essais car il ne volera qua dans
l’atmosphère terrestre..
Photo de Mk1
en cours de montage final.
Simulation
du premier lancement de Starship Mk1.
La conférence de presse se poursuit en pleine nuit, où l’on peut voir cet
impressionnant lanceur éclairé
par les projecteurs.
Il ne faudrait pas que l’intérêt que porte actuellement Elon Musk à Starship lui
fasse passer au second plan la capsule Crew Dragon pour aller à l’ISS avec des
astronautes. La NASA attend encore le test de la procédure d’échappement en cas
de problème au décollage,
qui avait échouée
la dernière fois.
Vidéo sur les détails techniques du Starship : Raptor et bouclier thermique.
Lancement d’un Starship :
Real Artificial Gravity for SpaceX’s Starship
par Universe Today
POUR ALLER PLUS LOIN :
SpaceX : Elon Musk fait l’éloge de Starship et promet la Lune et Mars
par Futura Sciences
SpaceX : Elon Musk montre la prochaine fusée qu’il veut envoyer sur Mars
SpaceX Starship Gets Some Fins
SpaceX Finishes Assembling New Starship Prototype (Photo)
par Space.com
SpaceX CEO Elon Musk provides update on Starship program
SpaceX : Elon Musk dévoile sa fusée qui va sur Mars et en revient
SpaceX to share Starship progress update Saturday as it continues prototype
construction
Fusée Starship : Elon Musk promet la Lune mais élude les difficultés
par l’Express
LA MATIÈRE NOIRE : UNE NOUVELLE PISTE ?
(04/10/2019)
La recherche de la matière sombre est l'une des plus épineuses questions de ces
cinquante dernières années en astrophysique.
La direction de la communication de l’Observatoire de Paris,
nous communique
ces importants résultats d’une nouvelle étude concernant les galaxies naines et
la matière noire.
Je reprends ce communiqué en grande partie :
Un simple effet de marée remplace la matière sombre : la dynamique des galaxies
naines réexpliquée
Longtemps attribuées à la présence de matière sombre, les propriétés des
galaxies naines situées au voisinage de la Voie lactée s’expliquent uniquement
par des effets de marée.
C’est la conclusion à laquelle parvient une équipe franco-chinoise de
l’Observatoire de Paris – PSL et du CNRS au département Galaxies, étoiles,
physique et instrumentation - GEPI (Observatoire de Paris - PSL / CNRS).
Paraissant en ligne le
1er octobre 2019
dans la revue Astrophysical Journal, l’étude pose un sérieux problème à la
cosmologie moderne.
Depuis près de cinquante ans, la présence de matière sombre à toutes les
échelles de l’Univers est au fondement de la cosmologie moderne.
C’est
aux plus petites échelles du cosmos, au sein des galaxies naines entourant la
Voie lactée, les plus minuscules qu’il nous est donné d’observer, que la matière
sombre est supposée être la plus abondante.
Dans ces galaxies, une agitation exceptionnelle des étoiles est observée, un
phénomène que les cosmologistes expliquent en invoquant la présence de masse
sombre en énormes quantités, d’une masse jusqu’à plusieurs milliers de fois
supérieure à celle des étoiles.
Illustration : Notre Galaxie et ses galaxies naines
Crédit : H. Jerjen & ESO
Depuis les années 1980, cette matière sombre est considérée comme indispensable
pour expliquer la cohésion des galaxies : elle ajoute de la gravité qui
équilibre l’agitation des étoiles, qui de son côté tend à disperser l’ensemble.
On pensait par ailleurs que les galaxies naines étaient des satellites de notre
Voie lactée depuis un grand nombre de milliards d’années, expliquant ainsi le
besoin d’un équilibre sur de longues périodes. Est-ce bien la réalité ?
Une équipe scientifique franco-chinoise de l’Observatoire de Paris – PSL au
département Galaxies, étoiles, physique et instrumentation - GEPI (Observatoire
de Paris - PSL / CNRS) et du National Astronomical Observatory of China (NAOC)
bouleverse ce scénario, en proposant
une nouvelle
interprétation sans recourir à la matière sombre. Pour leurs travaux, les
scientifiques ont exploité les données astrométriques et photométriques les plus
précises disponibles à ce jour.
A la parution du deuxième catalogue Gaia en 2018, les orbites des galaxies
naines ont été révélées avec une bien meilleure précision. L’équipe s’est
aperçue qu’en étant très excentriques, elles ne corroboraient pas le scénario
selon lequel les galaxies naines se seraient satellisées autour de la Voie
lactée depuis des milliards d’années.
Les galaxies naines semblent en effet avoir été capturées par la Voie lactée et
ce, plus récemment.
De récentes données du Télescope Franco-canadien de Hawaii (CFHT) et du
télescope Magellan, issues des observations les plus profondes en imagerie et en
spectroscopie des galaxies naines, leur ont par ailleurs fourni des mesures très
précises sur leurs vitesses, rayons, distances et masse en étoiles.
En exploitant toutes ces nouvelles données, l’équipe scientifique a découvert
comment ces galaxies naines étaient arrivées au voisinage de notre Galaxie et
comment leur dynamique est uniquement gouvernée par les seuls effets
gravitationnels de marée exercés par la Voie lactée, suivant les principes de la
physique newtonienne.
Un nouveau scenario
Le scénario d’une grande robustesse mis au jour s’est déroulé en plusieurs
étapes (voir vidéo)
1.
Originellement, il s’agit de
très petites galaxies
naines dites irrégulières, et dominées par du gaz froid.
2.
Attirées par notre Galaxie,
elles tombent dans son
halo. Par un effet de pression dynamique, leur propre gaz est arraché par
celui du halo. Cette perte de gaz entraîne une perte de gravité : leurs étoiles
se retrouvent « affolées » et vont en se dispersant dans toutes les directions.
3.
Entrent en jeu les effets gravitationnels de la Voie lactée qui agissent via des
chocs de marée, -
de même nature que ceux qui ont forgé les amas globulaires. En un mot, au sein
des galaxies naines, les chocs martèlent les étoiles, lesquelles se retrouvent
capturées par effet de résonance le long d’une direction privilégiée, celle qui
les relie au centre de la Voie lactée.
4. La
ligne de visée des astronomes - situés dans notre Galaxie - se confondant
pratiquement avec cette direction, les observations recueillies apparaissent
conformes à l’augmentation prédite de l’agitation des étoiles par chocs de
marée, tout simplement,
sans recours à la matière sombre.
Ce scénario est-il suffisant pour exclure la présence de matière sombre dans les
galaxies naines ?
Plusieurs observations menées par les scientifiques conduisent à le penser, à
tout le moins que cette hypothétique matière sombre n’aurait aucune influence
sur les propriétés physiques des galaxies naines.
Tout d’abord, les astronomes ont pu calculer les accélérations induites par les
chocs de marées. Ils ont trouvé qu’aux erreurs de mesure près, elles
coïncidaient avec celles supposées causées par la matière sombre (voir Figure
1). La coïncidence est plutôt surprenante. Aurait-on pris des chocs de marées
pour de la matière sombre ?
Pour l’instant, les modèles basés sur la matière sombre semblent incapables de
reproduire les nombreuses relations d’échelles entre les paramètres fondamentaux
des galaxies naines : rayons, distances, vitesses, masse en étoiles. Or, ces
relations d’échelle, le scénario des chocs de marée les explique parfaitement.
Ces résultats ont potentiellement d’énormes conséquences pour notre
compréhension de l’Univers, bouleversant des décennies de connaissances en
cosmologie. En particulier, les modèles cosmologiques les mieux admis impliquent
un très grand nombre de halos de matière sombre qui devraient être autour des
galaxies naines au voisinage d’une grande galaxie, telle que la Voie lactée.
S’il n’y a pas de masse sombre capable d’influencer la dynamique de ces galaxies
naines, soit les galaxies naines satellites de la Voie lactée sont
exceptionnelles, soit les modèles cosmologiques sont à revisiter.
Vidéo
https://youtu.be/qy-EFXFJhQA
Découvrir en vidéo la réexplication de la dynamique des galaxies naines sur la
chaine Youtube de l’Observatoire de Paris :
« Un simple effet de marée remplace la
matière sombre : Réexplication de la dynamique des galaxies naines »
Vidéo :
Ce travail de recherche a fait l'objet d'un article intitulé “On the absence of
dark matter in Milky Way dwarf galaxies”, par F. Hammer (que nous connaissons
bien) et al., à paraître le 1er octobre 2019 dans la revue Astrophysical Journal
(arXiv:1812.10714).
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ab36b6
Collaboration
L’équipe scientifique est composée de François Hammer (Observatoire de Paris –
PSL - CNRS), Yanbin Yang (Observatoire de Paris – PSL - CNRS), Frédéric Arenou
(Observatoire de Paris – PSL - CNRS), Carine Babusiaux (Université Grenoble
Alpes), Jianling Wang (National Astronomical Observatory of China), Mathieu
Puech (Observatoire de Paris – PSL - CNRS) et Hector Flores (Observatoire de
Paris – PSL - CNRS).
POUR ALLER PLUS LOIN :
Plus besoin de matière sombre pour expliquer la dynamique des galaxies naines,
info de Mars 2019.
EUCLID : INTÉGRATION ET TESTS EN COURS.
(04/10/2019)
Un rappel (basé sur des CR antérieurs)
La mission Euclid de l’ESA fait partie du programme « Vison
Cosmique »
de l’Agence.
But de la mission :
déterminer pourquoi l’expansion de l’univers est accélérée.
Il y a quelques hypothèses toujours en discussion parmi les physiciens :
·
Une interaction nouvelle (force répulsive, anti gravité) ?
·
Une modification des lois de la gravitation à très grande échelle (par rapport à
la RG) ?
·
Un écart par rapport au principe cosmologique (homogénéité et isotropie) ?
Une révolution dans chaque cas de figure…
L’énergie
sombre étant répulsive, force l’Univers à grandir.
Et si l’Univers grandit sa densité de matière se dilue dans le temps, et cela a
une influence sur notre avenir.
Des scénarios de l’évolution de l’univers en fonction de l’évolution de la
densité d’énergie sombre :
1- densité en augmentation, BigRip
2- densité constante, l’expansion est continue et ne s’arrêtera jamais
3- densité diminue, BigCrunch (dans x10 milliards d’années …)
L’histoire de l’Univers et son avenir dépendent de la proportion existante entre
matière noire et énergie sombre…
Comment caractériser cette énergie sombre ?
On fait une hypothèse :
L’univers est presque homogène et isotrope, c’est un fluide parfait dont on peut
déterminer l’équation
d’état et donc avoir une relation entre pression et densité du type w = P
/ rho (lequel w peut dépendre du temps).
Planck a donné une contrainte sur w mais on ne peut dire si w est constant ou si
w= -1 (un genre de « constante cosmologique », signe négatif car contre la
gravité).
Son origine peut être l’énergie du vide, mais pose quelques problèmes, en effet,
il existe un écart colossal entre les prédictions théoriques et les densités
d’énergie observées.
Selon les hypothèses actuelles il y a plus de 50 ou 100 ordres de grandeur de
différence entre les deux : un challenge pour la physique théorique compte tenu
de la solidité actuelle du modèle standard de la théorie quantique des champs
testé en accélérateur.
Pourquoi la constante cosmologique est-elle si petite ?
Conséquences pour les modèles d’univers et la physique ?
On pourrait introduire des particules très hypothétiques (super
symétrie) mais des écarts subsisteraient.
On va mesurer pour z variant de 0 (maintenant) à 2, la partie fixe de w (on
espère mieux que 1% près) et la partie variable selon le temps (on espère mieux
que 5%). Des effets infimes de structuration, les décalages, la matière noire
par les effets de lentille gravitationnelle, les distances par spectroscopie.
On mesurera tout le ciel extra galactique et extra écliptique (pour éviter les
poussières) sur 15000 degrés carrés (environ un tiers du ciel) par imagerie
visible et IR.
La distribution de matière noire sera vue par les effets de lentille
gravitationnelle sur un milliard de galaxies.
On aura la distribution 3D pour 30 millions de galaxies par spectroscopie.
Les distorsions de redshifts induites par les faibles vitesses propres des
galaxies pointant vers les amas permettront de tester la gravité à très grande
échelle.
On mesurera sur 10 tranches de temps entre z=0 et z=2, de la distribution de la
matière noire.
Ou bien w est constant et très proche de -1, c’est la constante cosmologique, ou
w dépend du temps de la forme suivante :
w = wp
+ wa (t)
Seule une expérience très précise comme le projet Euclid pourra lever les
incertitudes et déterminer
wp avec
une précision meilleure que 1% (10 fois mieux qu’aujourd’hui) et
wa avec
une précision meilleure que 5% (40 fois mieux qu’aujourd’hui)
La mission Euclid doit donc mesurer des effets physiques infimes de l’énergie
sombre et de la gravitation sur :
·
L’histoire de l’expansion,
·
L’histoire de la formation des structures,
À cet effet il faudra observer l’évolution de la distribution et la
structuration tridimensionnelle à grande échelle de :
·
La matière noire
·
Des galaxies
Depuis aujourd’hui, jusqu’à la période de transition ou la matière noire
dominait l’énergie sombre
On va donc observer l’évolution de la matière noire et des galaxies, et on va
essayer de se situer par rapport à l’époque de la transition (période où la
matière noire dominait l’énergie sombre) déjà évoquée.
Des effets infimes vont devoir être mesurés, et il faudra donc construire de
nouveaux outils et établir le protocole de nouvelles expériences.
Afin de comprendre la nature de cette mystérieuse énergie sombre, Euclid va
dresser une cartographie
en 3D de plusieurs centaines de millions de galaxies. En effet, la
lumière émise par ces galaxies est déformée par l’interaction gravitationnelle
de la matière située entre elles et la Terre (effet de lentilles
gravitationnelles) : ces déformations permettront donc de savoir comment cette
matière se distribue dans l’Univers, et comment elle évolue dans le temps.
Il va falloir avec ce télescope spatial :
·
Faire de l’imagerie dans le visible et dans l’IR et effectuer des spectres.
·
Et ceci sur tout le ciel extragalactique
·
Mesurer les formes et les distances de 2 milliards de galaxies grâce à l’effet
de lentilles gravitationnelles
·
Mesurer la distribution de 30 millions de galaxies en fonction du temps par
spectroscopie et mesure de redshift.
C’est
un télescope de 1,2m de diamètre qui va être fabriqué par Thales Alenia Space
(Cannes).
Il va fournir la lumière à deux instruments :
·
Un imageur dans le visible (VIS) et
·
Un spectro imageur dans l’infrarouge (NISP)
Ces deux instruments sont développés par un consortium européen comprenant plus
de 100 laboratoires et 800 chercheurs et ingénieurs en Europe et est sous la
responsabilité scientifique de Yannick Mellier, chercheur à l'IAP .
Lancement en 2022 par une fusée Soyuz-Fregat depuis Kourou
·
Placé sur une trajectoire autour du « point de Lagrange L2 »
·
Opération pendant au moins 6 à 7 ans
Coût du projet : 1 G€, flux de données 850 Gb/24h, fin 2025
Les tests et l’intégration du télescope sont en cours à Airbus Toulouse et
Thales Alenia à Turin.
Assemblage final en 2021 pour expédition à Kourou pour le lancement en 2022.
Crédit : ESA/Corvaja.
EN CONCLUSION :
·
Une mission spatiale de l’ESA unique conçue pour comprendre l’origine de
l’accélération de l’expansion de l’Univers.
·
Elle permettra de résoudre une des énigmes les plus fascinantes de la physique
et de la cosmologie moderne.
·
Pour être certain des conclusions Euclid utilisera 5 méthodes différentes
d’observation et d’analyse.
·
Apportera des informations 50 à 100 fois plus précises que celles dont nous
disposons aujourd’hui.
·
Euclid = 12 milliards de sources, 30 millions de redshifts: une mine d’or pour
professionnels et amateurs pendant plusieurs décennies. Euclid alimentera le
JWST, l’E-ELT, SKA, LSST.
·
Euclid Consortium = 1250 chercheurs/ingénieurs, 15 pays, 130 labos.
·
Une formidable chance pour les jeunes astrophysiciens et physiciens des
décennies 2020-2060.
POUR ALLER PLUS LOIN :
Euclid, une mission destinée à percer les mystères de l’énergie noire et de la
matière noire
How to explore dark energy and penetrate the mystery of dark matter?
Par Thales
La mission Euclid (mat noire, énergie sombre) :
CR conf IAP de Y Mellier du 7 Avril 2015
Euclid, et énergie sombre : CR
de la conf SAF (Cosmologie) de Y Mellier du 19 Janv 2013. (04/02/2013)
TROUS
NOIRS :.LES
OG FOURNIRONT-ELLES LA PREUVE DE LEUR EXISTENCE ?
(04/10/2019)
Notre ami Olivier Laurent, nous informe de cette nouvelle importante concernant
les Trous Noirs.
Deux articles (1 théorique + 1 observationnel) viennent d'être publiés
à propos ce que l'on appelle les modes quasi-normaux et leurs harmoniques émis
via les ondes gravitationnelle par l'horizon du trou noir résultant de la phase
finale de fusion (le ringdown en anglais).
Les scientifiques se concentrent uniquement dans le cas présent sur la partie
finale du spectre qui dure très peu de temps mais qui renferme des informations
sur les vibrations de l'horizon du trou noir final.
Source :
The Quasi-normal Modes of Black Holes
par Lionel London Cardiff University.
Les données utilisées viennent de la première observation historique GW150914.
Cela montre que l'on peut encore trouver des informations importantes sur
d'anciennes observations.
Cette partie décroissante du spectre permet de calculer la masse et la rotation
du trou noir final. C'est une mesure indépendante de celles déjà effectuées en
utilisant la forme complète plus étendue dans le temps du spectre.
Elle permet de vérifier si l'onde dépend uniquement de la masse et de la
rotation comme cela est attendu en relativité générale avec le théorème de la
calvitie pour les trous noirs.
Et l'étude montre en effet que le trou noir ne semble pas avoir de cheveux (l'horizon
est parfaitement lisse), il perd tous ces cheveux via ces ondes
gravitationnelles émises et reçues en partie par LIGO-Virgo.
Il s'agit de la première tentative pour mesurer précisément les vibrations de
l'horizon d'un trou noir après fusion durant toute la phase de relaxation à
partir du pic pour aboutir à la forme parfaite d'un trou noir en rotation
(Kerr).
Pour l'instant, l'observation devra être confirmée par d'autres études mais elle
indique que les signaux correspondent bien à un horizon en train de vibrer pour
un trou noir en rotation.
La vibration de l'horizon produit les ondes gravitationnelles
qui permettent de déduire la fréquence de vibration du trou noir si on le
perturbe (de façon similaire à un verre en cristal que l'on fait vibrer et qui
émet des ondes sonores qui s'amortissent rapidement avec le temps mais dans le
cas des trous noirs, les ondes correspondent à des vibrations de
l'espace-temps).
L'article de Futura Sciences
résume très bien la découverte qui est majeure pour l'étude des trous noirs.
Aurélien Barrau a fait aussi une petite vidéo sur cette découverte :
https://www.youtube.com/watch?v=UofkVMTCdAc
Si cette découverte se confirmait ce serait une preuve définitive de l’existence
des trous noirs.
On rappelle qu’un TN est caractérisé essentiellement pas sa masse, son spin (lié
à sa rotation) et éventuellement sa charge (généralement nulle comme l’Univers).
Le théorème de la calvitie
(John Wheeler : Black holes have no hair !!) signifie que tout est avalé, il
conserve une forme des plus simples : une sphère lisse en rotation, d'où le fait
qu'il ne peut y avoir de "poils". Mais il est pensable que cette surface se
déforme lorsque le TN absorbe des objets.
La surface vibrerait
alors !
Les TN avec masse et sans rotation sont des TN de Schwarzschild.
Les TN avec masse et en rotation sont des TN de Kerr (correspondent à la plupart
des TN)
POUR ALLER PLUS LOIN :
Les articles scientifiques sont disponibles :
Black hole ringdown: the importance of overtones
Testing the no-hair theorem with GW150914
Fresh analysis of LIGO data supports “no hair” theorem for black holes
Scientists detect tones in the ringing of a newborn black hole for the first
time
Trous noirs et ondes gravitationnelles :
CR conf SAF d’Éric Gourgoulhon du 10 Fev 2016.
Les trous noirs seraient chauves, contrairement à ce que pensait Stephen Hawking
TROUS NOIRS : LA NASA À LA MANŒUVRE !
(04/10/2019)
Ces derniers temps, la NASA fait beaucoup d’efforts pour rendre les Trous Noirs
accessibles au grand public, avec notamment la diffusion
d’une animation réaliste
d’un survol autour d’un TN.
On y voit le survol sous tous les angles avec le disque d’accrétion.
Illustration : NASA’s Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman
La vidéo montrant l’évolution autour du TN sous tous les angles.
Cette nouvelle animation nous montre comment la
forte gravité tord
l’espace aux alentours.
De la matière tombe en permanence sur le TN formant d’abord le disque
d’accrétion lumineux, on remarquera que le côté gauche du disque est un peu plus
brillant que le droit, cela est dû à un effet relativiste, car la partie gauche
vient vers nous à grande vitesse et la partie droite s’en éloigne.
La NASA nous donne aussi à voir en vue de dessus, le TN avec un disque brillant
autour de l’horizon des évènements, c’est le disque de l’anneau de photons
(photon ring), il est généralement situé à 2R du centre si R est le rayon de
l’horizon. Entre les deux on a l’ombre du trou noir.
Si jamais l’envie vous prenait de vous aventurer près d’un trou noir, l’agence
de voyage de la NASA vous le déconseille et vous montre ce qui peut vous arriver
avec cette amusante animation :
Dans l’actualité TN, il y a aussi TESS qui a
capturé l’image
d’une étoile en train de se faire dévorer par un TN.
On peut le voir ici :
https://youtu.be/85tdoDt1Qh0
Une dernière info : 3 trous noirs monstrueux sont en
train de se rencontrer
(à l’échelle astronomique bien sûr).
POUR ALLER PLUS LOIN :
Black Hole Accretion Disk Visualization
par la NASA
Trou noir : La
première vraie « image » d’un trou noir supermassif !
OBJET INTERSTELLAIRE : UN NOUVEAU VISITEUR !
(04/10/2019)
Un nouvel objet interstellaire a pénétré notre Système Solaire, il a été mis en
évidence par un astronome Ukrainien G. Borisov le 30 Août 2019 depuis la Crimée
et a été baptisé provisoirement C/2019 Q4 et depuis quelques jours
définitivement 2I/ Borisov (le I pour interstellaire.
C’est manifestement une comète et provenant de l’extérieur du Système Solaire
car sa vitesse prodigieuse est de plus de 40 km/s.
Elle aurait pris naissance dans un autre système solaire, certains pensent
qu’elle provient d’un système stellaire (Kruger 60) situé à 13 al de nous. Elle
approcherait l’écliptique sous un angle de 40°.
Elle est approximativement à 400 millions de km du Soleil, et atteindra son
périhélie le 8 décembre prochain, elle sera alors à 300 millions de km. Le noyau
est estimé à quelques km.
On se rappelle le
premier objet
découverte en 2017 et nommé officiellement 1I/ Oumuamua par l’UAI.
Elle a été imagée en couleur par l’Observatoire Gemini North du Mauna Kea début
septembre.
Quatre expositions de 60 secondes dans les bandes bleue et rouge ont été
nécessaires.
On voit le dégazage de la comète qui s’approche du Soleil créant ainsi une queue
caractéristique.
Crédit image : Gemini Observatory/NSF/AURA
La matière de cette comète est en cours d’analyse grâce notamment au télescope W
Herschel des Canaries et de son spectrographe, pour le moment on a trouvé comme
molécule du cyanure d’hydrogène (HCN).
Elle a les caractéristiques des comètes de notre Système Solaire comme celles
qui proviennent du nuage de Oort.
Deux objets interstellaires en deux ans, à quand la suite ?
POUR ALLER PLUS LOIN :
Un mystérieux visiteur traverse notre Système solaire
De quoi est faite la comète interstellaire Borisov ? Premiers résultats
par Futura
Pourra-t-on observer la comète Borisov, qui sera peut-être le prochain visiteur
interstellaire ?
par Numerama
Gemini Observatory Captures Multicolor Image of First-ever Interstellar Comet
Could we intercept interstellar comet C/2019 Q4 Borisov?
The Second Interstellar Object Has Been Officially Detected in Our Solar System
Oumuamua and Borisov Are Just the Beginning of an Interstellar Object Bonanza
par Space.com
MARS EXPRESS : MARS DU NORD AU SUD.
(04/10/2019)
Mars
Express continue depuis 2003, sa ronde autour de Mars avec sa superbe caméra
HRSC (High Resolution Stereo Camera) de nos amis Allemands.
Elle vient de nous donner à voir une image peu commune,
une tranche de Mars
du Nord au Sud prise en Juin 2019.
Le Nord est en haut avec ses nuages caractéristiques. Le pôle N est couvert de
glace d’eau et de glace de CO2, ces couches diminuent en été et augmentent en
hiver.
On voit bien la différence entre les deux hémisphères de Mars.
Le N plutôt non cratérisé et donc apparemment plus jeune et le S très cratérisé.
Plus ancien.
On sait que l’hémisphère N est situé plusieurs km plus bas que le Sud, la
séparation entre les deux est le lieu de canyons et de fractures
impressionnants.
On voit sur cette
représentation topographique
la localisation de cette photo.
Deux régions principales sont visibles sur cette photo : Arabia Terra en haut à
gauche et Terra Sabaea vers le centre et à droite.
La région en clair, tout en bas à droite, c’est Hellas Planitia
Crédit : ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO
La dichotomie de Mars est un de ses grands mystères. Il existe plusieurs
explications :
·
Formation pendant le processus de création du manteau martien
·
Un effet d’une précoce tectonique de plaques
·
Un impact géant
·
Ou alors……
EXOMARS :.TGO NOUS FOURNIT DE BELLES IMAGES.
(04/10/2019)
La partie TGO (Trace Gas Orbiter) de la mission Exomars est en orbite depuis
octobre 2016, une période d’au moins un an était prévue pour l’orbite définitive
garce à la méthode d’aérofreinage.
De son orbite, la sonde européenne commence à nous faire parvenir de
surprenantes images.
Les dunes du Pôle N de Mars.
Images prises par la caméra CaSSIS (Colour and Stereo Surface Imaging System) de
la sonde, caméra à très haute résolution.
On
y voit sur cet assemblage des dunes situées au Pôle N de Mars, elles informent
sur la direction des vents.
Pendant l’hiver, un fin dépôt de glace de CO2 recouvre la surface et se sublime
avec les premières chaleurs du printemps.
Quand cela se produit, du gaz est emprisonné entre le sable et la glace. Lorsque
la glace craque, le gaz est relâché violemment en emportant du sable avec lui,
ce qui donne ces taches sombres sur cette image.
On y remarque aussi les barkhanes, ces dunes en forme de U vers la droite de
l’image.
Image prise le 25 Mai 2019. Crédit :
ESA/Roscosmos/CaSSIS, CC BY-SA 3.0 IGO
Un cratère bizarre.
Images prises par la caméra CaSSIS (Colour and Stereo Surface Imaging System) de
la sonde, caméra à très haute résolution.
Un cratère inconnu (il n’a pas encore de nom) photographié par la caméra CaSSIS
de TGO le 3 Juillet 2019.
Cette matière plissée pu ridée (wrinkled en anglais) est généralement le signe
que la matière qui y a coulé, est un mélange de roches, de glace et de gel.
Un autre cratère peut être
vu en anaglyphe, 3D.
Crédits: ESA/Roscosmos/CaSSIS, CC BY-SA 3.0 IGO
Une dernière pour la route :
Les couches du cratère Gale.
Le cratère Gale, le lieu de villégiature du rover Curiosity, fait 150 km de
diamètre.
Il a été récemment imagé par TGO, c’est un cratère qui contient énormément de
couches sédimentaires que l’on voit parfaitement sur cet extrait
Cette zone du cratère serait une zone de transition entre une région à
conditions humides et une zone sèche actuelle.
Les couches exposées sur cette photo ont été proses par CaSSIS et sont
localisées sur la partie Ouest du pic central du cratère (Mont Sharp).
La présence d’eau a été détectée à cet endroit par la sonde américaine MRO avec
son spectro imageur CRISM.
Crédits: ESA/Roscosmos/CaSSIS, CC BY-SA 3.0 IGO
De plus, l’ESA nous propose
un survol du site d’atterrissage,
Oxia Planum, du futur rover Exomars 2020/Rosalind Franklin.
La région visualisée sur cette animation est de 120 km x 19 km. Tout est basé
sur un modèle élaboré par l’Université Technique de Dortmund, baptisé DTM
(Digital Terrain Models) utilisant les photos HR de la sonde MRO (caméra
HiRISE).
POUR ALLER PLUS LOIN :
North polar dunes on Mars
par l’ESA.
Crater fill
par l’ESA.
Layering in Gale Crater
par l’ESA.
Tout sur Exomars
sur ce site.
JUNO : UNE ÉCLIPSE SUR JUPITER !
(04/10/2019)
La sonde américaine JUNO en plus d’effectuer des mesures dans l’environnement
jovien, nous fait parvenir de bien belles photos ; notamment de l’ombre du
satellite Io sur Jupiter comme on le voit sur la photo ci-contre.
C’est une éclipse solaire dans cette zone sombre de l’ombre, ce n’est pas un
trou comme on a pu le voir dans le film 2010 l’année du premier contact quand
Jupiter implose
et se transforme en deuxième soleil.
Cette éclipse s’est produite le 12 sept 2019 et a été mémorisée par la JunoCam
lors du périjove 22. L’ombre fait approx. 3600 km de diamètre.
Juno se trouvait à 7860 km au-dessus des nuages de Jupiter.
On trouve toutes les images de ce
périjove 22 ICI.
Crédit : NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill © CC BY
Kevin Mc Gill est bien connu pour nous proposer très souvent de superbes images
qu’ils traitent personnellement.
Ce genre d’éclipse arrive fréquemment avec Jupiter car elle possède de
nombreuses lunes situées dans le plan équatorial.
Un carrousel d’images
sélectionnées de Jupiter par Juno.
POUR ALLER PLUS LOIN :
Yes, This is Actually the Shadow of Io Passing Across the Surface of Jupiter.
Par Universe Today
À quoi ressemble une éclipse solaire vue de l’espace ? Cette superbe photo de
Jupiter le montre
Une magnifique éclipse de Soleil sur Jupiter épiée par Juno
par Futura Sciences
LIVRE CONSEILLÉ :.LES EXOPLANÈTES PAR FLAVIEN KIEFER CHEZ DE BOECK.
(04/10/2019)
Comment les exoplanètes se sont-elles formées ?
Comment peut-on se les représenter ?
Pourront-elles un jour nous révéler une forme de vie à leur surface ?
Aujourd’hui, grâce aux yeux des plus puissants télescopes, nous savons que les
200 milliards d'étoiles qui constituent notre galaxie sont presque autant de
soleils entourés de planètes. Les mondes extra-terrestres ne sont donc plus une
science-fiction.
Pour autant, comment ces exoplanètes se sont-elles formées ?
Comment peut-on se les représenter ?
Pourront-elles un jour nous révéler une forme de vie à leur surface ?
Star Wars, Dr. Who, Moebius, Azimov… autant d'inspiration artistiques et
scientifiques.
Mais sont-elles bien à l'image de ce que sont réellement les exoplanètes ?
La préface est de notre ami Alain Le Cavelier des Étangs.
Flavien Kiefer est en post-doc à l’Institut d’Astrophysique de Paris.
SOMMAIRE /
1-
Tour d’horizon : des planètes aux exoplanètes
2-
Des planètes dans le système solaire
3-
La boite à outils de l’exoplanétologue
4-
Des exoplanètes comme s’il en pleuvait
5-
Dans la peau d’une exoplanète
6-
Une grande variété de mondes
7-
Mesurer les atmosphères
8-
Des atmosphères variées
9-
La vie sur les exoplanètes
10-Objectif :
Exo Terre habitable
17,90 € bien investis !
LES MAGAZINES CONSEILLÉS :.POUR LA SCIENCE OCTOBRE SUR L’INFINI.
(04/10/2019)
Bien que les mathématiques soient aujourd’hui assises sur des systèmes d’axiomes
bien solides, dans toute théorie axiomatique assez puissante pour englober
l’arithmétique usuelle, on peut formuler des énoncés indécidables, c’est-à-dire
dont la théorie ne peut ni prouver qu’ils sont vrais, ni prouver qu’ils sont
faux.
L’un de ces énoncés indécidables est « l’hypothèse du continu ». Elle stipule
qu’entre l’infini des nombres entiers, et l’infini des nombres réels, il
n’existe pas d’intermédiaire. Or certains mathématiciens refusent d’admettre que
l’hypothèse du continu soit indécidable. Ils cherchent donc à étendre le système
axiomatique à la base des mathématiques de telle façon que cet énoncé, ou sa
négation, puissent être prouvés. Comme Jean-Paul Delahaye l’explique dans ce
numéro , les travaux récents de l’Américain Hugh Woodin sur les grands ensembles
infinis laissent penser que l’objectif est à notre portée. Une nouvelle théorie
de la hiérarchie des infinis s’imposerait alors.
Également dans ce numéro : cannibalisme chez les bactéries, des tests sans
faille de l'intrication quantique et des naturalistes sur les traces de la neige
rouge.
Édito Maurice Mashaal
Les vérités mathématiques ne sont pas toutes immuables
On peut aimer les mathématiques pour des raisons diverses : pour leur côté
ludique, pour leur utilité dans les sciences et la technologie, pour la rigueur
des raisonnements, pour la beauté des démonstrations… Beaucoup les aiment pour
une caractéristique fort rassurante dans un monde si instable : la permanence
des théorèmes et autres résultats produits par cette discipline. Contrairement
aux autres sciences comme la physique, où une théorie peut être remplacée par
une autre, plus fidèle à la réalité et fondée sur des concepts très différents,
les mathématiques apportent en effet des vérités éternelles, comme : « Il existe
une infinité de nombres premiers » ou : « La relation de Pythagore s’applique à
tout triangle rectangle ».
Il convient cependant de nuancer. Bien que les mathématiques soient aujourd’hui
assises sur des systèmes d’axiomes bien solides, les logiciens ont démontré que
dans toute théorie axiomatique assez puissante pour englober l’arithmétique
usuelle, on peut formuler des énoncés indécidables, c’est-à-dire dont la théorie
ne peut ni prouver qu’ils sont vrais, ni prouver qu’ils sont faux.
Ces énoncés indécidables ne sont généralement pas gênants, mais l’une des
exceptions est « l’hypothèse du continu ». Elle stipule qu’entre l’infini le
plus petit, celui des nombres entiers, et l’infini des nombres réels, il
n’existe pas d’intermédiaire. Or certains mathématiciens refusent d’admettre que
l’hypothèse du continu soit indécidable. Ils cherchent donc à étendre le système
axiomatique à la base des mathématiques de telle façon que cet énoncé, ou sa
négation, puissent être prouvés. Comme Jean-Paul Delahaye l’explique dans ce
numéro , les travaux récents de l’Américain Hugh Woodin sur les grands ensembles
infinis laissent penser que l’objectif est à notre portée. S’il est atteint,
l’hypothèse du continu deviendra vraie… tandis que son indécidabilité deviendra
fausse. Peut-être plus important encore, une nouvelle théorie de la hiérarchie
des infinis s’imposera.
Mathématiques Jean Paul Delahaye
En finir avec l’hypothèse du continu
Le concept d’infini a de tout temps été une source d’importantes difficultés.
Philosophes et théologiens ont eu à son propos d’interminables et assez stériles
discussions, et les mathématiciens eux-mêmes n’ont commencé à manier l’infini de
façon précise et satisfaisante qu’à partir du XIXe siècle. Notamment, on avait
conscience de rencontrer en mathématiques différents types d’infini, mais on ne
savait pas comment les caractériser ni les comparer.
On faisait face à ce qui semblait être des absurdités. Par exemple, en
multipliant par 2 chaque nombre entier, on établit une correspondance « biunivoque »
entre les entiers et les nombres pairs :
1 ↔ 2,
2 ↔ 4,
3 ↔ 6,
4 ↔ 8,
5 ↔ 10,
etc. De cette façon,
à
tout entier n correspond un unique entier pair p = 2n ;
inversement, à tout entier pair p correspond un unique entier (pair ou impair) n = p/2.
Cette correspondance biunivoque suggère
qu’il
y a autant d’entiers
pairs que d’entiers
pairs et impairs réunis,
lesquels paraissent pourtant deux fois plus nombreux que les seuls entiers pairs !
Dans les années 1870, le mathématicien allemand Georg Cantor a proposé
d’utiliser cette propriété de correspondance biunivoque, ou bijection, pour
comparer entre eux des ensembles constitués d’une infinité d’éléments. Cela ne
conduit directement à aucune contradiction ;
d’ailleurs,
on peut définir
un ensemble infini comme
étant
un ensemble qui est en bijection avec une partie (au sens strict) de lui-même
–
définition
dont on vérifie
facilement le bien-fondé
sur notre exemple des entiers et des entiers pairs.
Partant de là, Cantor a pu construire une théorie des ensembles qui constitue
une théorie mathématique de l’infini et qui est aujourd’hui le socle sur lequel
se développent toutes les mathématiques. L’axiomatisation de la théorie des
ensembles a fait surgir quelques difficultés, mais celles-ci ont pour
l’essentiel fini par être résolues :
on dispose, depuis le début
du XXe siècle,
d’un
système
d’axiomes
qui n’a
fait apparaître
jusqu’ici
aucune contradiction dans les travaux des mathématiciens.
Cette théorie axiomatique des ensembles est juste un peu faible en ce sens
qu’elle laisse définitivement sans réponse certaines questions élémentaires
comme celle dite de « l’hypothèse
du continu »,
que l’on
explicitera plus loin. Améliorer
la théorie pour qu’elle réponde mieux à ces questions, tel est l’objectif de
ceux qui mènent aujourd’hui des recherches dans le domaine de la théorie des
ensembles.
Répondre à des questions qui étaient a priori sans réponse
Or des résultats très intéressants ont été obtenus dans cette direction au cours
de la dernière décennie, et l’un des principaux protagonistes de cette histoire
est Hugh Woodin. Ce mathématicien travaillant aujourd’hui à l’université
Harvard, aux États-Unis, a la profonde conviction que l’énigme de l’hypothèse du
continu dispose d’une solution, c’est-à-dire que soit cette hypothèse est vraie,
soit elle est fausse :
elle ne devrait pas
être
« indécidable ».
Cela l’a
conduit
à
proposer et
à
faire avancer deux programmes de recherche opposés.
Le premier devait établir que l’hypothèse du continu est fausse. Il y a quinze
ans, Hugh Woodin croyait possible son aboutissement. Mais il a changé d’avis et
lancé un second programme de recherche qui porte sur ce qu’on dénomme le « L
ultime »
et qui, selon lui, conduira à une solution satisfaisante et définitive des
principales énigmes posées par l’infini – notamment à la preuve que l’hypothèse
du continu est vraie.
C’est cette voie vers le L ultime que je vais tenter d’expliquer dans ses
grandes lignes. Revenons un peu en arrière pour comprendre les termes du
problème.
Découverte par Cantor et publiée en 1891, la vérité la plus simple concernant
l’infini mathématique est qu’il en existe plusieurs sortes. De façon plus
générale, le
théorème
de Cantor indique qu’à chaque fois que l’on considère un ensemble infini E,
l’ensemble de ses parties (ou sous-ensembles), noté
℘(E),
est d’une
taille infinie strictement supérieure
à
celle de E. Cela signifie que
℘(E)
ne peut pas
être
mis en correspondance biunivoque, ou bijection, avec E.
Ainsi, l’ensemble des entiers naturels
ℕ = {0,
1, 2, 3, ..., n, ...} est strictement plus petit que l’ensemble
℘(ℕ)
de ses parties, qui comprend par exemple
ℕ
lui-même,
l’ensemble
des nombres pairs, l’ensemble
des nombres premiers, l’ensemble des puissances de 2, etc. Il y a dans
℘(ℕ)
trop d’éléments
pour qu’on
puisse les mettre en bijection avec ceux de
ℕ.
Et en répétant l’opération, c’est-à-dire en considérant la suite
ℕ,
℘(ℕ),
℘(℘(ℕ)),
℘(℘(℘(ℕ))),
etc., on dispose, grâce au théorème de Cantor, d’une infinité d’ensembles
infinis différents et de plus en plus grands.
Suite dans le magazine
Physique : Ronald Hanson et Krister Shalm
Des tests sans faille de l’intrication quantique
Certaines révolutions débutent très discrètement. Ce fut le cas de celle entamée
en 1964, lorsque le physicien britannique John Bell, alors au CERN, expliqua
comment répondre à une question philosophique profonde qui avait beaucoup
préoccupé les fondateurs de la physique quantique. Il s’agissait de savoir si
des particules séparées par de grandes distances conservent un lien tel que des
mesures effectuées sur l’une influent instantanément sur l’autre. En physique
classique, une telle influence est impossible, car aucun signal ne peut se
propager plus vite que la lumière. Mais dans le cadre de la théorie quantique,
cela semble être le cas. Grâce aux inégalités mathématiques qu’il a trouvées,
Bell a ouvert la possibilité de sonder la nature de ce lien.
Cinquante ans plus tard, les idées de Bell ont profondément changé notre vision
de la théorie quantique. Et les physiciens se sont inspirés du test de Bell pour
inventer de nouvelles technologies. Pourtant, ce n’est qu’en 2015 que les
scientifiques ont réussi à vérifier les prédictions du théorème de Bell de la
façon la plus complète qui soit. Ces expériences marquent la fin d’une longue
quête et le début d’une nouvelle ère dans le développement d’applications
quantiques.
Pour comprendre ce que Bell a fait, nous devons revenir aux racines de la
physique quantique. Les règles de cette théorie décrivent le comportement de la
lumière et de la matière aux plus petites échelles. Les atomes, les électrons,
les photons et les autres particules subatomiques ont un comportement différent
des objets macroscopiques du quotidien. L’une des principales différences est
que ces particules existent dans des états marqués du sceau de l’incertitude.
Prenez par exemple le spin (moment cinétique intrinsèque) d’un électron, une
propriété purement quantique. Si un électron dont le spin est orienté
horizontalement traverse un champ magnétique orienté verticalement, le spin
basculera vers le haut avec une probabilité de 50 %, et vers le bas avec une
probabilité de 50 %, le résultat étant vraiment aléatoire par nature.
Comparez cela à une pièce que l’on tire à pile ou face. Nous sommes tentés de
penser que le lancer de pièce est aussi aléatoire, mais si nous connaissions
précisément la masse de la pièce, la force employée pour la lancer, les détails
des courants d’air qui l’atteignent, etc., nous pourrions prédire comment la
pièce va retomber. Le caractère aléatoire provient dans ce cas d’un manque
d’information sur le système.
Bonne lecture à tous.
C’est tout pour aujourd’hui !!
Bon ciel à tous !
JEAN-PIERRE MARTIN
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