Mise à jour le 28 Mars 2006

 

 

CONFÉRENCE de Jean Marc BONNET-BIDAUD

Astrophysicien du CEA-DAPNIA
" A LA RECHERCHE DE LA LUMIÈRE INVISIBLE
  "

cycle Cyclope CEA Saclay,

 

Le mardi 21 Mars 2006 à 21H00 à l'INSTN

 

Photos : pas de photos malheureusement

Textes de Laurence Guidicelli , merci à elle en mon absence.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Voici le texte de présentation de cette conférence :

Nos yeux ne sont adaptés qu’à la lumière solaire qui filtre à travers l’atmosphère terrestre. Cette lumière que nous appelons « visible » n’est qu’une infime partie de toutes les lumières possibles.

Pour accéder aux lumières invisibles à nos yeux, rayons X, rayons gamma, lumière infrarouge, les astrophysiciens ont dû non seulement inventer des instruments totalement nouveaux mais aussi les propulser au-dessus de l’atmosphère à l’aide de ballons, des fusées, des

satellites.

Le premier rayon X d’origine cosmique était enregistré par les équipes du CEA, le 21 mai 1965. Depuis, quarante ans d’aventures spatiales et de découvertes ont révélé une multitude de phénomènes inattendus : trous noirs, explosions d’étoiles, collisions de galaxies

 

Des premiers balbutiements jusqu’aux énormes observatoires spatiaux exploités aujourd’hui par les astrophysiciens du CEA, le déchiffrage de la face cachée du cosmos a ainsi totalement bouleversé notre vision de l’Univers

 

 

 

 

BREF COMPTE RENDU

 

 

LE PASSÉ

 

L’humain s’est intéressé à l’astronomie depuis très longtemps. Et cela était un besoin (déterminant en agriculture par exemple).

En avril 2005, on a découvert en Chine un observatoire astronomique datant de – 2100. (photo du site, les traces au sol des constructions)

 

Les premières cartes d’étoiles :

La plus ancienne retrouvée : en Chine, dans une oasis du désert de Gobi (conservée dans les murs d’un monastère), date de 740.

 

Les premiers observatoires monumentaux construits : an 1278, 10 m de haut (Chine) ; 1274, 18 m de haut (Iran).

 

L’Europe arrive beaucoup plus tard :

Tycho Brahé, en 1575, au Danemark, est le premier à imaginer construire de grands instruments.

Puis, un grand bon avec Galilée, et la lunette (inventée par des marins Hollandais, sans doute).

Avec les observations qu’il fait en 1610, il comprend beaucoup de choses (satellites de Jupiter, cratères de la Lune, phases de Vénus …)

1670 : Hévélius, en Pologne

1893 : Meudon (3ème lunette du monde, 60 et 80 cm)

1917 : Mont Wilson (2,5 m)

1948 : Mont Palomar (5m)

On fait des plaques photographiques, inventaire moderne du Cosmos.

2001 : Caméra « Mégacam » au CFHT : la plus grande caméra au monde (340.106 pixels, couvre sur le ciel 1° carré –soit 4 fois la surface du Soleil-, livraison directe des images).

 

 

L'ÉPOQUE MODERNE

 

 

Il n’a pas échappé aux physiciens, aux astronomes, qu’il pouvait y avoir autre chose au delà des couleurs que l’on voit de la lumière quand on la décompose :

IR mis en évidence par Herschel en 1800,

UV mis en évidence par Ritter et Wollaston en 1810

 

 

La révolution du XXème siècle :

Maxwell (1864) : la lumière n’est qu’un cas particulier du phénomène général des ondes électromagnétiques

1895 : rayons X découverts par Roengten

1896 : découverte de la radioactivité naturelle par henri Becquerel

1898 : rayonnements α et β, par P. et M. Curie

1900 : rayonnements γ (nommés ainsi car plus puissants, et à la suite, des rayonnements α et β) découverts par Paul Villard (ENS Paris).

 

 

 

LA NATURE DE LA LUMIÈRE :

 

un rayonnement = une énergie, une longueur d’onde.

La lumière visible couvre moins de 2% du spectre électromagnétique (l’œil humain est un produit de l’évolution, il est adapté à la Terre, au rayonnement qui provient du Soleil et qui traverse l’atmosphère).

 

La diversité des rayonnements : une autre vision de l’Univers :

quand on regarde en :

- radio, IR : on voit l’Univers froid,

- visible : étoiles et galaxies,

- X, γ : Univers violent ; phénomènes que l’on ne connaissait pas, que l’on ne pouvait pas imaginer.

 

A part les rayonnements visibles, radio, millimétriques, et une partie des IR, les autres sont arrêtés par l’atmosphère terrestre (qui nous protège des rayonnements violents). C’est pour cela que l’on ne les a découverts que récemment.

Il faut donc aller au delà de l’atmosphère.

 

27 janvier 1959 = le premier observatoire spatial au CEA (missile  « Daniel », qui comporte 3 compteurs Geiger-Muller) : le rayonnement « radioactif » de l’atmosphère est mesuré. Mesure de la radioactivité dans la haute atmosphère (on a fait ces mesures pour connaître la radioactivité résiduaires suite aux essais d’armes nucléaires qui y sont faits).

 

1962 : découvertes des premiers rayons X dus à des sources stellaires.

 

21 mai 1965 : premier rayon X cosmique au CEA

 

1967 : découverte des pulsars en rayonnement radio.

23 décembre 1968, Kourou : les premières fusées « Véronique » (détecteurs de rayons X).

Découverte au CEA du rayonnement γ des pulsars (1969, Gap).

Les pulsars sont des étoiles très denses (10 km de rayon, masse du Soleil), en rotation rapide ; luminosité 10exp5 Soleil (en 1 jour équivaut au rayonnement du Soleil pendant 300 ans).

Sont des étoiles presque « invisibles » en rayons X et γ.

Sont les témoins des explosions de SN, les sources d’éléments chimiques.

 

Étoiles de :

* plus de 10 Mo (Masses solaires) : évolution en trous noirs

* 5-10 Mo : étoiles à neutrons

* 1-5 Mo : naines blanches

Les étoiles « mortes » sont en général « invisibles » (10% de la Galaxie).

 (vues de photos du pulsar du Crabe, nébuleuse du Crabe, à différentes λ) : en X et γ c’est le pulsar au centre qui est visible > on a besoin de pouvoir observer à toutes les λ pour pouvoir comprendre les phénomènes.

 

1972 : première chambre à étincelle dans l’espace (avec caméra Vidicon = caméra télé de l’époque, qui a la capacité de transformer une trace de photon γ en signal électrique).

L’expérience a bien fonctionné, mais le bas de l’instrument n’étant pas protégé, le signal a été noyé dans le bruit de fond > ceci a servi de leçon pour la suite.

 

1975 : COS-B = premier satellite scientifique au CEA > la première carte en rayons γ de la Galaxie (7 ans pour obtenir cette carte).

Mais il y avait une faible précision sur l’origine du rayonnement γ.

> 1989 : le télescope Sigma.

 

Le centre galactique observé par Sigma (à 50 keV) :

l’énigme du trou noir silencieux (3.10exp6 Mo). On s’attendait à observer un fort rayonnement γ. Or ce n’est pas le cas.

 

La présence du trou noir est confirmée par des observations (en IR) du mouvement des étoiles autour du centre.

 

 

 

LES GRANDS OBSERVATOIRES SPATIAUX :

 

- XMM (1999) : rayons X focalisés par 58 miroirs emboîtés, par une réflexion rasante du rayons (X mous)

- Integral (2001) : (autre méthode). R X haute énergie.

 

On ne détecte toujours pas de source importante de rayons X mous ou durs (environ γ).

On ne comprend toujours pas bien ; ce trou noir devrait rayonner.

 

En rayons X ou γ , il y a des sources qui apparaissent ou s’éteignent tous les jours : le ciel en X et γ n’a rien à voir avec le ciel que l’on connaît en visible.

 

Projet Simbol X : 2010 = vol de satellites en formation (2 satellites : miroir + détecteur, positionnés à 30 m de distance, recueillent des images haute résolution en X).

 

L’infra rouge :

Cela a été plus compliqué que ce qu’on pensait, car on n’avait pas les bons détecteurs.

1995 : le premier vrai satellite imageur en IR : ISO (Infra red  Space Observatory).

(il faut refroidir pour observer, car sources parasites de lumière IR : télescope, instruments, atmosphère …)

> le satellite ISO et son télescope de 60 cm de diamètre, et … : sont refroidis à – 270°C.

Voir la naissance des étoiles (vue de la nébuleuse de la tête de cheval, dans la constellation d’Orion).

(en Rγ et X, on voit les morts d’étoiles ; en IR, on voit les naissances).

 

Et en IR on ne voit toujours rien au centre de la Galaxie !

 

2004 : VISIR  = VLT Imager and Spectrometer for the Infra Red

 

2007 : le satellite Herschel (gros instrument satellisé) : IR lointain et submillimétrique (60-670 µm) (refroidi et porté à seulement 300 millidegrés au dessus du zéro absolu, avec He liquide).

(télescope de 3,5 m, soit 3 fois Hubble)

 

L’enjeu cosmologique : l’Univers du passé est dans l’IR, et n’est que dans l’IR (décalage vers le rouge du à l’expansion).

Premières étoiles ? premières galaxies ?

La lumière émise par les premières galaxies, même si elle est dans le visible, nous apparaît en IR.

 

L’enjeu réel de l’IR est de nous faire découvrir des objets de plus en plus lointains, mais aussi de déterminer à quel moment ils se sont formés.

 

JWST : successeur du télescope spatial Hubble (2012) = James Web Space Telecope : 6,5 m de diamètre et écran thermique.

Instrument (MIRIM) pour l’IR moyen (5-27 µm).

Sera placé au point de Lagrange L2.

 

 

LA CONFÉRENCE DE JM BONNET-BIDAUD EST MISE SUR INTERNET À L'ADRESSE SUIVANTE :
http://www-dapnia.cea.fr/Phys/Sap/Infos/Public/CYCLOPE/page_cyclope.shtml

 

 

 

 

Bon ciel à tous

 

Merci à Laurence pour son travail.

 

Jean Pierre Martin 

www.planetastronomy.com