Scintillations numéro spécial pour l'année mondiale ... - CEA Saclay

IrfuDirection des ScienceS de la MatiÈreInstitut de recherche sur les lois fondamentales de l’Universn° 79SScintillationNuméro spécial pour l'année mondiale de l'astronomie Juin 2009apparencesbouleverséesApparence de la raisonQuatre siècles, p. 2les yeux dans les cieuxApparence du savoirL’œil imparfait p. 4Apparence de l'harmonieMessagers des étoiles p. 6Apparence de l’éternitéÉtoile mère p. 8A p pa r e n c e d u r é e lL’essentiel invisible p. 10Apparence du perpétuelL’espace et le temps p. 12Apparence de la solitudeExtra-Terra est p. 14D'apparences en apparences p. 16

Quatre siècles, les yScintillations© CNRS Phototèque/Insu/Observatoire de Haute Provence-Alexandre SanterneIl y a quatre cents ans,Galilée déclenchait un séismeintellectuel dont les répliques sefont encore sentir aujourd’hui. Enpointant vers le ciel une lunette desa fabrication, il souleva un coin du voile,commençant à déjouer les apparences célestes.Galilée publie ses observations dans un livre intituléSidereus Nuncius (Messager du ciel). Il y relate quequatre corps tournent autour de la planète Jupiter,décrit une surface lunaire déformée par desmontagnes et une Voie lactée composée de milliersd’étoiles si proches les unes des autres que l’œil nune les sépare pas. En totale contradiction avec lapensée d’Aristote, Galilée affirme que la Terre n’estpas le centre unique autour duquel tourne le Soleil,la Lune et les planètes, que la Lune est « terreuse »,signifiant par là que Lune et Terre ont quelques propriétéscommunes, et que les étoiles sont sans aucun doutebeaucoup plus nombreuses que celles que nos yeuxperçoivent.Les conclusions de Galilée sont lourdes de conséquences.La découverte des satellites de Jupiter fait vaciller lesystème géocentrique envogue depuis vingt siècles,construit sur l’impressionque nous avons d’êtrele centre de rotation desastres. La nature de la Lune,similaire à celle de la Terre,ne reflèterait-elle pas uneidentité des lois terrestreset des lois célestes ? Maisalors, la connaissance deslois terrestres donne accèsà la compréhension desphénomènes célestes : cequi est ici est comme cequi est là-bas. L’équationTerre = Ciel est fondatricede l’astrophysique quianalyse les observationsdu ciel à l’aune de laphysique étudiée et validéeen laboratoire. Enfin, s’ilexiste des étoiles invisible© VLT (ESO)Le télescope 3 du Very Large Telescope (VLT) accueilleVisir (VLT imager and spectrometer for the infrared),un imageur développé à l'Irfu. Au premier plan,Sylvain Chaty que vous retrouverez un peu plus loindans ce numéro.à l’œil nu, c’est peut-êtreparce qu’elles ne sont pastoutes à la même distance,certaines pouvant mêmeêtre à des distances défiantl’imagination. L’Universserait-il donc infini ? Ilne fait aucun doute queles premières observations de Galilée à la lunette ontprofondément changé nos représentations du mondeet ouvert la voie à l’affirmation d’une science modernefondée sur la raison.Depuis Galilée les instruments astronomiques ontbien progressé. Aujourd’hui une douzaine detélescopes ont un diamètre qui dépasse les huitmètres (contre quelques centimètres pour la lunettede Galilée !). Ces nouveaux télescopes se distinguentaussi par l’emploi de techniques innovantes qui ontconsidérablement amélioré la qualité des images :l’optique active (déformation de la surface dumiroir en temps réel) et l’optique adaptative(correction des altérations de l’image dues àl’atmosphère) sont monnaie courante. Deplus, les astrophysiciens se sont dotésd’instruments capables de capter lesrayonnements situés en dehors duLunette de Galiléespectre visible, notamment eninfrarouge, en ultraviolet, enradio, en rayons X ou gamma. L’exploitation deces lumières invisibles à nos yeux a révélé les astressous un jour nouveau. Cette capacité à observer le cieldans toutes leslongueurs d’ondedoit aussi beaucoupà la mise en orbited’observatoiresspatiaux pours’affranchir desperturbations del ' a t m o s p h è r e .Aujourd’hui, tousles domaines delongueurs d’ondesont exploités enpermanence etcorrélés entre euxafin de mieux cernerles mécanismesphysiques mis enjeu dans les objetsobservés.Ces instrumentsont aussi permisde refonder nosreprésentationsdu monde. Ainsi,l’astrophysique duXX e siècle a montréq u e l ’ U n i v e r sa une histoire :c o n t r a i r e m e n taux apparences, iln’est ni statique niimmuable.La galaxie du Sombrerodans la constellationde la Vierge,vue en différenteslongueurs d’onde :infrarouge (haut),visible (milieu),rayons X (bas).© Spitzer (Nasa)© Hubble (Nasa)© Chandra (Nasa)2

ScintillationsL'œil imparfaitPar Christian GouiffèsL’utilisation d’un petit télescope il a y quatre cents ans a bouleversé notre visionpermettre de déjouer les apparences du ciel et d’approcher le réel. L’acuité du regde Jupiter avec une lunette jusqu’à la détermination de la composition chimiqueLa lune Europa de Jupitervue par la sonde spatialeGalileo. Ce satellite cachepeut-être un océan.© Galileo project-JPL-NasaLes progrès effectués dans la maîtrise dela fabrication des lentilles et miroirs sontprécurseurs des avancées dans l’observationdu ciel. Galilée, Kepler, Newton, Herschel,pour ne citer qu’eux, sont les premiers acteursde cette aventure visant à restituer le plusfidèlement possible les images de l’Univers visible.La résolution angulaire d’un télescope, faculté àdistinguer deux objets proches dans le ciel, estinversement proportionnelle à son ouverture.Pour un télescope, cela conduit à construire desmiroirs primaires de plus en plus grands. Ausol, l’atmosphère terrestre est une intrusequi vient perturber les images commeen témoigne le scintillement des étoiles.Pour éviter ce brouillage, la premièresolution consiste à placer le télescopedans un site présentant les conditionsles plus propices pour l’observation,où la qualité d’image sera la meilleure.Les grands observatoires terrestres sontainsi placés dans des endroits secs et enaltitude. Une autre solution pour éviterles turbulences causées par l’atmosphèreest bien sûr de s’en affranchir. Le célèbretélescope spatial Hubble, doté d’un miroirprimaire de 2,4 mètres de diamètre, a marquéune étape depuis son lancement en 1990, etchacun a pu admirer la beauté de ses clichés. Larésolution obtenue a été soudainement amélioréed’un facteur dix, révélant de façon saisissante lesdétails de planètes du système solaire, de régions deformation d’étoiles ou encore le cœur de galaxieslointaines. Envoyer des télescopes encore plus grandsdans l’espace n’est pas une mince affaire. Il faudraattendre 2014 pour que son successeur, le JamesWebb Space Telescope (JWST) déploit son miroirde 6,4 mètres, constitué de 18 pétales, et livre sespremières images.au sol, ont permis des progrès remarquables. Onpeut aujourd’hui distinguer des détails de moins de50 mètres sur la surface lunaire ou encore déterminerde façon très précise la trajectoire des étoiles autourdu trou noir géant situé au centre de notre galaxie, laVoie lactée, outil qui a permis de mesurer la masse dece trou noir !Obtenir des images aussi précises quecelles du télescope XMM-Newton mais dansle domaine couvert par le satellite Integralconstitue un enjeu scientifique majeur. Dansce cas, la focalisation des photons requiertune distance de plusieurs dizaines demètres. La solution consiste à associer deuxsatellites distincts mais volant en formation,l'un abritant le miroir, l'autre le module dedétection doté d'une caméra de grandeprécision. Cette combinaison permet alorsd'obtenir des images d'une finesse inégalée.La pertinence de ce principe a été validée parle projet Simbol-X, malheureusement arrêtérécemment pour des raisons budgétaires.Impatients, les astronomes ont imaginé des moyenspour pallier les brouillages des images causéespar la turbulence atmosphérique. Ces techniquesappliquées avec succès sur des télescopes géantsOptique active, optique adaptativeUn autre moyen d’affiner notre regard et d’accéderà des images encore plus précises est l’emploi dela technique dite« interférométrique »Afin de corriger les distorsions des images causées par la turbulence atmosphérique,les astronomes utilisent deux types de technique. La première consiste àappliquer en temps réel au miroir primaire du télescope de petites déformationscompensant les distorsions grâce à un ensemble de vérins, c’est l’optique active.La seconde, dite optique adaptative, utilise une partie de la lumière de l’astreobservé ou celle d’une étoile proche pour analyser la perturbation due àl’atmosphère. Dans certains cas, s'il n'y a pas d’étoiles de référence près de l’objetcéleste étudié, une étoile artificielle peut même être créée par un puissant laser.Les altérations sont alors très précisément compensées ce qui permet d'atteindre larésolution théorique du télescope.q u i c o n s i s t e àcombiner les lumièrescaptées par plusieurst é l e s c o p e s . L arésolution de l'imagereconstituée équivautà celle d’un miroirgéant de diamètreégal à la plus granded i s t a n c e s é p a r a n tl e s t é l e s c o p e s .C e t t e t e c h n i q u e ,extrêmement délicate4© Le ciel profond vu par Mégacam-Terapix (CFHT).

du monde. L’œil, instrument imparfait, se voyait doté d’un complément qui allait luiard n’a pas cessé de s’améliorer en quatre siècles, depuis la découverte de satellitesde l’atmosphère de planètes lointaines avec les télescopes du futur.à mettre en œuvre en lumièrevisible mais utilisée avec succèspar les radiotélescopes depuisplusieurs décennies, permetd’atteindre une résolutionspatiale de quelques millièmesde seconde d’arc. Ce nouveaufacteur gagné en acuité a permisrécemment de discerner le nuagede gaz moléculaire entourant uneétoile. Dans un futur proche, lesscientifiques comptent disposerd’une myriade de télescopes, ausol ou dans l’espace, pour étudierl’atmosphère de planètes jumellesde la Terre et en cartographier lasurface.Si l’observation du ciel dansce qui nous est le plus familier,la lumière visible, a beaucoupprogressé au cours des dernierss i è c l e s e t p e u t - ê t r e p l u s© VLT (ESO)encore dans les deux dernières décennies, elle connaîtégalement une profonde mutation dans d’autresdomaines de longueurs d’onde. L’astronomie gammaen est certainement un des plus beaux exemples. Cettelumière, impossible à focaliser jusqu’à présent, a souffertpendant longtemps d’une relative myopie. Ce défautde vision est maintenant corrigé par la technique dite« du masque codé », instrument « galiléen » de la fin duXX e siècle, qui permet de réaliser de véritables imagesdu ciel gamma. Employée avec succès par le satelliteIntegral, cette technique a permis de comprendrel’émission apparemment diffuse répartie le long duplan de la Galaxie. Le brouillard apparent n’était qu’unleurre et s’est dissipé en faisant apparaître un ensemblede sources isolées : trous noirs, étoiles à neutrons etautres astres extrêmes. Cette technique du masquecodé sera également utilisée dans le cadre de la missionsino-française SVOM (Space based multi-band VariableObject Monitor) pour étudier les sursauts gamma.Regarder l'Univers nousdonne la vertigineuse illusiond'accéder au savoir.La volonté des scientifiquesde déjouer cette apparences'appuie désormais sur desprojets dans tous les domainesde longueurs d'onde, desrayons X de haute énergieaux réseaux de télescopesau sol capables de détecterdes traces fugaces laisséespar les particules relativistesheurtant l'atmosphère.Dans le prolongement dela démarche de Galilée, nosfuturs instruments décuplerontl'acuité de notre regard,transformant ce qui nousapparaît aujourd'hui commeune réalité en une sommede nouvelles intérrogations,étapes indispensables à une meilleure compréhension del'Univers.L'étoile T Leporis, située à 500 années-lumière, observéepar le Very Large Telescope Interferometer (Chili), aexpulsé une partie de son enveloppe. La finesse uniquede ce cliché permet de distinguer clairement le disquede l'étoile de la fine coquille de gaz moléculaire quil'entoure.Christian Gouiffès, astrophysicien au SAp, spécialiste desobjets compacts de la Galaxie.apparencedu savoirLa caméra MégacamPlacée au sommet du Mauna Kea, sur l’ile de Hawaï,la caméra Mégacam équipe le foyer primaire dutélescope de 3,6 m de diamètre du Canada-FranceHawaï telescope (CFHT). Cet œil photographiquegéant possède 375 millions de pixels, permettanten une seule prise de vue d’observer une régiondu ciel équivalente à quatre fois la pleine lune, etceci tout en conservant une très grande finessed’image. En zoomant sur une image de Mégacam,l’œil curieux découvre, sur ce qui apparaissaitcomme un fond noir parsemé de quelquespoints brillants, des galaxies de toutes formeset de toutes couleurs, arabesques de l’espace.n° 79 juin 20095

ScintillationsMessagers des étoilespar Sylvain ChatyLes hommes du XIX e siècle voyaient à peu près le même ciel que les hommes préhistomême les étoiles les plus massives, celles qui ont la durée de vie la plus courte, vivenune éternité pour l’humanité.La Voie lactée à l'observatoire du Mauna Kea (CFHT) © Wally Pacholka (Twan)Notre ciel n’a pas changé, ni en un siècle ni en quelques millénaires, maisnotre regard, lui, a considérablement évolué. D’une vision statique, bornéeà notre œil, nous sommes passés à une vision dynamique, obtenue grâce àune armada de télescopes et de satellites observant l’Univers sous différentesCarte du ciel en longueurs d’onde et exploitant la multitude des messagers stellaires. Derrière l’apparenteharmonie du ciel, nous dé-rayons gamma,messagers des sourcescouvrons la violence des phénomènescosmiques et leurles plus énergétiquesde l’Univers. Surcomplexité. Bien au-delàcette carte obtenuegrâce au Large Areade la seule améliorationTelescope (LAT), instrumentplacé à bordnouveaux regards boule-de la vision du ciel, cesdu satellite Fermi, uneversent notre compréhensionde l’Univers.multitude de sourcesont été découvertes audessus d’une émissiondiffuse répartie le longPrenons l’exemple de la Voie lactée, lede la Voie lactée. disque de notre galaxie vue par la tranche. Elle forme une bande laiteuse traversantLe satellite Fermi le ciel de part et d’autre. Elle était vue de la même façon depuis la nuit des temps,a été lancé le une traînée blanchâtre générant les légendes : un chemin vers le ciel, un puissant jet11 juin 2008. de lait… Hiver 1609 : Galileo Galilei pointe sa lunette hollandaise sur une région dela Voie lactée. Il révolutionne notre connaissance en montrant qu’elle est composéed’une multitude d’étoiles, indiscernables à l’œil nu. Malgré cette avancée majeure,Galilée ne voyait rien de plus que la lumière visible émise par la Voie lactée. Il a falluattendre le XX e siècle pour découvrir ses différents aspects, vus dans différenteslongueurs d’onde : radio, infrarouge puis ultraviolet, et enfin dans les hautes énergies(rayons X et gamma).© Fermi (Nasa)La Voiesous toutes sRayonnementradioMicro-ondesInfrarougeLumière visibleUltravioletRayons XRayons gamma6Petites fréquencesgrandes longueurs d'ondeGrandes fréquencespetites longueurs d'ondeLe rayonnement infrarougeest découvert de manièrefortuite en 1800 par SirWilliam Herschel : pour lapremière fois, il apporte lapreuve de l’existence d’unelumière invisible à nos yeux.Ce n’est qu’au début desannées soixante que la Voielactée est observée à sesfréquences. Plusieurs sourcesbrillantes sont découvertesprès du plan de la Galaxie,témoignant de la présencede nuages de poussières.L’existence des ondes électromagnétiquesest prédite© Virgo-INFNDes ondes dites gravitationnelles sont attendues suite aux déplacementsde corps célestes massifs. Plusieurs collaborations internationalesvont tenter de les mesurer comme le projet Virgo, encours d’installation en Italie (ci-dessus).par Maxwell en 1865, et confirmée expérimentalement par Hertz en 1888. L’utilisationdes ondes radio se développe pour la localisation d’objets et la communicationpendant la deuxième guerre mondiale. Après la guerre, la Voie lactée est explorée enondes radio, permettant de distinguer la présence de gaz, principalement l’hydrogèneatomique et moléculaire.Les rayons X sont découverts par Röntgen à la fin du XIX e siècle, découverte qui donneralieu au premier prix Nobel de physique, en 1901. A la fin des années soixante, la Voielactée est observée en rayons X. Elle semble complètement différente. Sont visibles unensemble de sources ponctuelles, principalement des cadavres stellaires attirant la matièred’étoiles se trouvant à proximité : naines blanches, étoiles à neutrons, trous noirs… Aplus haute énergie, ce sont les pulsars, des étoiles à neutrons fortement magnétisées enrotation rapide, qui apparaissent, ainsi que les noyaux actifs de galaxie.Ces observations conjointes permettent de révéler les secrets de notre galaxie, commeOndes radio 408 MHzHydrogène atomique 21 cmOndes radio 2,4-2,7 GHzHydrogène moléculaire 115 GHzInfrarouge 12, 60, 100 mm

iques. Il nous semble bien différent aujourd’hui. Notre ciel a-t-il changé ? Certe non,t quelques dizaines de millions d’années ; un clin d’œil dans la vie de l’Univers, mais« Quelle apparence que le ciel l’eut secourue si tard, si elle eût été innocente ? »Denis Diderot© CEA Imag'In Irfu-Alain Porchelactéees couleursla présence du trou noir depresque quatre millions defois la masse du Soleil, tapiau cœur de la Voie lactée. Il aété mis à jour par l’observationdes ondes radio et X, maisson existence n’a été prouvéeque par l’observation, eninfrarouge, d’étoiles en orbiteautour de celui-ci.La révolution ne s’arrête pas là.Le photon, vecteur des ondesélectromagnétiques, n’est plusle seul messager céleste nousapportant des informations surl’Univers. Il en existe d’autres,tels les rayons cosmiques, lesLe projet international Hess permet de mesurer les rayons gammade très haute énergie (un million de million d'électronvolts). Cesnouveaux messagers permettant d'étudier les accélérateurs departicules cosmiques présents dans l'Universneutrinos, et même les ondes gravitationnelles. L’observation de ces messagers constituece qu’on appelle l’astronomie non-photonique, dont nous connaissons aujourd’huil’avènement. Les rayons cosmiques sont déjà observés et étudiés sur Terre depuis longtemps.Nous avons aussi mesuré le flux de neutrinos provenant du Soleil et ceux émislors de l’explosion d’une supernova. Par contre, nous n’avons pas encore acquis lasensibilité nécessaire pour percevoir les tremblements de notre espace-temps, dontla signature serait la détection, sur Terre, d’ondes gravitationnelles. Les observatoiresdétectant ces différents messagers sont très différents des observatoires de photons,à l’instar des détecteurs sous-marin de neutrinos tournant le dos au ciel (projet Antares),et observant dans ladirection de la Terre ! Cesmessagers nous apporterontdes informationscomplémentaires essentiellespour comprendre lecœur des astres célestes,ainsi que les collisions entredivers astres.apparencede l 'harmoieInfrarouge proche 1,25 ; 2,2 ; 3,5 mmLumière visibleRayons X 0,25 ; 0,75 ; 1,5 keVn° 79 juin 2009Rayons gamma, E 100 MeV© Collaboration Antares© Collaboration AugerVue de la voute celeste par Antares (mesure des neutrinos dontles neutrinos produits dans l'atmosphère, en haut) et par Auger(rayons cosmiques de haute énergie, en bas).Résultats préliminaires.Pris individuellement,chaque messager n’offrequ’une vision incomplète,l’observation de l’ensembledes messagers est nécessairepour s’approcher dela réalité, souvent complexeet agitée, des astres.Comme pour la Voie lactée,seule la pluralité desregards sur le ciel mènera àla compréhension de notreUnivers.Sylvain Chaty est Maître de conférences au Laboratoire Astrophysiqueinteraction multi-échelles située à Saclay (UMR AIM).Il est spécialiste des astres de haute énergie de l'Univers.7 7

Étoile mèrepar Michel CasséScintillationsSub species aeternitatis, du point de vue de l’éternité, celui deconstantes et des lois. Les lois du changement ne changent pas. LDu point de vue d’Héraclite, la physique est la science du chduquel la lumière se matérialise, l’étoile est le lieu où la matière se déÀl’origine des éléments,trois sources inapparentes: le big bang, créanthydrogène, deutérium,hélium-3 et 4 et lithium-7, les étoiles,sièges de la fusion thermonucléaireet de la capture de neutronsà l’origine des élément du carboneà l’uranium, et, entre les deux, lerayonnement cosmique, tronçonneurdes carbone, azote et oxygèneinterstellaires, produisant lithium,béryllium et bore. Les deuxpremiers processus agglomèrentles nucléons, le troisième briseles édifices nucléaires : conjonctionset disjonctions secrètes.Les atomes sont éternels en tantqu’espèces, mais leur teneurrelative varie. La tendance est àla montée de la teneur en métalloïdes et métaux: lesétoiles antiques du halo galactique sont quasimentdénuées d’atomes plus complexes que l’hélium, alorsque le Soleil, âgé de 4,6 milliards d’années en abriteune quantité non négligeable, de l’ordre du pour cent.Tel est l’indice clair de l’évolution chimique de la Voielactée.La bienheureuse matière qui pense dans le noir sepenche sur son passé d’étoile et de nuage. Et l’amnésiecosmique, l’homme la rachète par l’astrophysique.L’histoire de la matière est faite de grands principesabstraits comme la corrélation quasi darwinienne del’abondance d’un noyau avec son énergie © SoHo de liaisonmais aussi de failles secrètes qu’il a fallu découvrir.L’instabilité maladive des noyaux atomiques demasse 5 et 8 fait avorter la « création » au nombre7, quelques minutes après le big bang. La coursepoursuitevers la complexité nécessite les étoilesqui sautent l’obstacle en fusionnant trois noyauxd’hélium pour créer le carbone. Qui l’eût cru ?L’évolution des étoiles implique celle de leursociété, les galaxies. Les supernovas, quimettent un terme brillant à la carrière desétoiles apparaissent comme les moteursde l’évolution chimique/isotopiquede l’Univers. Elles inséminentl’espace des produits de leuralchimie nucléaire (carbone …fer … uranium). Et de générationen génération d’étoiles, lesnuages, réceptacles des cendresdes étoiles défuntes, matrices des étoiles endevenir, s’enrichissent en éléments nécessaires à lavie. Les humanités à naître sont là, dans les cendresdes étoiles explosées. Le temps caractéristique del'évolution galactique est si long, de l’ordre du milliardd’années, que celle-ci passe inaperçue. L’histoireDroits réservés. Extrait de SandmanUn cœur nébuleux @ Daniel Marquardt, Rosa ObservatoryLe Soleil vu par le satellite SoHo, lieu deformation des éléments légers.gazeuse et chimique peut êtreélargie à l’Univers entier enobservant les galaxies proches,dans le visible et les lointainesdans l’infrarouge (Herschel).L'homme restitue ainsi les tauxde formation d’étoile dansle passé, leur distribution enmasse et le taux d’explosion dessupernovas dans les galaxies.On traduit le décalage vers lerouge des galaxies extérieuresen temps, au moyen dumeilleur modèle cosmologique.Ainsi s’ouvre-t-on à l’histoirevéritablement universelle dela matière. Et on s’aventure àsupputer sur l’avenir cosmique :sauf accident cosmologique lacréation d’étoiles cessera dansles galaxies qui concentrerontleurs trous noirs et, celles-ci toujours s’écartant,s’éteindront.Plus tard encore, les trous noirs, produitsfinis de l’évolution stellaire s’évaporeront et il ne resteraplus que neutrinos et photons. Les protons réputésUne volonté de ferPhysique nucléaire,science naturelle de l’évolutionLa physique nucléaire est une science dela nature. L’évolution nucléaire précèdeet conditionne toutes les autres. Ily a corrélation entre l’abondanced’un élément et la solidité deson noyau. À ce jeu, le fer estpassé maître et le darwinismenucléaire nous incite à penserqu’il finira par dominer. Les étoileset supernovas préparent le règne du fer.Mais c’est faire l’économie d’un principede limitation, dont nous venons à peinede prendre conscience : le jeu caché desgalaxies. Les nuages gazeux sont transformésprogressivement en étoiles, et les étoilesen astres occlus, morts. Au début, lesgalaxies, systèmes fermés, sont toutes ennuages puis en étoiles et, à la fin des fins,en cadavres d’étoiles. Et avant même quele fer ne règne en maître, la galaxie cesserade former des étoiles, faute de gaz. Le ferne sera pas le roi de la création nucléaire envertu de la limitation gazière de la galaxie.Aujourd’hui, l’hydrogène règne encore en maître,après 13,7 milliards d’années d’évolution.Contre toute attente on peut dire que l’Universest nucléairement jeune. Qui l’eût dit ?8

Parménide et de Spinoza, la physique arbore sa charte : stabilité des atomes, des’Univers est uni par ses lois physiques intemporelles.angement, du temps et de la métamorphose : le big bang est l’événement au coursmatérialise partiellement, se fait lumière.instables sur une échelle detemps de 10 35 ans, seront mortsdepuis longtemps. L’éternitéprend un coup dans l’aile.Ainsi, la matière n’est plus éternelle.On prend la nucléosynthèseen flagrant délit dans le ciel par letruchement de la radioactivité galactiqueet l’émission gamma del’aluminium-26 expulsé par lesvents stellaires et les supernovas(mission Integral). Les hommessont mortels, les sociétés également,et nous en sommes venus àréaliser que le Soleil n’a que l’apparencede l’Éternité. Les étoilesmeurent, on peut dénombrer lesmorts mais elles naissent aussiainsi que les galaxies (Herschel).Nous ne voyons en permanenceau moyen de notre détecteur personnelet individuel, la rétine,que des étoiles© Chandra-Spitzer (Nasa)Une supernova vue par Chandra et Spitzer, lieude formation des éléments lourds.Tout ceci passe au dessus de la têtede l’homme simplement homme,pour lequel le monde est uneévidence indéfinie et atemporelle.Mais l’amnésie cosmique estrachetée par la science. Quelquestraces de métaux et la matière semet à penser ! C’est du moins ceque l’on peut conclure du seul casconnu. Le lien de parenté cachéentre les étoiles et les hommesest maintenant bien établi, il estgénérique et matériel plus quesymbolique. La mère inconnuedes atomes, s’est déclarée :Étoile.HerschelHerschel sera le premier télescope à observer l’Universde la lumière infrarouge jusqu'aux rayonnementssubmillimétriques. Il est doté d’un miroir primairede 3,5 m de diamètre (contre seulement 2,4 mpour le télescope spatial Hubble), ce qui en ferale plus grand télescope en orbite. Herschel seracapable d’observer des régions de l’Univers,froides et chargées de poussières, inaccessiblesaux autres télescopes. Il étudiera en priorité lagenèse des galaxies et l’évolution des étoilesen formation, ainsi que les nuages de gaz et depoussières où naissent les étoiles, les disquesprotoplanétaires et les molécules organiquescomplexes dans la chevelure des comètes. Letélescope spatial Herschel a été lancé par l’ESAle 14 mai, conjointement au satellite Planck.apparencede l 'eternitécomparables au Soleil, en bonne santé, loin de la naissanceet de la mort. Mais les extrémistes spectraux quesont les astrophysiciens scrutent le rayonnement de ladouceur (infrarouge et submillimétrique) qui portetémoignage des naissances et celui de la violence(rayons X et gamma) qui émaille les événements explosifsou déchirants du ciel.Michel Cassé, astrophysienau SAp et à l’Institutd’astrophysique de Paris,s’est longtemps intéressé auxorigines de la matière avantd’élargir ses réflexions à cellesde l’Univers.n° 79 juin 20099

ScintillationsL’essentiel invisiblepar Jean-Baptiste Melin« L’essentiel est invisible pour les yeux » ? Pourtant, quand on regarde un chaéclairent le vide cosmique qui les sépare. La nuit, nous pouvons observer cet© Hubble (Nasa)Jusqu’au début du xx e siècle les astronomesconsidéraient que l’essentiel de la matière dansl’Univers était visible. dans les années trente, FritzZwicky fait une estimation de la masse des amasde galaxies en utilisant les vitesses des galaxies quiles composent. Pour que ces galaxiespuissent être liées par la loi de lagravitation, les amas doiventêtre bien plus massifs que leurmasse visible. Ce calcul està l’origine de l’hypothèsede la matière noire. Cettehypothèse a été confirméedans les années soixantedixpar l’étude des courbesde rotation des galaxies :les vitesses de rotation desétoiles et du gaz présentsdans les disques des galaxiesspirales sont beaucoup plusgrandes que celles qu’induirait lamatière visible. Cette matière quel'on retrouve sous forme d’étoiles n’estdonc que la partie émergée de l’iceberg.Les estimations récentes montrent qu’elle représentemoins de 1% de la masse totale de l’Univers. La quasitotalitéde la matière dans l’Univers est donc invisible,soit parce qu’elle n’émet pas de lumière, soit parcequ’elle est de nature inconnue : fin d'une apparence.De quelle nature peut-être la matière de l’Univers ? L’hypothèsela plus simple est qu’elle soit du même type quecelle qui nous entoure, la matière baryonique (essentiellementdes protons et des neutrons). Elle est celle quiconstitue le journal que vous tenez dans les mains, celledes atomes dont vous êtes formés et qui composent laTerre, les planètes et les étoiles. La mesure des abondancesdes éléments légers (hydrogène, deutérium, héliumet lithium) de l’Univers et celle de la température du fondLe CMBLe fond diffus cosmologique (noté CMB pourcosmic microwave background) correspond à la premièrelumière émise dans l’Univers, 380 000 ans après le big bang. Avant cetinstant, l’Univers était formé d’un plasma opaque de protons, d'électrons etde photons en équilibre thermique. L’Univers, en se refroidissant, a permis auxélectrons de se lier aux noyaux et aux photons de se propager à travers l'espace.Les caractéristiques de ces photons primordiaux ont évolué avec l’expansionde l’Univers et on les observe aujourd’hui aux longueurs d’onde millimétriques.Le CMB contient une information scientifique extrêmement précieuse caril a imprimé, telle une photo, l’état de la matière aux tous premiersinstants de l’Univers. Il est bien compris dans le cadred’un modèle incluant matière et énergie noires.diffus cosmologique ont permis dedéterminer la densité des baryons.Quand on l’a comparée à la densiténécessaire pour que les amas soientliés par la gravitation, on s’est renducompte que la matière baryoniquene compte que pour 15 % dela matière totale ! À partirde cette constatationobservationnelle, deuxvoies de rechercheont été considérées.La première consisteà s’appuyer sur laformulation de laloi de la gravitationde Newton généraliséepar Einsteindans le cadre de larelativité générale.Dans ce cas, il nefait aucun doute quela matière noire existeet qu’elle est de type inconnu, non baryonique. Ladeuxième voie propose de remettre en cause la loi de lagravitation pour se passer de la matière noire. C’est l’approchede la théorie Mond (MOdified Newtonian Dynamics)qui explique avec succès les courbes de rotationdes galaxies en modifiant la loi de la gravitation. Néanmoinscette théorie rencontre des difficultés à l’échelledes amas et ne parvient pas à expliquer de façon satisfaisantel’observation des pics du spectre de puissance desanisotropies du fond diffus cosmologique (voir encadrésur le CMB). Aujourd’hui, l’essentiel de la communautéscientifique travaille selon la première voie. On appellewimp (weakly interacting massive particle) la particulede matière noire. Elle est la cible de multiples expériencesqui cherchent à la détecter directement et indirectement.L’Irfu s’y attache en particulier à l’aide des expériencescomme Edelweiss (Scintillations 75) ou Hess. Fin d’unedeuxième apparence : la matière de l’Universn’est pas du même type que notre matièreordinaire.L’étude Cosmos de HubbleJusqu’à la fin des années quatrevingt-dix,on pensait que matière etgravitation suffisaient à expliquerl’évolution de l’Univers mais l’étudedes supernovas a bouleversé cettetroisième apparence.En 1929, Edwin Hubble découvraitl’expansion de l’Univers encomparant distances et décalagesspectraux d’une cinquantaine degalaxies : les galaxies s’éloignent lesunes des autres à des vitesses proportionnellesà leurs distances. La relativité généraleprédit que cette vitesse d’expansion varieau cours du temps. Si l’Univers ne contenait que de la3,5 milliards d’100

mp de galaxies, l’Univers semble très simple : des galaxies constituées d’étoileste lumière visible, voir les constituants de l’Univers... ?années 5 milliards d’années 6,5 milliards d’annéesa permis de réaliser une carte 3D de la matière noire (Scintillations 75).© Collaboration SNLSComparaison des mesures faites à partir des supernovas de type Ia(SNLS, en bleu-résultats préliminaires), du fond diffus cosmologique(WMap, en vert) et de la répartition des galaxies dans l'Univers(SDSS, en rouge). Les mesures portent sur Ω M , fraction du bilanénergétique de l'Univers due à la matière et sur w, paramètre liéà la variation au cours du temps de la densité d'énergie noire del'Univers. Les mesures des trois expériences sont concordantes.Leur combinaison (en gris) conduit à une valeur de 25% pour Ω Met de -1 pour w, ce qui correspond à une densité d'énergie noireconstante dans le temps.matière, l’expansion, retenue par la gravité, serait censéedécélérer. Pour étudier cette décélération, on a utiliséles supernovas, des explosions stellaires dont la lumièreest très bien caractérisée et suffisamment intense pourêtre visible sur des distances cosmologiques. Or les fluxlumineux mesurés ont été plus faibles qu’attendus, révélantque l’expansion de l’Univers est accélérée et nondécélérée. Cette observation ne peut être expliquée quepar la présence d’un fluide dont l’effet sur l’expansionest opposé à celui de la matière, l’énergie noire. A priori,il est impossible de la produire et de l’étudier sur TerreMesures du noirAu cours des cinq dernières années, les étudesdes supernovas de type Ia (Supernovae LegacySurvey - SNLS), du fond diffus cosmologique(Wilkinson Microware Anisotropy Probe - WMap)et des oscillations de baryons (Sloan Digital SkySurvey - SDSS) ont fourni des mesures à quelquespour cent du contenu en matière et énergienoires de l’Univers. Il faut maintenantaffiner ces mesures tout en explorantde nouvelles sondes cosmologiquespour vérifier la cohérence globaledu modèle du bigbang. Parmi ces nouvellessondes, l’étude desamas de galaxies parle satellite Planck permettraune meilleurecompréhension dela formation desstructures et, parle dénombrementdes amas en fonctiondu décalage spectral,une meilleure caractérisationdes propriétés de lamatière et de l’énergie noires de l’Univers.comme on peut espérer le faire avec la matière noire. Oncherche donc à la caractériser en étudiant ses propriétésactuelles mais aussi son évolution en fonction de l’âgede l’Univers. Pour cela, on utilise plusieurs sondes cosmologiques: les supernovas du type Ia, les oscillationsbaryoniques, le lentillage des galaxies par les structures,l’étude des comptages d’amas de galaxies et du fonddiffus cosmologique. Les mesures les plus récentes montrentque l’énergie noire représenteenviron 70 % du contenu en énergiede l’Univers, les 30 % restantsprovenant de la matière noire etbaryonique.L'énigme de la matière et de l’énergiede l’Univers est au cœur du travailde recherche des cosmologues,des recherches pour lesquelles infinimentgrand et infiniment petitsont deux centres d’une même problématique.Jean-Baptiste Melin, physicien auSPP, travaille en cosmologie. Il s’intéresseaux amas de galaxies et participe à l’élaborationet à l’exploitation scientifique ducatalogue d’amas de la mission Planck.apparencedu réelLancé le 14 mai2009, le satellitePlanck observerale fond diffuscosmologique dansneuf bandes defréquence (de 30à 857 GHz) avecune résolution allantjusqu’à 5 minutesd'arc.n° 79 juin 2009 11

L’espace et le tempsScintillationsDès le début du vingtième siècle, les physiciens peuvent sondeCette question est désormais bien encadrée dans le contexte de laau début du siècle dernier de la cosmologie physique.12La révolution relativiste constitue le fondement dela cosmologie. L’idée newtonienne d’un tempséternel et d’un espace infini, absolu, est dépasséedans la relativité restreinte, en faveur d’un espacetempsà quatre dimensions dans lequel chaque référentiel1 à vitesse constante est équivalent. La nécessité derendre la gravitationnewtonienne compatibleavec la relativitérestreinte conduit aupostulat de l’équivalencelocale entremouvement accéléréet gravitation : c’est lanaissance de la relativitégénérale commethéorie relativiste de lagravitation. On abandonnealors définitivementla géométrieeuclidienne en faveurd’un espace-tempscourbe. En 1915, Einstein établit la formulation définitivede ses équations qui relient le champ gravitationnelau contenu en matière-énergie de l’espace-temps.Dans un modèle d'univers homogèneet isotrope, l'espace peut prendre troisformes. Pour l'imaginer, on peut faireune analogie à deux dimensions.En haut, courbure négative : unvoyage sur une telle surface vouséloigne de plus en plus de votre pointde départ.Au milieu, courbure positive,géométrie d’une sphère : un voyagevous ramène à votre point de départ.Sans énergie noire, un tel universfinirait par s'effondrer sur lui-même.En bas, absence de courbure : mêmesans énergie noire, l’expansion del’Univers serait sans fin. Il semble quecela soit la forme de notre univers.Etant donné le lien entre la gravitation et les propriétésstructurelles de l’espace-temps, il est naturel de chercherune solution des équations de la relativité généralequi puisse s’appliquer à l’Univers dans sa totalité.Toutefois, le développement de la cosmologie moderneest basé sur une ultérieure innovation: l’abandon del’idée d’un espace-temps statique et la naissance duconcept de l’évolution temporelle de l’Univers. Cettenouvelle conception entraîne inévitablement la notiond’un début.Le premier modèle d’univers formulé par Einsteinau début du siècle dernier est cependant statique. Il(1) Référentiel : Système d'axes de coordonnées muni d'unehorloge destinée à la mesure des distances et du temps.Les différentes conceptions de l’espacetempsdans les théories de Newton etd’Einstein. Pour Newton, l’espace etle temps sont fixes et immuables, alorsque pour Einstein l’espace est déforméet courbé par le contenu en matièreénergie,et le temps s’écoule de façondifférente selon l’observateur.est caractérisé par une densité dematière homogène et isotrope,constante dans l’espace mais aussiconstante dans le temps. Cet universest fini. Il a une géométrie sphériqueet la courbure de son espace-tempsest fixée positive. Pour rendre sonunivers stable malgré l’attraction gravitationnelle dueà la présence de la matière, Einstein introduit uneconstante arbitraire dans ses équations, qui joue le rôled’une force répulsive.Bien que le modèle d’univers d’Einstein soit désormaisdépassé, l’existence de cette constante cosmologiqueest plus que jamais d’actualité : dans le contexte dela théorie quantique des champs, elle représente lacontribution du vide quantique au contenu en matièrede l’espace-temps, et pourrait être responsable del’expansion accélérée de l’Univers. L’existence d’uneforme d’énergie inconnue, appelée énergie noire,agissant comme une force répulsive et entraînant uneexpansion accélérée dans la métrique de l’Univers, estl’un des problèmes clefs de la cosmologie actuelle.L’autre aspect du modèle cosmologique d’Einstein quireste valide et essentiel dans la cosmologie moderne,est l’homogénéité et l’isotropie de la distributionde matière. En gardant cette hypothèsede base, quelques temps après laformulation de la relativité générale,les physiciens Alexander Friedmannet Georges Lemaître envisagèrentque le rayon de courbure del’espace-temps puisse varieravec le temps. Ils dépassent lanotion d’un univers statiqueet formulent des solutionsdes équations d’Einsteind é c r i v a n t u n u n i v e r sdynamique, en expansionou en contraction, selonles valeurs des paramètresde courbure, de la densitéde matière et de la constantecosmologique. Ils jettentainsi les bases de la théorie dubig bang : celui d’un univers enexpansion, avec une singularitéinitiale : les corps célestes s’éloignentalors les uns des autres et l'Univers baignedans un rayonnement diffus, réminiscence del’époque primordiale.

Par Chiara Caprinir le mystère des origines de l'Univers.physique théorique, après la naissanceCe modèle cosmologiqueest maintenant unanimementaccepté par la communautéscientifique, grâceà trois preuves expérimentalesprincipales : la confirmationobservationnelle de laloi de Hubble, qui établit queles galaxies s’éloignent entreelles avec une vitesse proportionnelleà leur distance ; la mesure dufond diffus cosmologique, le rayonnementélectromagnétique émis environ380 000 ans après le big bang,témoin de l’époque initiale de l’évolutionde l’Univers, quand la matière demeurait encoredans l’état ionisée ; et la mesure des abondances deséléments légers tels que l’hélium, qui, selon la théoriede la nucléosynthèse, se seraient formés quelques minutesaprès le big bang.Bien que nous comprenions maintenant que l'Universémerge, une seconde après le big bang, d’un état denseet chaud, et rentre, à partir de ce moment là, dans lapériode d’expansion connue, il subsiste de grandspoints d'interrogations, essentiellement concentréssur la phase initiale. Cette époque est le champ derecherche de la cosmologie quantique, où la physique del’infiniment grand et celle de l’infiniment petit sont enconnexion. Ces recherches ont conduit à des nouvellesthéories, dont l’inflation, qui recueille maintenantun large consensus grâce à ses prédictions précisesetmesurables sur les anisotropies en température dufond diffus cosmologique. Mais une descriptionsatisfaisante de la phase initiale de l’histoire del’Univers ne pourra s’obtenir qu’en faisantappel à une théorie des interactionsdes particules élémentaires etultimement de la gravitationquantique qui est encore en voiede développement. Le mystèredes origines demeure.Vue d’artiste de l’évolution de l’Univers depuis le big bang jusqu’àprésent. La première phase d’expansion accélérée, appelée inflation,a généré les minuscules fluctuations en densité de matière qui sesont après transformées en galaxies et amas de galaxies. Les mêmefluctuations sont visibles dans le fond diffus cosmologique sous formede fluctuations en température, mesurées aujourd’hui par le satelliteWMap. A présent, l’Univers se trouve dans une phase d’expansionaccélérée due à la présence de l’énergie noire.Le modèle du big bangModèle cosmologique selon lequel l’Univers émerged’un état initial dense et chaud avant une phased’expansion que nous observons encore aujourd’hui.Ce terme fut inventé dans les années 1950,au cours d’un programme de la BBC, parapparencedu perpétuelChiara Caprini est chercheur CNRSà l'Institut de physique théorique du CEASaclay. Son domaine de recherche est lacosmologie théorique, principalement les champsmagnétiques primordiaux et le fond diffus d'ondesgravitationnelles.l’astrophysicien Fred Hoyle pour désigner avecironie* le concept «d’explosion originelle»introduit dans le modèle cosmologique développédans les années 1920 par les physiciensGeorges Lemaître et Alexander Friedmann.Depuis la découverte du fond diffus cosmologiqueen 1964, le modèle du big bang est unanimementaccepté par la communauté scientifique. Ce modèlen’explique pas l’origine de l’état initial de l’Univers,mais décrit son évolution depuis ce moment.*Comment oser traiter BB par le mépris ? (NDLR)n° 79 juin 200913

ScintillationsExtra-Terra estPar Cécile FerrariNous sommes apparemment seuls dans l’Univers. Qu’en savons-nouavec une vie extraterrestre n’est pas pour demain, l’observation d’unatmosphère tend à prouver que les conditions nécessaires à la vie ex(1) L’unité astronomique(symbole ua) est uneunité utilisée pourmesurer les distances,surtout entre les objetsdu système solaire.De l’ordre de150 millions dekilomètres, elle esthistoriquement baséesur la distance entre laTerre et le Soleil.© Spitzer (Nasa)Notre Univers s’estformé il y a environ14 milliards d’années,le Soleil et la Terre ily a 4,5 milliards d’années.La vie s’y est développée unmilliard d’années plus tard.Elle s’est diversifiée il y a 500millions d’années et notrecousine Lucy a trois millionsd’années. Nos civilisationsont mis moins de 10 000 anspour développer les moyenstechniques de l’exploration de © Hubble (Nasa)la planète Terre et de l’espaceenvironnant le Soleil. Sansdoute atteindrons-nous lesétoiles voisines dans les 10 000prochaines années. A la vitessed’un million de kilomètrespar heure, dix fois mieux que ce que l’on sait faireactuellement, nous pourrions traverser notre galaxieen quelques millions d’années. Ainsi explorerionsnousdes millions, voire des milliards de planètes dansdes délais bien plus courts que la vie de notre étoile,le Soleil. Nous … ou un extraterrestre de la Galaxie?Paradoxalement, nous n’avons ni vu ni entendu personne.Est-ce un témoignage de notre solitude comme EnricoFermi l’a souligné ? Mais nous savons que tout ce quiexiste ou vit, n’est pas toujours ni visible ni audible.En attendant d’inventer la propulsion nécessaire à cettevaste exploration, il nous faut mieux appréhender lesconditions de la formation de la Terre, du développementde la vie et préciserainsi les chances dela trouver autour descent milliards d’étoilesde la Galaxie.L’équation de Drakepropose d’y quantifierle nombre de civilisationsobservables.En l’état actuel denos connaissances, cechiffre est élevé, bienque soumis à de grandesincertitudes. Lavie ailleurs est plausibleet ceci confirme leparadoxe. Peut-êtrecette équation quantifie-t-ellesimplement les limites de notre connaissance (etde nos budgets !) ou, comme certains le proposent, unepreuve de l’autodestruction inexorable de toute civilisationacquérant un certain niveau technologique.En l’absence de signal reçu, que cherchons-nous désormais? Pour commencer, les éléments nécessaires à unevie similaire à la nôtre et un scénario.Signature de la molécule d’eau dans l’atmosphère deHD189733B détectée par le Télescope SpitzerPlanète Fomalhaut bFomalhaut est une jeune étoile brillante. Dans l’anneau dedébris qui l’entoure, les astronomes ont découvert, par destechniques coronographiques, une planète qui a à peu prèstrois fois la masse de Jupiter. Cette planète dénommée Fomalhautb bouge autour de son étoile…20062004De l’eau. Elle est omniprésentedans notre Système solaire.Liquide, elle semble indispensableà la vie. Elle l’est surTerre depuis très longtemps.Des molécules organiques.La cellule, brique élémentairede la vie, préserve de ladilution le plan de reproductiondes cellules, l’ADN. Lesprotéines, formées d’acidesaminés, reproduisent ce planavec l’aide de l’ARN. Toutessont des molécules organiquescomposées d’atomesd’hydrogène, d’oxygène oud’azote attachés à un squeletted’atomes de carbone.Cette matière organique estelled’origine extraterrestre ?Sont-elles formées par les sources hydrothermales sousmarinesdécouvertes récemment ? L’acide cyanhydriqueet le formaldéhyde, précurseurs des acides aminés, sontrépandus dans le milieu interstellaire et dans la poussièreinterplanétaire, la Terre a-t-elle été inséminée ou étaitelleautosuffisante ?Une atmosphère. Le carbone peut provenir d’uneatmosphère riche en dioxyde de carbone, CO 2 , ou enméthane, CH 4 . Celle-ci maintient une certaine pressionau sol et un effet de serre apte à maintenir l’eau à l’étatliquide. Elle protège aussi des rayonnements ionisants. Aumoment de l’apparition de la vie sur Terre, l’atmosphèreétait probablement d’origine volcanique, oxydante carriche en azote et CO 2 . Une telle atmosphère est pourtantmoins propice à la formation des molécules organiquesqu’une atmosphère réductrice de méthane.Un scénario. Pour savoir comment la Terre et son atmosphèreont évolué, il faut comprendre comment les premiersblocs rocheux se sont agglomérés dans le disqueprotoplanétaire, ont grossi, migré et se sont stabiliséssur leur orbite, dans la zone habitable où l’eaupeut rester liquide. Pour remonter le tempset écrire cette histoire, il faut chercherdans l’espace les différentes phases dece processus, que nous présumonscommunément répandu. Il fauttrouver des planètes qui ressemblentà la Terre, et déterminer lacomposition de leur atmosphèreen fonction de leur âge. Et nousen trouverons ! Dans la Galaxie,à moins d’une centaine d’annéeslumièredu Soleil, 350 exoplanètesont déjà été découvertes depuis1995. Deux nouvelles le sont chaquemois. Les techniques de détectionse multiplient au vu de l’enjeu.Les premières planètes détectées, les« Jupiters chauds », observées en majo-14

s en fait ? Même si la rencontre directenombre croissant de planètes et de leuristent ailleurs, sans aucun doute.rité par la méthode de la vitesse radiale, sont de la taillede Jupiter et proches de leur étoile, en deçà d'une unitéatmosphérique (1 UA 1 ).Le spectro-imageur MiriLe spectro-imageur Miri estconstruit dans le cadre d’unecollaboration Nasa/ESA entrele Jet Propulsion Laboratoryet un consortiumeuropéen (ESA) ausein duquel l’Irfu joueun rôle très importantpuisque le SAp assurela coordination technique et scientifiquede la contribution française(imageur de Miri) et que le SIS, leSedi et le SACM contribuent au projet.Refroidis à 7 K, les détecteurs de cet instrumentobserveront dans le domaine de longueursd’onde 5-27 μm. L’instrument bénéficierad’un mode coronographique pour sonder levoisinage proche des étoiles et fairedes images des disques de débriset des planètes géantes de gazavec une résolution spatiale dixfois meilleure que le télescopeSpitzer. Il observera leur émissionthermique, complétant ainsil’imagerie faite en infrarouge pard’autres instruments embarquéssur le télescope JWST.Grâce aux progrès de cette technique, des planètes de lataille d’Uranus sont maintenant découvertes àune distance de plus de 5 UA. La détectionde transits planétaires est exploitéepar les satellites Corot et Kepler.Les techniques coronographiqueset l’observation dans le domaineinfrarouge permettent maintenantde fouiller le voisinagedes étoiles sans être éblouis.Ainsi le télescope spatial Hubblea-t-il réalisé en 2008 lapremière image de la planèteb de l’étoile Fomalhaut (voirfigure). Les gaz CO 2 , CO et lavapeur d’eau de quelques exoplanètes géantesont d’ores et déjà été détectés. Le James WebbSpace Telescope (JWST) prendra la relève en 2013,embarquant le spectro-imageur Miri (voir encadré).Cet instrument observera dans le domaine infrarougeles banlieues froides des systèmes planétaires, à la© JWSTMaquette à échelle réduite du miroir composite du JWSTrecherche de corps glacés et de débris poussiéreux,mémoires de leur formation. Il mesurera les spectresdes exoplanètes géantes, des atmosphères de planètesterrestres ou de la poussière interplanétaire, pouren déterminer masse et composition chimique.Molécules de la vieLes acides aminés sont des molécules quicontiennent deux groupes fonctionnels organiques,le groupe carboxyle -COOH et le groupe amino-NH2. La molécule est complétée par un radical dontla diversité conduit à former des centaines d’acidesaminés. Vingt-deux acides aminés seulementapparaissent dans les organismes vivantssur Terre. Les acides aminés selient pour former des polymèresde protéines. Une protéinepeut contenir des centaines,voire des milliers, de molécules d’acidesaminés. L’acide ribonucléique (ARN) etl’acide désoxyribonucléique (ADN) sont deuxmolécules organiques. Nous recherchons lesmolécules organiques sur les exoplanètes carelles signent une possibilité de vie ailleursque sur la Terre.Le progrès technique, source des grandes découvertes,nous permettra d’ici quelques années de détecter desTerres lointaines. Dans quinze ans, nous serons sansdoute toujours seuls mais environnés de mondeshabitables. La vie ailleurs devient de plus en plusprobable.Cecile Ferrari est Professeure à l’Université Paris-Diderot etrattachée au Laboratoire Astrophysique interaction multi-échellessituée à Saclay (UMR AIM).apparencede la solituden° 79 juin 200915

ScintillationsD’apparences en apparences…Par Pierre-Olivier LagageE-ELT :Europeanextremelylarge telescopeLe bon sens populaire nous dit dene pas nous fier aux apparences; l’habit ne fait pasle moine. Ces dictons sontparticulièrement pertinentspour l’astronomie, qui estavant tout une science liée àl'observation et donc d’apparences; les régions de la Voielactée, noires dans le visible,s’avèrent remplies d’étoiles entrain de se former en infrarouge.Ce sont, jusqu’à présent, surtout lesavancées technologiques qui ontpermis d’aller au-delà des apparences.Ainsi, il y a 400 ans, la lunetteutilisée par Galilée a permis de sesoustraire des limitations de l’œil. IlLe projet Euclid-Dune vise àcartographier la matière noireafin de mieux contraindre nosconnaissances l'énergie noire.Pierre-Olivier Lagage est spécialiste de l’instrumentation infrarouge et del’étude des disques circumstellaires en relation avec la formation des planètes.y a 50 ans, l’avènement du spatial a permisde nous soustraire du filtre constitué parl’atmosphère terrestre et d’avoir accèsà toutes les lumières de l’Univers,rendant nécessaire le développementde spectro-imageurs innovants dansle domaine des rayons gamma, X etinfrarouge. Nous allons disposer dansles années à venir d’une panoplied’instruments qui vont permettre devoir plus loin, plus précis, plus large…En plus du développement des moyensd’observations, le développement descalculateurs massivement parallèles vapermettre des simulations numériques« multi-échelles », qui prendront en comptele fort couplage entre les différentes échellesde l’Univers (étoiles, galaxies, grandesstructures).Nous vivons une époque formidable !Nous approchons d’une compréhensionglobale de l’histoire de la formation desétoiles et des galaxies (projets Herschel,JWST, SVOM). La réponse à la question denotre apparente solitude semble à portéede main (E-ELT...) et il nous faut bâtir unenouvelle physique dans laquelle les infinisdoivent se rejoindre pour résoudre desquestions majeures comme le contenuénergétique de l’Univers (projet Euclid,expériences auprès du LHC). L’Irfu estprêt pour ces nouvelles aventures de toutpremier plan scientifique et technique.V a-et-vientPour la période comprise entre octobre 2008 et mai 2009Tu vas…Ils partent à la retraite : Jean-Claude Géry (DIR), Alain Magnon (SPhN), Jean Thinel(SIS), Guy Cordéro (Sénac), Michel Cribier (SPP) et Dominique Sauques (Sédi).Ils prennent un congé… parental d’un an pour Estelle Monmarthe, sabbatiquede onze mois pour Sandrine Hernando et sans solde pour Gildas Thomas quiRegretsJacky Gouet, technicien auSACM, nous a quittés le 31 janvier.Il n’avait que 45 ans et son décèssubit et prématuré a suscitéune grande émotion parmi sesnombreux collègues et amis del’Irfu. Il nous laisse le souvenird’un collègue chaleureux etempreint d’une profondecamaraderie. Ses obsèquesont rassemblé le 13 février unenombreuse délégation du CEA/Saclay.tente une nouvelle aventure professionnelle,tous trois du Sédi. Pour André Rosowskydu SPP c’est un mi-temps pour créationd’entreprise.Ils partent en détachement… en Autricheauprès de l’AIEA pour Danas Ridikas jusqu’en2011, à Barcelone pour cinq ans auprèsde l’organisation européenne F4E pourPierre- Yves Chaffard.Les mutations pour la période concernentDenis Arranger qui quitte le SIS pour l’IRFM àCadarache et Julien Pancin quitte le Sédi pourle Ganil.... et tu viensArrivée à la Dir de Sophie Kerhoas-Cavata qui vient du SPhN pour se chargerde la communication de l’Institut, de Pascal Debu qui réintègre l’Irfu à la fin desa mise à disposition auprès de l’IN2P3 et de Jean-Michel Dumas du Sénacpour se consacrer au projet Fluor C du SHFJ.Jean-Marc Le Goff quitte le SPhN et arrive au SPP sur le projet BAO Radio.Corine Salmon nous vient du SPRE (FAR) pour se charger des études déchetset assainissement au Sénac, Lydia Coudray quitte le secrétariat du Sédi pourcelui du Sénac suite au départ de Corinne Césarin à la DAM et le SAp voit leretour de Félix Mirabel à la fin de son détachement à l’ESO au Chili.Les recrutés : Emmanuel Moulin et Federico Ferri respectivement pour lesprojets Hess et CMS au SPP, Andry Rakotozafindrabe au SPhN intègre legroupe Alice, au SAp Karl Kosack va travailler sur Hess et CTA tandis queChristian Arcambal rejoint le Ledes. Le SACM accueille quant à lui Luc Mauricepour travailler sur les stations d’essais Supratech et Hassen Jenhani qui vas’intéresser aux coupleurs Ifmif. Au Sédi, Frédéric Château rejoint le Lilas,David Attié le Ldef tandis que Julien Giraud vient renforcer la cellule qualitédu Sédi.Directeur de la publication : Philippe Chomaz Directeur scientifique : Vanina Ruhlmann-Kleider Rédacteur en chef : Jean-Luc SidaRédacteurs invités : Christian Gouiffès, Roland Lehoucq, Vanina Ruhlmann-KleiderComité éditorial : Maryline Besson, Rémi Chipaux, Olivier Corpace, Philippe Daniel -Thomas, Antoine Drouart, Christian Gouiffès, Florence Hubert-Delisle,Fabien Jeonneau, Emmanuelle de Laborderie, David Lhuillier, Pierre Manil, Vanina Ruhlmann-Kleider, Yves Sacquin, Angèle Séné, Didier VilanovaSecrétariat : Maryline Besson, Elsa Rodrigues (apprentie) Photographies portraits : Imag'In Irfu-Alain Porcher Mise en page : Christine MarteauAbonnement : Sophie Chastagner Tél : 01 69 08 75 57 ou sophie.chastagner@cea.fr Dépôt légal juin 200916