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Que représente
cette image ?
Posté par Michel le Jeudi 10/01/2008 à 00:00
Une fabrique d'antimatière au sein de la Voie lactée
D'où vient le mystérieux nuage d'antimatière présent dans les régions centrales de la Galaxie ? Une équipe européenne d'astrophysiciens, composée notamment de chercheurs du CNRS, de l'Université Paul Sabatier de Toulouse et du CEA (1), a levé une partie du voile en cumulant l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être...) des données recueillies depuis quatre ans par Integral, un satellite (Satellite peut faire référence à :) de l'ESA. Ces travaux sont publiés dans la revue Nature du 10 janvier 2008.


La carte de la Voie lactée observée par SPI à l'énergie de 511 keV
représentée en coordonnées galactiques.
Le plan de la Galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir supermassif en son centre.) est la ligne centrale de part et d'autre du centre galactique
à la position (0,0). A une émission symétrique de largeur (La largeur d’un objet représente sa dimension perpendiculaire à sa longueur, soit la mesure la plus étroite de sa face. En géométrie plane, la largeur est...) à mi-hauteur de 6 degrés
(le bulbe (Un bulbe est une pousse souterraine verticale disposant de feuilles modifiées utilisées comme organe de stockage de nourriture par une plante à dormance.) galactique) s'ajoute une extension d'un coté du disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une forme ronde et régulière, à l'image d'un palet — discus en...) galactique.
Le code de couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) indique l'intensité du signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets...) (rouge plus intense)

Un disque d'antimatière très asymétrique

Forme "miroir (Un miroir est un objet possédant une surface suffisamment polie pour qu'une image s'y forme par réflexion et conçu à cet effet. C'est souvent une couche métallique fine, qui, pour...)" de la matière, l'antimatière constitue avec la matière un couple étrange: mises en présence, particule et antiparticule (A chaque type de fermions fondamentaux correspond un type d'antiparticule. Ainsi, à l' électron est associé au positron, et les quark, à leurs antiquark. La première antiparticule observée, un...) s'annihilent mutuellement en énergie. En 2005, les astrophysiciens avaient établi, grâce au spectrographe SPI (2), embarqué à bord du satellite Integral, une première carte de la répartition de l'antimatière dans la Galaxie: l'antimatière y était essentiellement concentrée autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre...) du centre galactique avec une composante plus ténue répartie le long de son disque équatorial. Dans ces premières données, le nuage (Un nuage est une grande quantité de gouttelettes d’eau (ou de cristaux de glace) en suspension dans l’atmosphère. L’aspect d'un nuage dépend de la...) d'antimatière semblait très symétrique, suggérant qu'il pouvait provenir de la désintégration de particules exotiques de matière noire dans le halo central symétrique de la Galaxie.

En cumulant maintenant toutes les observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude...) obtenues ces quatre dernières années par SPI, les scientifiques ont pu affiner la cartographie (La cartographie désigne la réalisation et l'étude des cartes géographiques. Le principe majeur de la cartographie est la représentation de...) de ce nuage et constater que l'antimatière se distribuait de façon asymétrique de part et d'autre du centre galactique. L'émission d'antimatière du disque galactique apparaît deux fois plus importante d'un côté du centre galactique que de l'autre.

Une répartition similaire à celle des sources X binaires


La répartition des systèmes binaires X de faible masse détectés
par le télescope IBIS/ISGRI à bord du satellite Integral.
Une concentration plus importante dans la même direction est visible,
suggérant que ces systèmes binaires X sont les sources d’antimatière
dans les régions internes du disque galactique

Cette répartition surprenante semble confirmer une autre piste explorée pour expliquer l'origine de l'antimatière présente dans la Galaxie. Elle apparaît très proche en effet de la répartition d'un certain type d'objets appelés sources X binaires de faible masse. Les sources X binaires sont des couples formés d'une étoile orbitant autour d'un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être...) compact tel qu'une étoile à neutrons ou un trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense qu’il empêche toute forme de matière ou de rayonnement de...). Leur rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une...) X provient de l'énorme quantité d'énergie dégagée par la chute de la matière de l'étoile sur l'astre compact. Dans de tels systèmes, un plasma ( En physique, le plasma décrit un état de la matière constitué de particules chargées (d'ions et d'électrons). Le plasma quark-gluon est un plasma qui...) chaud constitué d'électrons et de positons (3) est éjecté et une fraction de ces derniers se propage dans le milieu interstellaire (En astronomie, le milieu interstellaire est le gaz raréfié qui, dans une galaxie, existe entre les étoiles et leur environnement proche. Ce gaz est habituellement extrêmement ténu, avec des...) avant de s'annihiler en émettant un rayonnement à une énergie caractéristique de 511 keV (4).

De l'origine de l'antimatière au centre de la Galaxie

Les sources X binaires sont donc une piste pour expliquer une partie de l'origine de l'antimatière dans les régions internes du disque de la Galaxie. Si ce scénario permet d'expliquer la moitié de la quantité considérable d'antimatière produite au centre de la Voie lactée, des sources astrophysiques classiques comme des supernovae thermonucléaires ou le trou noir (Le Trou noir (The Black Hole) est un film de science-fiction réalisé par Gary Nelson, produit par la Walt Disney Pictures et sorti en 1979. L'histoire est inspiré du roman Vingt mille...) central super massif (Le mot massif peut être employé comme :) pourraient expliquer l'origine de la quantité restante. La place pour un scénario exotique invoquant une particule de matière noire se réduit donc fortement...


Notes:

(1) Centre d'Etude Spatiale des Rayonnements (CNRS, Université Paul Sabatier, Toulouse) et Service d'Astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des propriétés des objets de l'univers...) du CEA-IRFU - Laboratoire AIM (CEA, CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).), Université de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est...) Diderot).
(2) Le spectrographe SPI (pour SPectromètre pour Integral) permet de détecter une émission gamma dans des raies fines de la Galaxie avec une très grande précision. Sous maitrise d'oeuvre du CNES , Le CESR a conçu et réalisé la caméra gamma et le CEA un dispositif électronique majeur de ce télescope.
(3) Le positon (ou positron) est la particule d'anti-matière correspondant à l'électron. L'annihilation "positon-électron" produit une quantité d'énergie bien précise qui se traduit par un excès de lumière à une énergie de 511 keV.
(4) L'énergie des rayons X et gamma est souvent évaluée en "électron-volt (eV)". En unités du système international (SI), 1 eV correspond à 1.6 10^-19 Joule.



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Source: CNRS/INSU
Illustrations: © CESR. Integral. ESA