Café des Sciences du 8 mars 2012, Alliance Française de Denver

Café des Sciences du 8 mars 2012, Alliance Française de Denver (Colorado)
Intervenant : Benoît Cerutti, PhD
Titre : Dernières nouvelles du cosmos des hautes énergies
Thématique : Astrophysique
La Mission pour la Science et la Technologie, poste de Los Angeles, a souhaité pour cette
année 2012 étendre l’organisation du Café des Sciences à toute sa circonscription
consulaire. Ainsi, le 8 mars dernier, pour la première fois depuis sa création en janvier
2010 le Café des Sciences s’est tenu hors de la Californie du Sud, à Denver (Colorado) !
Benoît Cerutti est chercheur postdoctorant en astrophysique à l'université du Colorado à
Boulder, depuis septembre 2010. Après avoir suivi des études d'ingénieur en
nanophysique à l'Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG) en France, il
obtient une thèse en astrophysique des hautes énergies à l'université de Grenoble en juin
2010. Benoît Cerutti est fasciné par le monde qui nous entoure et aime partager sa
passion pour les sciences et la nature : opération réussie lors de ce premier Café des
Sciences de Denver.
Benoît a tout d’abord présenté les origines de la physique des particules des hautes
énergies et les concepts de base liés à ce domaine. Il y a environ 100 ans, Victor Franz
Hess, physicien autrichien et américain, découvrit dans l’atmosphère une mystérieuse
source de particules ne provenant pas de notre planète : les rayons cosmiques. Il obtint
pour cette découverte le prix Nobel Nobel de physique en 1936. Aujourd’hui nous avons
appris beaucoup sur les rayons cosmiques et nous savons entre autres qu’ils sont
composés de particules énergétiques extrêmement chargées et que 90% d’entre elles sont
des protons.
Mais d’où viennent ces rayons et comment sont-ils produits ? Pour remonter à la source
on ne peut malheureusement pas regarder dans la direction des rayons cosmiques car ils
ne traversent malheureusement pas l’univers de façon rectiligne. Cependant et
heureusement ils sont produits par des accélérateurs cosmiques qui produisent également
des rayons gamma qui eux voyagent en ligne droite. Les rayons gamma sont les rayons
lumineux les plus énergétiques qui existent (avec des énergies supérieures à 10
9
eV) et
sont composés de particules appelées photon. Plusieurs méthodes et instruments
permettent de détecter ces rayons gamma et donc d’identifier les sources des rayons

cosmiques. Parmi eux, le télescope V.E.R.I.T.A.S. qui se trouve en Arizona ou encore le
H.E.S.S. implanté en Namibie.
Benoît Cerutti a ensuite présenté des images de l’univers tel qu’on le voit rarement, c’est-
à-dire à partir de la détection des rayons gamma. Ces images permettent d’observer les
sources des rayonnements cosmiques. Les sources sont séparées en deux groupes : les
sources locales, c’est-à-dire présente dans notre galaxie (la voie lactée) et les sources
distantes, situées en dehors de notre galaxie. Pour chaque
catégorie Benoît a présenté quelques exemples de sources
de rayonnement gamma.
Au sein de notre galaxie, on trouve la Nébuleuse du Crabe
qui est un rémanent de supernova c’est-à-dire de la matière
éjectée lors de l'explosion d'une étoile massive en fin de
vie, phénomène appelé supernova. De récentes
observations montrent que cette Nébuleuse du Crabe
accélère des particules jusqu’à une énergie de 10
15
eV. La
nébuleuse contient en son centre un pulsar qui fait à peine
10km de diamètre mais est aussi massif que le soleil ! On
peut comparer le pulsar à un phare envoyant plusieurs fois
par seconde des rayons gamma ; le pulsar du crabe tourne
sur lui-même environ trente fois par seconde. Certains types d’étoiles binaires (deux
étoiles orbitant autour d'un centre de gravité commun) peuvent aussi produire des rayons
gamma, c’est le cas de Cygnus X-3 que Benoît a pris en exemple.
En dehors de la voie lactée, d’autres galaxies dites actives contiennent un « noyau »
lumineux produisant un jet important de rayons gamma, c’est le cas par exemple de
Centaurus A. Ce « noyau » est en réalité un trou noir supermassif c’est-à-dire un trou noir
dont la masse est d’environ un million à un milliard de fois la masse solaire et la taille
comparable à celle du système solaire. « En astrophysique, un trou noir est un corps dont
le champ gravitationnel est si intense qu’il empêche toute forme de matière ou
de rayonnement de s’en échapper. De tels objets n’émettent donc pas de lumière et sont
alors perçus comme étant noirs » (ref : http://fr.wikipedia.org/wiki/Trou_noir).
Pour finir son exposé, Benoît Cerutti a présenté ce que l’on appelle les sursauts de rayons
gamma (en anglais, gamma-ray bursts). Ce sont des bouffées de rayon gamma qui se
produisent aléatoirement dans tout l'Univers, et sont situées à des milliards d'années-
lumière de nous. Chaque événement dure quelques secondes et rayonne autant
d'énergie que le Soleil durant sa vie entière (10 milliards d'années). Ces sursauts de
rayons gamma sont les événements les plus lumineux de l’Univers après le Big Bang !
Les discussions qui ont suivi cette présentation ont été l’occasion d’aborder les
applications de ce type de recherche. En plus des connaissances fondamentales majeures
qu’elle apporte, il semble que l’astronomie des rayons X permette le développement de
meilleurs outils d’imagerie médicale, notamment de détecteur plus sensible qui permet
d’éviter une irradiation trop importante des patients.
Rédacteur : Lecomte Manon, [e-mail]