Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers

Les New Small Wheels (NSW, nouvelles petites roues) sont le projet le plus important de la phase 1 de la jouvence du détecteur ATLAS, en vue des prises de données à haute luminosité. L’IRFU a été fortement impliqué dans la conception, la construction, l’intégration, la mise en œuvre, et le fonctionnement des NSW. Les NSW combinent deux technologies complémentaires : sTGC (small-strip Thin Gap Chambers), et Micromegas (Micro-Mesh Gaseous Structure). Les Micromegas ont été initialement développées par l’IRFU en collaboration avec le CERN dans les années 1990. C’est la première fois qu’elles sont utilisées à une si grande échelle : les NSW contiennent 1200 m² de plans de Micromegas, dont un tiers a été construit par l’IRFU à Saclay. Les deux roues ont été installées en 2021, à temps pour le début des prises de données du Run 3 du LHC. Depuis le printemps 2024, sTGC et Micromegas participent au système de déclenchement des muons vers l’avant du détecteur (end-cap), améliorant la réjection du bruit de fond de plus d’un facteur 2, réduisant ainsi le taux de trigger de 25 kHz à 11 kHz. Cela permet à ATLAS de prendre des données à une luminosité et un taux d’empilement jamais atteints auparavant.

The New Small Wheels (NSW) are the most important project of the ATLAS Phase-1 upgrade towards the High-Luminosity LHC. IRFU has been heavily involved in the design, construction, integration, commissioning and operations of the NSW. The NSW combine two complementary gas detector technologies: sTGC (small-strip Thin Gap Chambers), and Micromegas (Micro-Mesh Gaseous Structure). The latter was pioneered at CEA-Saclay in collaboration with CERN in the 1990’s. It is the first time that the Micromegas technology is used at such a large scale: the NSW contain a total of 1200 m² of Micromegas planes, one third of which were constructed by IRFU at Saclay. Both wheels were installed in 2021, in time for the beginning of the LHC Run 3. Since spring 2024, both sTGC and Micromegas technologies contribute to the muon endcap trigger, improving the background rejection by more than a factor two, and reducing the trigger rate from 25 kHz down to 11 kHz. This allows ATLAS to run at higher luminosity and pile-up than ever before.

Dix ans après la découverte du boson de Higgs, le LHC a commencé en 2022 une phase de prise de données à une énergie encore inégalée de 13,6 TeV. Une telle énergie ouvre la porte à de nouveaux tests du modèle standard (MS). Le boson de Higgs, en particulier, sera attentivement scruté. L’expérience CMS dévoile pour la conférence ICHEP 2024 ses premières mesures sur les propriétés du boson de Higgs, dans les canaux de désintégrations H→γγ (diphoton) et H→ZZ*→4l (4 leptons), à cette énergie record, mettant ainsi en lumière les contributions majeures des équipes de l’Irfu à l’analyse du canal diphoton. Ces premières mesures, conformes aux prédictions théoriques, confortent le MS mais la traque de la physique au-delà du MS ne fait que commencer à une telle énergie...

La désintégration double bêta sans émission de neutrinos (0ν2β) est un processus hypothétique dans lequel deux neutrons à l'intérieur d’un noyau se transforment en deux protons en émettant deux électrons mais aucun neutrino. Si elle venait à être observée, cette désintégration aurait des implications importantes sur notre compréhension des lois fondamentales de la nature. En particulier, elle impliquerait que le neutrino est une particule de Majorana, c'est-à-dire sa propre antiparticule, et donc nous aiderait à comprendre l'asymétrie entre matière et antimatière dans notre Univers.

Dans le cadre de cette recherche, une collaboration internationale [1] à laquelle a pris part un physicien théoricien du DPhN vient de calculer de manière microscopique l’élément de matrice nucléaire (EMN) pour la désintégration 0ν2β entre le ⁷⁶Ge et le ⁷⁶Se [2]. Plus celui-ci est grand, plus la désintégration est probable, et inversement. Pour la première fois, l’incertitude théorique a pu être estimée de manière rigoureuse. La valeur de cet EMN a été calculée pour le noyau de ⁷⁶Ge et le résultat est plus petit que ceux obtenues auparavant grâce aux approches phénoménologiques. Ceci signifie que cette désintégration serait moins probable, et donc malheureusement plus difficile à observer. Les calculs des EMN pour les autres noyaux candidats pour observer la 0ν2β, comme le ¹⁰⁰Mo ou le ¹³⁶Xe se poursuivent ....

Abstract: Le proton est un objet complexe rempli de particules élémentaires, les quarks et les gluons, interagissant entre elles via l'interaction forte. Nous savons à partir de mesures antérieures réalisées à haute énergie (expérience HERA à Hambourg 1992-2007) que la structure des protons est dominée par les gluons quand on le sonde à petite distance (haute énergie). Les gluons sont capables d’interagir entre eux et leur fusion impliquerait que leur nombre croit sans limite. Or la théorie des interactions fortes prédit une saturation de la densité de gluon. Pour valider cette prédiction théorique, des chercheurs de l'Irfu de la collaboration ALICE au LHC ont réalisé une première mesure sensible aux fluctuations de la densité de gluons dans le proton. Cette mesure, rendue possible grâce à une meilleure maîtrise du bruit de fond, présente la même évolution avec l’énergie que celle observée à HERA et avec une précision similaire. Ce résultat ouvre la voie à de futures mesures à des énergies plus élevées accessibles dans les collisions proton-plomb au LHC (Run 4 ~2029) avec ALICE et LHCb.

Avec plus de 5 000 scientifiques, ingénieurs, techniciens, administrateurs et étudiants, CMS est l'une des plus grandes collaborations scientifiques au monde. Comptant parmi ses rangs des membres provenant de plus de 240 instituts et universités, répartis dans près de 50 pays à travers le monde, cette collaboration exploite les données fournies par l'experience CMS, l'un des deux détecteurs généralistes géants installés le long de la circonférence du LHC, le grand collisionneur de hadrons du CERN.

Gautier Hamel de Monchenault, physicien au département de physique des particules du CEA-Irfu, a été élu lundi 12 février 2024 dixième porte-parole de la collaboration CMS au CERN et exercera cette fonction prestigieuse du 1er septembre 2024 au 31 août 2026. Il sera le 10ème porte parole de la collaboration CMS et le deuxième porte-parole français à diriger l'une des quatre expériences du LHC.

Ces années intenses verront la fin de la troisième période de prise de données du LHC tel que nous le connaissons, et le début de l’installation des mises à jour du détecteur en vue des données du HL-LHC, à haute luminosité, ainsi que la mise à jour de la stratégie européenne en physique des particules.

La collaboration T2K a annoncé le 17 janvier le lancement de la seconde phase de son expérience, comme indiqué dans un communiqué de presse. Cette phase exploitera une mise à niveau du faisceau, dont la puissance nominale a été portée de 450 kW à 710 kW, avec pour objectif d’atteindre 1.2 MW d'ici 2027. Une version améliorée du détecteur proche ND280 de l’expérience est également mise en œuvre, intégrant notamment de nouvelles chambres à projection temporelle utilisant la technologie des Micromégas résistives conçues et développées par les équipes de l’Irfu. L'objectif de cette deuxième phase sera de recueillir d’ici 2027 plus du double de la statistique neutrino collectée pendant la phase précédente, ainsi que de réduire d’un facteur deux l’incertitude sur le taux de neutrinos produits. Le but est d’atteindre une significance de 3σ sur la violation de la symétrie Charge-Parité (CP), en cas de violation maximale de CP, comme le suggèrent les résultats de la première phase de T2K. La découverte d'une violation de la symétrie CP dans le secteur leptonique pourrait expliquer l'un des mystères les plus fondamentaux de la physique moderne : l'asymétrie matière-antimatière observée dans l'Univers.

Soutenus par le programme transverse de compétence « simulation numérique » du CEA, l’Irfu, le Laboratoire National Henri Becquerel de la DRT et le Service d'Étude des Réacteurs et de Mathématiques Appliquées de la DES se sont associés pour revoir en profondeur les calculs de spectres d'antineutrinos émis par un réacteur nucléaire. Une refonte complète de la méthode par sommation pose ainsi de nouvelles et solides bases pour ces calculs, et a fait la une du journal Physical Review C [1] le 27 novembre 2023. Celle-ci intègre de nombreuses améliorations relevant de la modélisation de la désintégration bêta et de l’évaluation des données nucléaires. Elle quantifie d’autre part l’ensemble des effets systématiques susceptibles d’influer sur les calculs afin de proposer pour la première fois un modèle complet d’incertitude. Une avancée majeure qui fait désormais du modèle par sommation, longtemps critiqué pour son caractère approximatif et incomplet, un outil robuste pour la prédiction des spectres d’antineutrinos de réacteur ainsi que pour l’interprétation des mesures expérimentales en cours et à venir. Ce travail stimulera probablement des recherches ciblées pour vérifier et améliorer les données nucléaires utilisées en entrée de ce nouveau modèle, avec un impact potentiellement très large, de la physique des neutrinos à de nombreux aspects de la science et de la technologie des réacteurs nucléaires. Il apporte également un éclairage intéressant sur l’origine des anomalies des antineutrinos de réacteur [2,3].

Le noyau d’hélium 6 a été proposé comme candidat possible pour explorer le modèle de la désintégration du neutron en matière noire. Grâce à la pureté et à l’intensité du faisceau d’hélium 6 (jusqu’à 300 millions de noyaux par seconde) produit par les installations de GANIL SPIRAL1, une probabilité maximale de 0.4 milliardième à l’existence d’un tel mode de décroissance dans l’hélium 6 a pu être établie. Cette limite contraint fortement le modèle théorique de la décroissance du neutron en matière noire ainsi que son origine : le problème de la durée de vie du neutron.

Une équipe de physiciens de l’Irfu, en partenariat avec le centre de physique nucléaire de Varsovie et l’université Williams & Mary aux États-Unis a mis au point une technique pour combiner efficacement données de simulations et expérimentales dans le but d’extraire la structure multidimensionnelle du nucléon en termes de quarks et gluons. Fondée sur la repondération bayésienne, cette technique permet de réduire fortement le coût de calcul par rapport aux approches standards. Les premières évaluations estiment que combiner données expérimentales et de simulation permettrait de réduire de près de 50 % [1] les incertitudes et permettent d’espérer une cartographie précise des quarks et des gluons dans le proton pour la seconde moitié de la décennie. C’est précisément l’objectif du projet CompToN financé par l’ANR qui a débuté à l’Irfu le 1 avril 2024.

Pour la première fois, une expérience a fourni des observations clés sur la spectroscopie des noyaux non liés d’oxygène (nombre de protons Z = 8) riches en neutrons, l’oxygène 28 (N = 20) et son isotope voisin à N = 19, l'oxygène 27.  Ils ont été produits dans des réactions à haute énergie et observés par la détection directe de leurs produits de décroissance, ²⁴O et trois ou quatre neutrons. L’étude montre qu’il est possible de contraindre les paramètres des interactions ab initio à partir des différences en énergie des états observés par rapport au dernier isotope lié – l’²⁴O (N = 16). Ces résultats inédits ont été publiés dans la revue Nature [Nat23]. 

Du fait de la complexité de l’étude de noyaux non liés, un dispositif exceptionnel a été mis en œuvre auprès de l’installation de faisceaux d'ions radioactifs la plus performante au monde : RIBF au Japon. Les données ont été obtenues par une collaboration internationale (Samurai21) d'une centaine de physiciens (36 laboratoires) notamment une équipe* de physiciens de l'Irfu qui a mis en opération un détecteur-clé pour les mesures, Minos. L'expérience réalisée sur l'aire Samurai de l'installation RIBF (Radioactive Ion Beam Factory) de RIKEN au Japon était pilotée par les groupes de physiciens de Titech (Tokyo Institute of Technology) et les équipes de RIKEN-RIBF. 

Le modèle standard de la cosmologie, fondement de notre compréhension de l'Univers depuis le Big Bang, est-il en danger ? Les récentes observations du télescope spatial James Webb (JWST), menées par une équipe internationale incluant le Département d’Astrophysique du CEA-IRFU, révèlent des galaxies massives dans l'Univers jeune, suscitant un vif débat au sein de la communauté scientifique. Alors que certains chercheurs y voient une remise en question de ce modèle, d'autres avancent que ces masses galactiques pourraient avoir été surestimées, suggérant que des mesures plus précises pourraient résoudre l'énigme sans invalider le modèle standard. Grâce au programme FRESCO, des données spectroscopiques plus précises que les précédentes semblent réconcilier ces galaxies précoces avec les prévisions théoriques. Toutefois, trois cas extrêmes continuent de défier notre compréhension de la formation galactique.

Le champ magnétique du Soleil est généré par un effet dynamo, causé par des mouvements de convection et de rotation dans son enveloppe. Il évoluera dans un futur lointain lorsque notre étoile deviendra une géante rouge, une étoile évoluée caractérisée par une enveloppe étendue et une rotation bien plus lente. La question se pose alors : comment évoluera le champ magnétique lorsque notre Soleil se transformera ?

Pour répondre à cette question, une équipe de chercheurs affiliée au Département d’Astrophysique du CEA Paris-Saclay et à l’OSU OREME de l’Université de Montpellier a réalisé plusieurs simulations numériques hautes performances avancées de l’étoile Pollux, une géante rouge qui sert d’exemple à ce que pourrait devenir le Soleil, avec un champ magnétique très faible, inférieur à 1 Gauss, du fait de son enveloppe étendue.

Ces simulations permettent de reproduire la valeur observée et expliquent cette faible valeur en montrant qu’entre 2 et 8 % de l’énergie cinétique (de mouvement) du plasma est convertie en énergie magnétique, en fonction de la taille des cellules de convection à la source de la dynamo. Les petites cellules créent des champs moins intenses et plus complexes, car la corrélation entre les structures magnétiques et convectives diminue à grande échelle. L’étude montre également que le champ magnétique de Pollux inverserait sa polarité sur plusieurs années, à l’image du Soleil, un phénomène encore non observé mais suggéré par les simulations et nécessitant de l’observer sur une période plus longue pour le confirmer.

Par ailleurs, ces travaux enrichissent notre compréhension du magnétisme des étoiles géantes et ouvrent de nouvelles perspectives pour la mission PLATO de l’ESA, qui explorera l’activité magnétique des étoiles et ses impacts sur les exoplanètes.

Cette étude fait l’objet d’une publication dans The Astrophysical Journal.

La NASA vient de sélectionner le projet PRIMA (The PRObe for Infrared Mission for Astrophysics) pour une étude de phase A, parmi une dizaine de propositions. Cette phase d’étude, qui durera un an, permettra d’évaluer en profondeur le projet avant la décision finale. Si PRIMA est retenu, la NASA allouera un budget d’un milliard de dollars pour son développement, avec un lancement prévu en 2031.

PRIMA est un télescope conçu pour observer l’infrarouge lointain, ce qui offrira des réponses sur l’origine et l’évolution des planètes, des trous noirs supermassifs, des étoiles et de la poussière cosmique.

La France joue un rôle majeur dans cette mission, notamment grâce à la participation du CNES, du Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (LAM) et du CEA, qui collaborent au développement de l'un des instruments clés du projet, l’imageur PRIMAger. Sur le plan européen, le projet bénéficie également du soutien du SRON (Pays-Bas) ainsi que d'instituts en Italie et au Royaume-Uni (Cardiff), renforçant ainsi la dimension internationale de l'équipe.

La compréhension des diverses populations stellaires constituant les galaxies est cruciale pour étudier la formation de ces dernières à travers le temps cosmique. Néanmoins, des irréductibles étoiles résistent encore et toujours aux modélisateurs ! Leur nature complexe et leur courte durée de vie rendent les étoiles de la branche asymptotique des géantes thermiquement pulsantes (TP-AGB) difficiles à modéliser, un sujet de débat depuis des décennies. Le télescope spatial James Webb permet enfin de lever le voile sur leur contribution au spectre des galaxies lointaines. Ces découvertes ont des répercussions sur la détermination de l'âge et de la masse stellaire des galaxies, ainsi que sur la production de poussière cosmique et l'enrichissement chimique.

Cette découverte vient d'être publiée dans la prestigieuse revue Nature.

La mission spatiale Euclid de l'ESA révèle le 15 octobre le premier morceau de sa grande carte de l'Univers, qui montre des millions d'étoiles et de galaxies. Ce premier morceau du relevé d'Euclid a été révélé lors du Congrès international d'astronautique à Milan, par le directeur général de l'ESA, Josef Aschbacher, et la directrice des sciences, Carole Mundell.

Grâce à un accord entre le CEA et l'ESA, deux experts du traitement d'images, Jean-Charles Cuillandre et Emmanuel Bertin, tous deux astronomes de l'Observatoire des Sciences de l'Univers de Paris-Saclay (OSUPS) et membres du Département d'Astrophysique du CEA Irfu, ont réalisé cette mosaïque sous la supervision de l'ESA. La logistique informatique du projet a été assurée par le centre d’opérations et de données de l'OSUPS (IDOC), avec les moyens techniques de la plateforme VirtualData du mésocentre Paris-Saclay.

Il est bien établi que la plupart des galaxies abritent un trou noir supermassif, soupçonné depuis longtemps de freiner la formation de nouvelles étoiles. Cependant, aucune étude n’avait jusqu’à présent démontré un lien direct entre ces trous noirs et l’évolution des galaxies.

En analysant des dizaines de galaxies, des chercheurs, notamment du Département d’Astrophysique du CEA-Irfu, ont découvert que la quantité de gaz d’hydrogène, essentiel à la formation stellaire, diminue en corrélation directe avec la masse du trou noir central, bien plus qu'avec la masse de la galaxie elle-même. Ce gaz, principalement issu de l’accrétion de matière depuis l’espace intergalactique, semble être bloqué par les trous noirs, empêchant ainsi les galaxies de s’approvisionner en matière extérieure. Ce phénomène, qualifié d’« asphyxie », suggère que les trous noirs jouent un rôle central dans l’histoire des galaxies en limitant leur croissance.

Cette étude a été publié dans la prestigieuse revue Nature.

Tilepy est une plateforme conçue pour optimiser et faciliter la planification des observations de suivi des événements multi-messagers [1]. Développée au cours des huit dernières années par une équipe de chercheurs à l’Irfu, dirigée par Fabian Schussler, l’équipe comprend d’anciens doctorants Monica Seglar-Arroyo et Halim Ashkar, qui ont commencé leurs contributions pendant leurs études doctorales, ainsi que le postdoctorant Mathieu de Bony de Lavergne. Tilepy, maintenant accessible au public, offre des solutions innovantes et faciles à utiliser pour planifier les observations de suivi des événements comme les ondes gravitationnelles (GW), les sursauts gamma (GRB) et les neutrinos de haute énergie. Tilepy a déjà été adopté par les observatoires internationaux H.E.S.S. et CTA/LST-1 comme outil de planification par défaut pour les études multi-messagers.

METIS est un instrument de première génération de l’ELT, l’Extremely Large Telescope actuellement en construction dans le désert d’Atacama au Chili et qui verra sa première lumière en 2028. L’Irfu est impliqué sur cet instrument depuis 2018. En 2021, 14 cryomécanismes qui  actionneront une douzaine de systèmes optiques sur l’instrument METIS ont été livrés. METIS est composé de deux unités distinctes : l’une pour la spectroscopie, l’autre pour l’imagerie. Cette dernière contient des coronographes basés sur des masques de phase. Les performances des masques conçus par l’Université de Liège ont été optimisées grâce aux mesures effectuées sur le banc optique du département d’astrophysique dédié à l’imagerie infrarouge. En avril 2024, après 6 mois de tests et d’optimisation des performances, les trois masques pour la coronographie en bande N (7.5-13.5µm) ont été livrés au consortium METIS. Ils seront prochainement intégrés à l’instrument, qui rentre en 2024 dans sa phase de fabrication.

Samedi 22 juin à 9h, la fusée chinoise Long Marche 2C a décollé depuis la base de lancement de Xichang, dans la province du Sichuan en Chine, avec à son bord le satellite Franco-Chinois Svom (Space Variable Object Monitor). Quelques minutes après, Svom s’est positionné en orbite basse à une altitude de 650 km. Il est maintenant paré pour débuter sa phase de démarrage qui va durer plusieurs mois afin de commencer l’exploitation scientifique dès le mois d’octobre.

communiqué de presse CEA/CNES/CNRS

La collaboration Euclid publie aujourd’hui cinq articles de référence de la mission et dix articles scientifiques basés sur les premières images qui furent dévoilées au public en novembre 2023, et les nouvelles images présentées aujourd’hui par l’ESA. 

Cette phase d’observations préliminaires menée l’automne dernier donne un aperçu des performances exceptionnelles du télescope. Les premiers articles scientifiques révèlent d’ores-et-déjà la découverte de planètes errantes nouvellement nées, la richesse de la population d'amas globulaires autour des galaxies voisines, la découverte de nouvelles galaxies naines à faible brillance de surface dans un amas de galaxies voisin, la distribution de la matière noire et de la lumière intra-amas dans les amas de galaxies, ou encore de dizaines de galaxies massives datant d’une époque où l’Univers n’avait que 5% de son âge actuel. 

En parallèle de ces 15 articles, l’ESA dévoile aujourd’hui cinq nouvelles images basées sur ces observations qui permettent une fois de plus de contempler la finesse des images de Euclid, et sa capacité à observer toutes les échelles de l'Univers depuis le domaine optique jusqu’au proche infra-rouge sur un vaste champ de vue, plus de deux fois la surface de la pleine Lune. 

Le CEA joue un rôle majeur dans l’ensemble de la mission au sein de la collaboration Euclid, depuis la conception et réalisation, jusqu’à son exploitation scientifique qui va se dérouler sur les six prochaines années. Le CEA est également très impliqué dans ce programme de validation scientifique du télescope mis en place par l’ESA. Jean-Charles Cuillandre, astronome au département d’astrophysique du CEA-Irfu, a analysé ces premières données scientifiques transmises par Euclid pour, d’une part, créer les images couleur mais aussi, permettre leur exploitation scientifique. Il est coauteur des 10 articles scientifiques relatant les premières découvertes, dont 2 en tant que premier auteur, l’un portant sur l’amas de galaxie de Persée et l’autre sur le traitement des images.  

Bien que nettement plus fréquentes dans l’Univers, les étoiles naines ultra froides demeurent encore très mal comprises en raison de leur faible luminosité. Par conséquent, notre compréhension de leur population planétaire demeure limitée, alors qu'elles représentent une fraction importante des planètes de notre Voie lactée. C'est dans ce contexte que le programme SPECULOOS a été développé, visant à explorer les exoplanètes autour de ce type d'étoiles.

Grâce à ce programme, une équipe internationale de chercheurs, incluant le CEA, vient de découvrir une nouvelle planète : SPECULOOS-3 b. De la taille de la Terre, elle orbite autour de la naine ultra froide SPECULOOS-3, située à 55 années-lumière. Cette découverte constitue le deuxième système planétaire identifié autour de ce type d'étoile, après le célèbre système TRAPPIST-1, également détecté grâce à ce programme d'observation.

Les caractéristiques de SPECULOOS-3 b en font l'une des exoplanètes rocheuses les plus prometteuses pour une caractérisation détaillée par spectroscopie d'émission avec l'instrument MIRI du JWST. Sa sensibilité devrait fournir des contraintes significatives sur la composition atmosphérique, ou sa minéralogie de surface de la planète le cas échant.

Cette découverte a été publiée dans le journal Nature Astronomy

Le premier magnetar extragalactique découvert par INTEGRAL! Un événement transitoire unique a été détecté par le satellite INTEGRAL: jusqu’à présent le magnetars, étoiles à neutrons au champ magnétique hyper puissant, n’étaient connus que dans notre galaxie. INTEGRAL, avec l’aide de XMM et d’observatoires au sol, a découvert un magnetar dans la galaxie M82!

Retour sur la détection de ce "giant flare" seulement le 4ème en 50 ans d’observations! (article publié Nature)

Pendant que le satellite de l’ESA INTEGRAL était en train d’observer la région de l’amas de galaxies de la Vierge en Novembre 2023, le télescope IBIS/ISGRI a soudainement détecté un signal gamma très bref, d’une durée d’un dixième de seconde (fugure ci contre). Grâce au INTEGRAL Burst Alert Sytem (IBAS), qui analyse les données d’ISGRI en temps réel au centre de données d’INTEGRAL (ISDC), une alerte a été émise seulement 13 secondes après l’évènement et les astronomes d’astreinte, dont Diego Götz du DAp, ont rapidement réalisé que cet évènement énergétique était associé à la galaxie M82.

La question qui s’est posée par la suite était : quel est la nature de l’objet à l’origine de l’impulsion gamma. Est-ce un sursaut gamma court (issu de la coalescence de deux étoiles à neutrons) ou bien un giant flare d’un magnetar (étoile à neutrons avec un champ magnétique très élevé) ?

Le grand relevé de galaxies DESI, qui utilise le télescope Mayall de 4m au Kitt Peak Observatory (Arizona), a commencé ses observations en mai 2021 et publie aujourd'hui l’analyse cosmologique de de sa première année de prise de données. DESI est un spectrographe multifibre qui, à chaque pointé, mesure le spectre de la lumière provenant de 5000 objets astrophysiques simultanément. Les données collectées permettent de dresser une carte tridimensionnelle de l’Univers. Des méthodes statistiques sont ensuite appliquées à cette carte pour en déduire comment l’expansion de l’Univers a évolué au cours des 11 derniers milliards d’années de son histoire alors que l’Univers est âgé de 13,8 milliards d’années. Pour faire cette analyse, les scientifiques s’appuient sur le phénomène physique des oscillations acoustiques baryoniques, des ondes de pression qui se sont propagées dans le plasma primordial et qui ont laissé un motif particulier dans la distribution de la matière que nous observons. Ce motif se traduit par le fait que la distance séparant deux galaxies montre un excès de probabilité à une valeur particulière. En mesurant cette distance caractéristique pour plusieurs types de galaxies différents, la collaboration DESI a ainsi mesuré l’histoire de l’expansion de l’Univers au cours de 11 derniers milliards d’années. L’analyse fine de ces données permet de préciser notre compréhension de l’Energie sombre, dont la nature est encore inconnue et qui est responsable de l’accélération de l’expansion de l’Univers. En particulier, les résultats de DESI tendent à montrer que l'Énergie sombre pourrait ne pas être décrite par une constante cosmologique mais qu’elle aurait évolué au cours du temps.

lien vers les articles :  https://data.desi.lbl.gov/doc/papers/

Les magnétars sont des étoiles à neutrons arborant les champs magnétiques les plus intenses observés dans l’Univers. Pour s’atteler à la question encore ouverte de l’origine de ces champs magnétiques extrêmes, un scénario a été proposé par une équipe du Département d’Astrophysique (DAp) du CEA Saclay faisant appel au mécanisme dynamo de Tayler-Spruit, provoqué par la matière qui retombe sur la jeune étoile à neutrons après l’explosion en supernovae. L’équipe de scientifiques avait montré en 2022 par une analyse analytique que ce type de dynamo pouvait expliquer l’intensité du champ magnétique des magnétars. Dans cette nouvelle étude, l’équipe confirme ce résultat grâce à des simulations numériques tridimensionnelles. Cela aura de grandes répercussions sur la compréhension de l’origine des champs magnétiques, non seulement pour les magnétars, mais aussi pour l’évolution stellaire où le même mécanisme dynamo pourrait être à l’œuvre.

Cette nouvelle étude a été publié dans le journal Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters.

Une équipe internationale, dont fait partie le Département d’Astrophysique du CEA-Saclay, dirigée par l'Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA), a utilisé l'un des spectrographes les plus avancés au monde pour détecter les plus petits "tremblements stellaires" jamais enregistrés dans une étoile naine orange, ce qui en fait l'étoile la plus petite et la plus froide observée à ce jour avec des oscillations solaires confirmées. Cette étude démontre que l’astérosismologie est une technique puissante pour étudier de telles étoiles, ouvrant de nouvelles perspectives dans notre compréhension de la physique stellaire et, par la même occasion, des exoplanètes.

Cette étude fait l’objet d’une publication dans le journal Astronomy & Astrophysics Letters : “Expanding the frontiers of cool-dwarf asteroseismology with ESPRESSO: Detection of solar-like oscillations in the K5 dwarf ε Indi”.

MISE A JOUR [26/03/2024] : La procédure de dégivrage des optiques d'Euclid a donné des résultats bien meilleurs que prévu. Le principal suspect de la vision trouble de l’instrument VIS d’Euclid était le miroir le plus froid derrière l'optique principale du télescope. Après l’avoir réchauffé de 34 degrés seulement, passant de -147°C à -113°C, a été suffisant pour que toute l’eau glacée s’évapore. Presque immédiatement, Euclid a retrouvé la vue avec 15 % de lumière en plus en provenance de l'Univers ! Les scientifiques et les ingénieurs ont ainsi pu déterminer avec précision où la glace s'était formée et où elle était susceptible de se former à nouveau. Pour en savoir plus, lire la page ESA. 

Quelques couches de glace d'eau - ayant la largeur d'un brin d'ADN - commencent à affecter la vision d'Euclid ; un problème courant pour les engins spatiaux dans le froid glacial de l'espace, mais un problème potentiel pour cette mission très sensible qui nécessite une précision remarquable pour étudier la nature de l'Univers sombre. Après des mois de recherche, les équipes d'Euclid à travers l'Europe, dont fait partie le CEA-Saclay, ont élaboré une nouvelle procédure conçue pour dégivrer l'optique de la mission, qui consiste à chauffer les miroir de manière indépendante. La campagne s’est déroulée comme prévue et, s’il faut encore attendre pour établir avec certitude son efficacité, les analyses préliminaires sont encourageantes.

LISA (Laser Interferometer Space Antenna), la mission large de l’Agence Spatiale Européenne qui explorera l’Univers en observant les nombreuses sources d’ondes gravitationnelles a été adoptée jeudi 25 janvier par le Comité des Programmes Scientifiques de l’ESA, c’est-à-dire que le concept et la technologie sont reconnus comme suffisamment avancés pour que la construction de l’instrument et des satellites puissent débuter. Le lancement est prévu pour 2035. 

Cette mission révolutionnera l’astrophysique, la cosmologie et la physique fondamentale grâce à 3 satellites orbitant autour du Soleil formant un triangle de 2,5 millions de km de côté pour détecter les ondes gravitationnelles émettant dans la bande du millihertz telles que les systèmes binaires de trous noirs supermassifs. Ces 3 satellites s’échangent des faisceaux laser pour détecter par interférométrie des variations de distance de l’ordre de la dizaine de picomètres induites par les ondes gravitationnelles. L’Irfu est fortement impliquée dans le projet LISA et contribue à la fois sur l’instrument, l’analyse de données et la science des sources. Elle est en charge du simulateur de masses de référence et de la structure stable pour le test du cœur interférométrique, de l’analyse des alertes, d’une contribution sur l’analyse globale et du co-pilotage du projet pour la France. Elle prépare également l’exploitation scientifique et en particulier les tests associés à la physique fondamentale, l’étude de l’Univers primordial et l’étude des champs magnétiques dans les systèmes binaires de naines blanches.

Le télescope spatial James Webb a réalisé un nouveau portrait de l'atmosphère de l'exoplanète WASP-39b, une "Saturne chaude" située à quelque 700 années-lumière. Après les premières observations en proche infrarouge en 2022, qui ont permis de révéler pour la première fois la présence de dioxyde de soufre (SO₂) dans l'atmosphère d'une exoplanète, elle a été de nouveau observée en 2023, mais cette fois en infrarouge lointain, à l'aide du spectromètre MIRI. Cette nouvelle observation a permis à l'équipe de chercheurs internationale, comprenant le Département d'Astrophysique de Saclay, de confirmer la présence de cette molécule dans l'atmosphère de WASP-39b et de contraindre son abondance. Cette étude récente démontre que la photochimie façonne l'atmosphère de WASP-39b sur une large plage de longueurs d'onde.

Cette étude a été publiée dans la préstigieuse revue Nature

Pour dévoiler ce mystère, plusieurs équipes aux compétences diversifiées du Département d’Astrophysique ont dû se réunir, car l’architecture qui unie l’étoile à sa planète est très complexe. Il fallait fusionner une compréhension fine de la physique stellaire et planétaire, en explorant leurs interactions, et avoir une connaissance approfondie des observations du satellite Kepler (NASA) pour en être capable d’en déchiffrer les données. 

L’étude démontre que la rareté observée semble découler non pas d'un biais observationnel, mais plutôt de causes physiques. Les effets de marée et le magnétisme suffisent à expliquer qualitativement et quantitativement la migration des planètes proches autour des étoiles à rotation rapide. De surcroît, cette migration semble être dépendante du type spectral (qui dépend fondamentalement de la masse) de l’étoile. Bien que ces résultats soient prometteurs, il est néanmoins nécessaire d’élargir la taille de l’échantillon pour mieux contraindre la pénurie et mieux comprendre les mécanismes en jeu. En particulier, cette étude souligne l’importance de considérer le type spectral des étoiles (leurs masses) si l’on veut correctement modéliser les interactions étoile-planète.

Ce travail fait l’objet d’une publication dans la revue Astronomy & Astrophysics.

La Royal Astronomical Society a annoncé aujourd'hui que leur prestigieux Group Achievement Award a été décerné à l'équipe internationale qui a développé l'instrument Mid InfraRed (MIRI) pour le télescope spatial James Webb (JWST). Ce prix récompense l'impressionnante réussite de l'équipe, qui a su mener à bien un projet international aussi long et complexe, ainsi que permettre des résultats scientifiques impressionnants émergeant de MIRI. 

MIRI est le fruit d’une collaboration entre l’Europe et les Etats-Unis d’Amérique (figure 2). L’équipe qui a conçu et développé l’instrument MIRI du JWST, a été dirigé par Gillian Wright du Royal Observatory of Edimburgh (ROE) et de George Rieke de l’Université d’Arizona. MIRI, seul instrument du télescope spatial à travailler dans l’infrarouge moyen, entre 5 et 28 microns, est formé d’un spectrographe, MRS (MIRI medium-resolution spectrometer), et d’un imageur, MIRIm (figure 1). Sous l'égide du CNES, le département d'astrophysique du CEA-Irfu, fort d'une expertise étendue dans le domaine de l'infrarouge moyen depuis les années 1980, a assuré la maîtrise d’œuvre de MIRIm. 

Les New Small Wheels (NSW, nouvelles petites roues) sont le projet le plus important de la phase 1 de la jouvence du détecteur ATLAS, en vue des prises de données à haute luminosité. L’IRFU a été fortement impliqué dans la conception, la construction, l’intégration, la mise en œuvre, et le fonctionnement des NSW. Les NSW combinent deux technologies complémentaires : sTGC (small-strip Thin Gap Chambers), et Micromegas (Micro-Mesh Gaseous Structure). Les Micromegas ont été initialement développées par l’IRFU en collaboration avec le CERN dans les années 1990. C’est la première fois qu’elles sont utilisées à une si grande échelle : les NSW contiennent 1200 m² de plans de Micromegas, dont un tiers a été construit par l’IRFU à Saclay. Les deux roues ont été installées en 2021, à temps pour le début des prises de données du Run 3 du LHC. Depuis le printemps 2024, sTGC et Micromegas participent au système de déclenchement des muons vers l’avant du détecteur (end-cap), améliorant la réjection du bruit de fond de plus d’un facteur 2, réduisant ainsi le taux de trigger de 25 kHz à 11 kHz. Cela permet à ATLAS de prendre des données à une luminosité et un taux d’empilement jamais atteints auparavant.

The New Small Wheels (NSW) are the most important project of the ATLAS Phase-1 upgrade towards the High-Luminosity LHC. IRFU has been heavily involved in the design, construction, integration, commissioning and operations of the NSW. The NSW combine two complementary gas detector technologies: sTGC (small-strip Thin Gap Chambers), and Micromegas (Micro-Mesh Gaseous Structure). The latter was pioneered at CEA-Saclay in collaboration with CERN in the 1990’s. It is the first time that the Micromegas technology is used at such a large scale: the NSW contain a total of 1200 m² of Micromegas planes, one third of which were constructed by IRFU at Saclay. Both wheels were installed in 2021, in time for the beginning of the LHC Run 3. Since spring 2024, both sTGC and Micromegas technologies contribute to the muon endcap trigger, improving the background rejection by more than a factor two, and reducing the trigger rate from 25 kHz down to 11 kHz. This allows ATLAS to run at higher luminosity and pile-up than ever before.

Le projet Iseult dévoile ses premières images de cerveau obtenues grâce à l’IRM à 11,7 teslas, après presque 25 ans de travail. Une première mondiale rendue possible grâce à l’investissement de plus de 200 salariés CEA qui y ont cru dès les premiers instants à ce projet extrêmement ambitieux.

Au début des années 2000, un projet franco-allemand est lancé pour développer l’imagerie à très haute résolution. L’un des objectifs est de construire un imageur dont la pièce maitresse est un aimant supraconducteur atteignant 11,7 teslas avec une ouverture de 900 mm, mais aucun fabricant d’IRM ne veut se lancer seul dans cette folle aventure. Fort de son expérience et de ses compétences dans les aimants supraconducteurs acquises depuis 40 ans (notamment pour le Cern ou la fusion), le CEA décide de relever le défi et propose dès 2006 un premier design avec des solutions technologiques innovantes, avant de fabriquer et tester de nombreux prototypes et finalement débuter la fabrication de l’aimant en 2010. Il faudra 7 ans pour que les équipes du CEA et d’Alstom (maintenant General Electric) finalisent la construction de cet aimant hors norme, un colosse de 132 tonnes, 5 mètres de long, 5 mètres de diamètre, composé de 182 km de fils supraconducteurs refroidis à -271,35°C grâce à 7 500 litres d’hélium à l’état superfluide.

Abstract: Le proton est un objet complexe rempli de particules élémentaires, les quarks et les gluons, interagissant entre elles via l'interaction forte. Nous savons à partir de mesures antérieures réalisées à haute énergie (expérience HERA à Hambourg 1992-2007) que la structure des protons est dominée par les gluons quand on le sonde à petite distance (haute énergie). Les gluons sont capables d’interagir entre eux et leur fusion impliquerait que leur nombre croit sans limite. Or la théorie des interactions fortes prédit une saturation de la densité de gluon. Pour valider cette prédiction théorique, des chercheurs de l'Irfu de la collaboration ALICE au LHC ont réalisé une première mesure sensible aux fluctuations de la densité de gluons dans le proton. Cette mesure, rendue possible grâce à une meilleure maîtrise du bruit de fond, présente la même évolution avec l’énergie que celle observée à HERA et avec une précision similaire. Ce résultat ouvre la voie à de futures mesures à des énergies plus élevées accessibles dans les collisions proton-plomb au LHC (Run 4 ~2029) avec ALICE et LHCb.

Soutenus par le programme transverse de compétence « simulation numérique » du CEA, l’Irfu, le Laboratoire National Henri Becquerel de la DRT et le Service d'Étude des Réacteurs et de Mathématiques Appliquées de la DES se sont associés pour revoir en profondeur les calculs de spectres d'antineutrinos émis par un réacteur nucléaire. Une refonte complète de la méthode par sommation pose ainsi de nouvelles et solides bases pour ces calculs, et a fait la une du journal Physical Review C [1] le 27 novembre 2023. Celle-ci intègre de nombreuses améliorations relevant de la modélisation de la désintégration bêta et de l’évaluation des données nucléaires. Elle quantifie d’autre part l’ensemble des effets systématiques susceptibles d’influer sur les calculs afin de proposer pour la première fois un modèle complet d’incertitude. Une avancée majeure qui fait désormais du modèle par sommation, longtemps critiqué pour son caractère approximatif et incomplet, un outil robuste pour la prédiction des spectres d’antineutrinos de réacteur ainsi que pour l’interprétation des mesures expérimentales en cours et à venir. Ce travail stimulera probablement des recherches ciblées pour vérifier et améliorer les données nucléaires utilisées en entrée de ce nouveau modèle, avec un impact potentiellement très large, de la physique des neutrinos à de nombreux aspects de la science et de la technologie des réacteurs nucléaires. Il apporte également un éclairage intéressant sur l’origine des anomalies des antineutrinos de réacteur [2,3].

Un aimant hybride, capable de générer 43 teslas dans un diamètre de 34 mm par la combinaison d’aimants résistifs placés au centre d’un aimant supraconducteur, est développé par le LNCMI en collaboration avec l’Irfu. L’aimant supraconducteur a passé avec succès toutes les validations après près de 15 années de travail de conception, réalisations, assemblage et installation sur site. Trois phases de refroidissement ont été nécessaires pour valider l’ensemble de la bobine supraconductrice à 1,8 kelvin pour un courant nominal de 7 150 ampères : une belle réussite pour un projet qui a nécessité de longues phases d’études pour assurer la sécurité du fonctionnement Hybride. Pour résoudre ces besoins de sécurité, des innovations technologiques ont été nécessaires, dont l’une a fait l’objet d’un brevet. Les équipes se concentrent maintenant sur la montée en puissance du champ magnétique pour atteindre les 43 T avec les aimants résistifs sous la responsabilité du CNRS. 

Les aimants hybrides sont des technologies cruciales pour de nombreux développements, notamment celui des technologies d’inserts HTS dont les applications sont multiples, de la fusion à la recherche de la matière noire. Or au monde, il n’existe que deux stations d’essais qui proposent un champ magnétique de plus de 40 T en champ permanent (USA et Chine).

Le projet Iseult dévoile ses premières images de cerveau obtenues grâce à l’IRM à 11,7 teslas, après presque 25 ans de travail. Une première mondiale rendue possible grâce à l’investissement de plus de 200 salariés CEA qui y ont cru dès les premiers instants à ce projet extrêmement ambitieux.

Au début des années 2000, un projet franco-allemand est lancé pour développer l’imagerie à très haute résolution. L’un des objectifs est de construire un imageur dont la pièce maitresse est un aimant supraconducteur atteignant 11,7 teslas avec une ouverture de 900 mm, mais aucun fabricant d’IRM ne veut se lancer seul dans cette folle aventure. Fort de son expérience et de ses compétences dans les aimants supraconducteurs acquises depuis 40 ans (notamment pour le Cern ou la fusion), le CEA décide de relever le défi et propose dès 2006 un premier design avec des solutions technologiques innovantes, avant de fabriquer et tester de nombreux prototypes et finalement débuter la fabrication de l’aimant en 2010. Il faudra 7 ans pour que les équipes du CEA et d’Alstom (maintenant General Electric) finalisent la construction de cet aimant hors norme, un colosse de 132 tonnes, 5 mètres de long, 5 mètres de diamètre, composé de 182 km de fils supraconducteurs refroidis à -271,35°C grâce à 7 500 litres d’hélium à l’état superfluide.