Paris, 16 février 2012

Le clash du Dragon
La galaxie spirale NGC 5907, dans la constellation du Dragon, serait née d'une collision-fusion majeure survenue il y a 8 à 9 milliards d'années. C'est la conclusion que tirent six chercheurs de l'Observatoire de Paris, du CNRS, de l'Académie des sciences chinoise et d'Aix-Marseille Université après 18 mois de travail et des simulations numériques impliquant 200 000 à 6 millions de particules qui expliquent – en images - comment s'est formé ce vaste ensemble de gaz et d'étoiles entouré de boucles de matière. Les résultats, publiés en ligne le 13 février 2012 par Astronomy and Astrophysics, constituent un test des scénarios cosmologiques.
De nombreuses collisions ont perturbé l'évolution des galaxies, telles que notre Voie lactée, depuis l'aube de l'Univers. Environ la moitié des galaxies spirales actuelles auraient ainsi subi des épisodes de collision-fusion majeure au cours des derniers 9 milliards d'années. La galaxie vue de profil NGC 5907, à environ 45 millions d'années-lumière de distance, dans la constellation du Dragon, fait partie de celles-là. Elle revêt un aspect effilé de "lame de couteau" car elle est vue par la tranche et dépourvue de bulbe central proéminent : ce type de galaxies dominées par leur grand disque semblait, jusqu'ici, plutôt difficile à produire via des fusions majeures de galaxies. 

Les images très profondes à grand champ réalisées depuis 1998 révèlent un astre entouré d'un système complexe de courants, d'arches de matière et de boucles géantes de matière qui retombent sur lui. Le phénomène dessine une rosette ténue autour de la galaxie. Il constituerait l'empreinte fossile de la rencontre à l'origine de NGC 5907. Durant 18 mois, une équipe de six chercheurs appartenant à l'Observatoire de Paris, au CNRS, aux Observatoires astronomiques nationaux de l'Académie des sciences chinoise et à l'Institut Pythéas (Aix-Marseille Université/CNRS) a étudié ceci de manière intensive à l'aide de simulations hydrodynamiques mettant en œuvre de 200 000 à 6 millions de particules afin de comprendre la formation des structures. Au final, elle s'explique si l'on suppose que l'astre a été engendré par collision de deux galaxies spirales de taille assez comparable : l'une probablement 3 à 5 fois plus massive que l'autre.

Aujourd'hui, de nombreuses galaxies spirales de l'Univers local possèdent de telles structures étendues, peu lumineuses et rougies dans leur voisinage : le halo périphérique. Autour de NGC 5907 du Dragon, les boucles se prolongent jusqu'à 150 000 années-lumière de part et d'autre du disque : une distance comparable au diamètre de la galaxie, 180 000 années-lumière. Les trainées incurvées se composent des étoiles arrachées, lors de la rencontre, par la gravité et les forces de marées. Leur forme est délicate à prédire. Pourtant, les astronomes français et chinois sont parvenus à la reproduire par le calcul : un disque mince, voilé (gauchi) entouré de quatre boucles géantes autour.

L'Univers à l'épreuve
Cette étape représente un test des scénarios cosmologiques de formation et d'évolution de l'Univers. Parmi ceux-ci, le "modèle hiérarchique" stipule que les galaxies se seraient assemblées par fusion et acquisition de briques successives.

Jusque-là, la morphologie torturée du voisinage de la galaxie spirale du Dragon semblait davantage due à la collision mineure d'une galaxie spirale principale et d'un petit compagnon ou satellite, 100, 400, 1000 ou 4000 fois moins massif. À la lumière des simulations, cette option paraît défavorisée : aucun des modèles ne résiste à l'interprétation cosmologique. Au contraire, la galaxie de 85 milliards de masses solaires, composée à 23 % de gaz d'hydrogène-hélium et à 77 % d'étoiles brillantes, le tout baignant dans un halo de matière noire quatre fois conséquent, se serait formée par collision de deux galaxies spirales riches en gaz. La fusion de deux univers-îles d'un total de 90 milliards de masses solaires, et qui contiendraient 60 à 80 % de gaz plus 40 % à 20 % d'étoiles, serait de nature à produire la galaxie souhaitée. Les disques des galaxies initiales sont détruits par l'interaction, puis reconstruits sous forme d'un seul.

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23 mai 2007

Ondes gravitationnelles : Virgo entre dans sa phase d'exploitation scientifique
Le 18 mai 2007, l'interféromètre Virgo a débuté sa première phase d'exploitation scientifique. Il s'agit d'une étape cruciale dans la traque aux ondes gravitationnelles. Virgo, le plus grand détecteur européen (franco-italien), vient rejoindre les détecteurs LIGO, aux États-Unis. Ce réseau ultraperformant d'instruments d'observation aura notamment la capacité d'observer la coalescence (1) de trous noirs binaires dans des galaxies éloignées et de fournir des informations sur la direction de la source. Le fonctionnement de Virgo est assuré conjointement par le CNRS et l'Institut national de physique nucléaire italien (INFN).
Les ondes gravitationnelles, prédites par la théorie de la relativité générale, sont des déformations de l'espace temps. Elles sont produites par des phénomènes astrophysiques violents dans notre galaxie et bien au-delà. Par exemple, les explosions de supernovae ou la coalescence de deux corps compacts, tels les trous noirs ou les étoiles à neutrons. Aujourd'hui, seules des preuves indirectes de l'émission d'ondes gravitationnelles ont été observées (récompensée par le prix Nobel de physique en 1993). La première observation directe ouvrira le champ de l'astronomie gravitationnelle et permettra d'approfondir notre compréhension de la gravitation et de la relativité générale.
Avec la première phase d'exploitation scientifique de Virgo, qui a commencé le 18 mai 2007, c'est désormais chose possible. Virgo fonctionne de jour comme de nuit, constamment à l'écoute des signaux gravitationnels provenant de l'Univers proche (jusqu'à l'amas de galaxies Virgo, d'où son nom). Une équipe d'opérateurs et de scientifiques exploite et surveille l'instrument 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7. Les signaux sont détectés, enregistrés et font l'objet d'une première analyse à l'aide d'un système informatique en ligne. Ces données sont ensuite mises à la disposition de la communauté scientifique pour une étude ultérieure plus avancée.
Le détecteur d'ondes gravitationnelles Virgo est essentiellement un interféromètre laser de Michelson constitué de deux bras orthogonaux de trois kilomètres de longueur. La lumière voyage plusieurs fois entre deux miroirs situés aux bouts de chaque bras, avant de se combiner avec la lumière en provenance de l'autre bras pour interférer. Les ondes gravitationnelles devraient se manifester par des dilatations et des contractions de la distance entre les miroirs de chaque bras (et par un changement de l'interférence), de l'ordre d'un milliardième du diamètre d'un atome (10-18 mètre). Pour déceler des changements si infimes, le détecteur fait appel aux technologies les plus avancées, dans les domaines de la métallurgie, de l'optique, des systèmes de contrôle, du vide, de l'informatique, de l'analyse de données etc. Les laboratoires du CNRS d'Annecy, Lyon, Nice, Orsay et Paris (2) sont fortement impliqués dans Virgo et dans le consortium EGO (cofinancé par le CNRS et l'INFN), qui abrite et assure le fonctionnement de Virgo.

Les équipes de VIRGO se sont alliées aux scientifiques de LIGO aux Etats-Unis et de GEO au Royaume-Uni et en Allemagne, afin de rechercher en commun les ondes gravitationnelles. Les données combinées augmenteront les chances de trouver les premières ondes gravitationnelles et fourniront davantage d'informations sur la position de la source. L'analyse commune des données se fera comme si elles provenaient d'un détecteur unique constitué de plusieurs sondes réparties sur les deux rives de l'Atlantique et sur la côte est du Pacifique.

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Paris, 12 février 2013

Un cerveau « simplifié » permet au robot iCub d'apprendre le langage
Le robot humanoïde iCub sur lequel travaille depuis de nombreuses années l'équipe dirigée par Peter Ford Dominey, directeur de recherche CNRS dans l'unité Inserm 846 « Institut pour les cellules souches et cerveau de Lyon » (Inserm, CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1) est dorénavant capable de comprendre ce qu'on lui dit et d'anticiper la fin d'une phrase. Cette prouesse technologique a été rendue possible par la mise au point d'un « cerveau artificiel simplifié » qui reproduit certains types de connexions dites « récurrentes» observées dans le cerveau humain. Ce système de cerveau artificiel permet au robot d'apprendre, puis de comprendre des phrases nouvelles, avec une structure grammaticale nouvelle. Il peut faire le lien entre deux phrases et peut même prédire la fin de la phrase avant qu'elle ne survienne. Ces travaux sont publiés dans la revue Plos One.

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Paris, 5 juillet 2012

Entre étoile et planète : une naine brune en formation
Une équipe internationale dirigée par le laboratoire AIM (1) (CEA-CNRS- Université Paris Diderot) vient de visualiser la toute première étape de la formation d'une naine brune, un de ces astres de très faible masse, entre étoile et planète. Si l'on sait aujourd'hui détecter les naines brunes, malgré leur faible rayonnement, en revanche leur gestation reste mystérieuse. C'est grâce au grand interféromètre de l'IRAM (CNRS) (2), sur le plateau de Bure, que les astrophysiciens ont pu localiser une condensation de gaz et de poussières indiquant la formation d'une naine brune. Cette découverte et son interprétation sont présentées dans la revue Science du 6 juillet 2012.
Des astres de toutes masses peuvent se former dans l'Univers. Certains sont des étoiles, d'autres des planètes. La frontière s'établit en fonction de leur masse. L'« entre-deux » correspond à un domaine de masse entre 13 et 80 fois la masse de Jupiter, la plus grosse planète du système solaire, soit, aussi, une masse inférieure à 8% de celle du Soleil. Ni vraiment étoile, ni vraiment planète, l'astre atteint une température suffisante pour la fusion du deutérium, mais qui ne permet pas de déclencher la réaction de fusion de l'hydrogène, réaction  qui est la source d'énergie des étoiles.
C'est à la fois ce domaine de masse intermédiaire et un mode de formation distinct de celui des planètes, qui caractérisent les naines brunes. Celles-ci rayonnent si peu qu'il a fallu attendre 1995 pour que la première, baptisée Teide-1, soit détectée au cœur de l'amas des Pleiades par son émission infrarouge. Depuis, plusieurs centaines ont été découvertes par de grands sondages infrarouges, sans que le mécanisme exact de leur formation soit bien établi.

Pour observer cette phase très précoce de formation d'étoiles, où celles-ci sont encore des objets « froids » sans source d'énergie interne, les chercheurs ont utilisé le grand interféromètre IRAM (Institut de Radioastronomie Millimétrique) du plateau de Bure (Hautes-Alpes, France), opérant dans le domaine des ondes millimétriques. En plus de cette gamme de longueur d'onde particulièrement adaptée, l'interféromètre IRAM offre, grâce à ses six antennes mobiles de 15 mètres de diamètre, une résolution inatteignable avec des télescopes à antenne unique, comme celui de l'observatoire spatial Herschel par exemple.

La naine brune en formation observée par les chercheurs, nommée Oph B-11, est une condensation de gaz et de poussières située au sein d'une vaste région de formation d'étoiles, le nuage sombre de Rho Ophiuchi, à environ 450 années-lumière de la Terre. La très bonne résolution de l'interféromètre de l'IRAM a permis d'estimer que sa taille est d'environ 140 unités astronomiques (UA(3)), soit la taille approximative du Système solaire : rapportée au nuage de Rho Ophiuchi, c'est une taille très compacte. Comme Oph B-11 n'est pas détectée dans l'infrarouge, notamment par le satellite Herschel, les astronomes en déduisent que sa température n'excède pas 10K (-263°C). Ces caractéristiques, ajoutées à l'émission millimétrique détectée avec l'interféromètre de l'IRAM, indiquent que la masse du nuage ne dépasse pas 2 à 3% la masse du Soleil, exactement le domaine des naines brunes.

« Nous avons choisi une zone particulière d'Ophiuchus, la région L1688, car il y règne une pression supplémentaire qui pouvait favoriser la formation d'une naine brune ; De plus, nous avions déjà identifié une source, mais via un autre télescope, dont la résolution ne permettait pas de mesurer la taille de l'objet »,  explique Philippe André, du CEA-Irfu. « C'est la première fois que nous découvrons un fragment de nuage suffisamment compact et dense pour former une naine brune par effondrement, exactement comme se forment les étoiles plus massives. »

Cette découverte démontre que certaines naines brunes au moins se forment exactement comme les autres étoiles. Pourtant, cette hypothèse était jusqu'ici plutôt écartée car la gravité d'un fragment de nuage de très faible masse semblait insuffisante pour provoquer son effondrement.

Les chercheurs imaginent que d'autres forces que la gravité pourraient contribuer à la formation des étoiles, notamment les mouvements turbulents de la matière au sein des nuages sombres. Cette turbulence  pourrait être également responsable des filaments de matière découverts récemment dans ces nuages par le satellite Herschel.
Les naines brunes, qui sont des astres très peu brillants, commencent tout juste à être étudiées. On estime leur nombre dans la galaxie entre 50 à 100 milliards, soit de 20 à 40% des astres de la Galaxie, et il est possible qu'une de ces naines brunes encore non détectées soit plus près de la Terre que la plus proche étoile actuellement connue, Proxima du Centaure.

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