Paris, 16 mars 2016
Au centre de la Voie Lactée, une source accélère des rayons cosmiques galactiques à des énergies inégalées

L'analyse détaillée des données recueillies par l'observatoire H.E.S.S, en Namibie, a permis de localiser une source de rayonnement cosmique à des énergies jamais encore observées dans notre Galaxie : le trou noir supermassif situé en son centre. H.E.S.S, auquel contribuent le CNRS et le CEA, détecte indirectement le rayonnement cosmique depuis plus de dix ans et a dressé une cartographie, en rayons gamma de très haute énergie, des régions centrales de notre Galaxie. L'identification de cette source hors du commun est publiée ce 16 mars 2016 dans Nature.
Des particules du rayonnement cosmique jusqu'à des énergies d'environ 100 téraélectronvolts (TeV)1 sont produites dans notre Galaxie par des objets comme les vestiges de supernova et les nébuleuses à vent de pulsar. Divers arguments théoriques, couplés aux observations directes des rayons cosmiques atteignant la Terre, indiquent que les "usines" galactiques de rayons cosmiques devraient être capables de produire des particules jusqu'à des énergies d'au moins un pétaélectronvolt (PeV)2, énergies 100 fois plus élevées que celles jamais atteintes par l'Homme. Alors que ces dernières années ont vu la découverte de nombreux accélérateurs au TeV et à quelques dizaines de TeV, les sources de plus haute énergie restaient inconnues.

L'analyse détaillée de la région du centre galactique observée pendant près de dix ans par le réseau de télescopes H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System), en Namibie, auquel contribuent le CNRS et le CEA., est publiée aujourd'hui dans la revue Nature. Lors de ses trois premières années d'observation, H.E.S.S a permis de découvrir une source ponctuelle et très puissante de rayons gamma au centre galactique, ainsi qu'une émission diffuse provenant des nuages moléculaires géants qui l'entourent dans une région d'environ 500 années-lumière de large. Ces nuages moléculaires, lorsqu'ils sont bombardés par des protons de très haute énergie, émettent des rayons gamma produits lors de l'interaction des protons avec la matière des nuages. La correspondance spatiale entre l'émission diffuse observée et la quantité de matière dans les nuages (déduite d'autres observations) indiquait la présence d'un ou plusieurs accélérateurs de rayons cosmiques (en particulier de protons) tapis quelque part dans cette région, mais cette source restait inconnue.

Les observations plus approfondies, obtenues par H.E.S.S. entre 2004 et 2013, apportent un nouvel éclairage sur cette question. Le volume record de données récoltées ainsi que les progrès effectués dans les méthodes d'analyse permettent de mesurer la répartition spatiale des protons et leur énergie et de localiser l'origine de ces rayons cosmiques. Il s'agit d'une source cosmique située au centre exact de la Voie Lactée, capable d'accélérer des protons jusqu'à des énergies voisines du pétaélectronvolt. Les chercheurs pensent qu'elle émet sans interruption depuis au moins mille ans. Elle constituerait ainsi le premier "Pévatron"3 jamais observé.

Le centre de notre Galaxie abrite de nombreux objets susceptibles de produire des rayons cosmiques de très haute énergie, dont en particulier un reste de supernova, une nébuleuse à vent de pulsars mais aussi un amas compact d'étoiles massives. Cependant, le trou noir supermassif localisé au centre de la Galaxie, Sagittarius A*, est de loin le candidat le plus vraisemblable. Plusieurs régions d'accélération sont envisageables : soit le voisinage immédiat du trou noir soit une région plus éloignée, où une fraction de la matière tombant sur le trou noir est réinjectée dans l'environnement et peut initier de l'accélération de particules.

L'observation des rayons gamma permet de mesurer indirectement le spectre en énergie des protons accélérés par le trou noir central. Ce spectre indique que Sagittarius A* accélèrerait encore maintenant des protons jusqu'au PeV. L'activité actuelle de la source ne permet pas d'expliquer à elle seule l'intensité du rayonnement cosmique observé sur Terre. Mais si le trou noir central avait été encore plus actif dans le passé, il a pu produire à lui seul la quasi-totalité du rayonnement cosmique galactique observé à ces énergies. Un argument décisif au débat centenaire sur l'origine des rayons cosmiques galactiques !

La détection des rayons cosmiques par H.E.S.S

La Terre est bombardée en permanence par des particules de haute énergie (protons, électrons et noyaux atomiques) en provenance du cosmos, particules qui constituent ce que l'on appelle le "rayonnement cosmique". Ces particules étant chargées électriquement, elles sont déviées par les champs magnétiques du milieu interstellaire de la Galaxie et il est impossible d'identifier directement les sources astrophysiques responsables de leur production. Ainsi, depuis plus d'un siècle, l'identification de l'origine du rayonnement cosmique reste l'un des plus grands défis de la science.
Heureusement, les particules cosmiques interagissent avec la lumière et le gaz au voisinage de leur source et produisent alors des rayons gamma qui, eux, se déplacent en ligne droite, permettant ainsi de remonter à leur origine. Ceux d'entre eux qui atteignent la Terre, au contact de la haute atmosphère, produisent une gerbe de particules secondaires émettant une lumière très brève et ténue4. De nombreuses sources du rayonnement cosmique ont donc pu être identifiées ces dernières décennies en détectant cette lumière à l'aide de grands télescopes munis de caméras à haute définition temporelle comme le réseau de télescopes H.E.S.S. .Ce réseau, le plus performant au monde dans son domaine, est géré par une collaboration de 12 pays regroupant des scientifiques de 42 organismes.

H.E.S.S : dix laboratoires français impliqués

Centre d'études nucleaires de Bordeaux Gradignan (CENBG, CNRS/Université de Bordeaux)
Centre de physique des particules de Marseille (CPPM, CNRS/Aix Marseille Université)
Institut de planétologie et d'astrophysique de Grenoble (IPAG, CNRS/Université Grenoble Alpes)
Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'univers (Irfu, CEA)
Laboratoire AstroParticule et cosmologie (APC, CNRS/CEA/Université Paris Diderot/Observatoire de Paris)
Laboratoire d'Annecy-le-Vieux de physique des particules (Lapp, CNRS/Université Savoie Mont Blanc)
Laboratoire Leprince-Ringuet (LLR, CNRS/Ecole Polytechnique)
Laboratoire physique nucléaire et hautes énergies (LPNHE, CNRS/Université Pierre et Marie Curie/Université Paris Diderot)
Laboratoire Univers et particules de Montpellier (LUPM, CNRS/Université de Montpellier)
Laboratoire Univers et théories (Luth, CNRS/Observatoire de Paris/Université Paris Diderot)

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Paris, 3 avril 2013

L'expérience AMS mesure un excès d'antimatière dans l'espace

La collaboration internationale du spectromètre magnétique Alpha AMS, qui implique le CNRS pour la partie française, publie ses tout premiers résultats dans sa quête d'antimatière et de matière noire dans l'espace. Les premières observations, basées sur l'analyse de 25 milliards de particules détectées durant les 18 premiers mois de fonctionnement, révèlent l'existence d'un excès d'antimatière d'origine inconnue dans le flux des rayons cosmiques. Ces résultats pourraient être la manifestation de l'annihilation de particules de matière noire telle qu'elle est décrite par certaines théories de supersymétrie, même si des analyses complémentaires seront nécessaires pour vérifier une telle origine révolutionnaire.
Située à bord de la Station Spatiale Internationale, l'expérience AMS est un détecteur de particules dont le but est l'étude des rayons cosmiques. Les rayons cosmiques sont des particules chargées telles que des protons ou des électrons, qui bombardent en permanence notre planète. Les positons, quant à eux, sont des particules d'antimatière qui ressemblent de très près à des électrons, mais qui s'annihilent avec eux et sont de charge opposée. Les premiers résultats de l'expérience AMS indiquent ainsi avec une précision sans précédent la présence d'un excès de positons dans le flux des rayons cosmiques. Il apparaît que la fraction de positons augmente de façon continue de 10 GeV à 250 GeV. Cette variation ne peut pas être expliquée par la seule production de positons secondaires, c'est-à-dire par ceux résultant uniquement des collisions des noyaux d'hydrogène avec le milieu interstellaire. D'autre part, les données ne montrent pas de variation significative temporelle ou d'inhomogénéité spatiale. Ces résultats ont été obtenus à partir d'un an et demi de données qui ont permis l'enregistrement de 25 milliards de particules incluant 400,000 positons dans des énergies de 0.5 GeV à 350 GeV.

Un tel excès d'antimatière avait déjà été observé par le satellite PAMELA en 2008, puis par le satellite Fermi, à des énergies inférieures. Les données d'AMS  dépassent le domaine en énergie précédemment sondé et viennent confirmer avec une précision et une quantité de données sans précédent qui ne laissent plus place au doute quant à l'existence de cet excès de positons. L'origine de ce signal, en revanche, reste inexpliqué. Il pourrait être le fait de pulsars proches de notre galaxie ou être la signature de l'existence de particules de matière noire. Les théories de supersymétrie prédisent en effet l'observation d'un tel excès de positons qui résulterait de l'annihilation de particules de matière noire. De tels modèles prévoient également une « coupure » aux énergies élevées. Plus de données seront nécessaires pour déterminer avec précision la proportion de positons au-dessus de 250 GeV.

La présence de matière noire dans notre univers n'est jusqu'à présent détectée que de manière indirecte au travers de ses effets gravitationnels. Cependant, la nature de cette matière noire reste l'un des plus importants mystères de la physique moderne alors qu'elle compterait pour près d'un quart de l'ensemble de la balance masse-énergie de l'Univers, contre seulement 4 à 5 % pour la matière ordinaire visible. L'une des hypothèses favorites des physiciens est que cette matière noire serait constituée de particules interagissant très peu avec la matière.

Les premiers résultats d'AMS sont publiés dans la revue Physical Review Letters.

AMS est le fruit d'une large collaboration internationale réunissant près de 600 chercheurs,  avec une très importante participation européenne. Le détecteur a été assemblé sur le site français du CERN, l'organisation européenne pour la recherche nucléaire. C'est également là que se trouvera le centre scientifique de traitement des données d'AMS.
La France a joué un rôle majeur dans la conception et la réalisation de plusieurs parties de cet instrument, à travers quatre laboratoires du CNRS [1] :
* le Laboratoire d'Annecy-le-Vieux de physique des particules (CNRS/Université de Savoie) pour le calorimètre électromagnétique,
* le Laboratoire de physique subatomique et de cosmologie (CNRS/Université Joseph Fourier/Grenoble INP) pour le détecteur Cherenkov à imagerie annulaire,
* le Laboratoire Univers et particules de Montpellier (CNRS/Université Montpellier 2) pour la responsabilité complète du système GPS spatial,
* et le Centre de Calcul de l'IN2P3 du CNRS, qui a fourni une bonne partie des ressources informatiques pour la simulation de l'expérience et la préparation de la physique.
De nombreuses industries françaises ont également contribué à la réalisation du détecteur.

Notes :
[1] Les laboratoires français ont reçu le soutien financier du CNRS et du CNES, mais aussi de la Région Rhône-Alpes, de la Région Languedoc-Roussillon et du département de Haute-Savoie, en raison de l'impact positif sur l'industrie et sur la formation de ces collectivités territoriales.
Contacts :
Chercheur l Sylvie Rosier-Lees l T 06 33 40 24 48 l
sylvie.lees-rosier@lapp.in2p3.fr

Presse CNRS l Julien Guillaume l T 01 44 96 46 35 l julien.guillaume@cnrs-dir.fr

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Paris, 16 mars 2016

Au centre de la Voie Lactée, une source accélère des rayons cosmiques galactiques à des énergies inégalées

L'analyse détaillée des données recueillies par l'observatoire H.E.S.S, en Namibie, a permis de localiser une source de rayonnement cosmique à des énergies jamais encore observées dans notre Galaxie : le trou noir supermassif situé en son centre. H.E.S.S, auquel contribuent le CNRS et le CEA, détecte indirectement le rayonnement cosmique depuis plus de dix ans et a dressé une cartographie, en rayons gamma de très haute énergie, des régions centrales de notre Galaxie. L'identification de cette source hors du commun est publiée ce 16 mars 2016 dans Nature.

Paris, 28 juin 2016

Première pierre du Centre de nanosciences et de nanotechnologies

Le Centre de nanosciences et de nanotechnologies (C2N, CNRS/Université Paris-Sud), créé au 1er juin 2016, regroupe deux laboratoires franciliens leaders dans leur domaine : le Laboratoire de photonique et de nanostructures (CNRS) et l'Institut d'électronique fondamentale (CNRS/Université Paris-Sud). La première pierre de ce nouveau laboratoire a été posée le mardi 28 juin 2016 sur le campus de l'université Paris-Saclay, en présence de Thierry Mandon secrétaire d'État chargé de l'Enseignement supérieur et de la Recherche. Cette nouvelle structure, qui hébergera la plus grande centrale de nanotechnologie francilienne du réseau national Renatech¹, se place dans une perspective ambitieuse : constituer, en France, un laboratoire phare de niveau mondial pour la recherche en nanosciences et en nanotechnologies. Le C2N, avec son bâtiment de 18 000 m², représente le plus grand projet immobilier du CNRS depuis 1973. Conduit conjointement par le CNRS et l'université Paris-Sud depuis 2009, ce projet s'inscrit dans l'opération d'intérêt national Paris-Saclay portée par l'Etablissement public d'aménagement Paris-Saclay.