science

Des “messagers de l’espace” recherchés par des scientifiques avec un ballon high-tech

Written by admin

La Nasa a accordé 4,3 millions de dollars (3,7 millions de livres sterling) pour la phase finale de construction et de vol d’une expérience internationale dirigée par l’Université de Chicago pour envoyer un ballon scientifique à 110 000 pieds au-dessus de la Terre.

Le projet, appelé Extreme Universe Space Observatory on a Super Pressure Balloon – alias EUSO-SPB2 – recherche des messagers de l’espace : de minuscules particules hautement énergétiques qui frappent la Terre en provenance d’ailleurs dans l’univers.

La mission, qui implique 280 chercheurs de 13 pays et 77 institutions, se compose de deux instruments qui seront attachés à un ballon à haute altitude lancé par la Nasa. Le ballon et sa cargaison sont actuellement en phase finale de construction et d’assemblage.

Une fois terminé, EUSO-SPB2 surfera sur les courants de vent à environ 20 milles au-dessus de la Terre autour de l’hémisphère sud, recueillant des données et recherchant les traces laissées par deux types de particules entrantes.


L'astrophysicienne de la NASA Tonia Venters et le porte-parole de JEM-EUSO Etienne Parizot examinent le télescope à fluorescence partiellement assemblé, dans le cadre d'une mission visant à voler à 110 000 pieds au-dessus de la Terre pour rechercher les particules entrantes, à la Colorado School of Mines.

Crédit image : Angela Olinto

EUSO-SPB2 embarquera deux télescopes différents afin de détecter deux types différents de particules provenant de l’espace extra-atmosphérique. Un type est appelé un rayon cosmique à ultra-haute énergie. Ce sont des particules chargées qui ont été accélérées à des énergies extrêmement élevées ailleurs dans l’univers et qui percutent occasionnellement l’atmosphère terrestre. Ils sont extrêmement puissants; ce sont les particules les plus énergétiques que nous connaissions dans l’univers.

L’autre type de particule est un neutrino. Ces particules, en revanche, interagissent rarement avec la matière. Cette distance les rend intéressantes pour les scientifiques, car elles peuvent transporter des informations de très loin dans la galaxie sans être déformées de la manière dont d’autres particules pourraient être affectées. Cependant, cela les rend également très difficiles à détecter en premier lieu.

On pense que ces deux particules proviennent de l’extérieur de la Voie lactée, potentiellement même de galaxies lointaines. Cependant, personne n’a encore été en mesure de remonter jusqu’à leur source dans le ciel. Les scientifiques tiennent à les retracer jusqu’à leurs origines car cela pourrait nous dire comment les particules ont été fabriquées : que ce soit par des trous noirs supermassifs, ou par deux étoiles à neutrons massives qui se heurtent, ou même un gigantesque choc entre des amas de galaxies. Les particules nous transmettraient des informations sur cet événement, à des millions ou des milliards d’années-lumière.


Instrument UCICR en construction à l'Université de Chicago.  Cet instrument mesurera les nuages ​​autour du ballon EUSO SPB2 pendant son vol, afin que les scientifiques puissent suivre avec précision les trajectoires des particules cosmiques qui passent.

Crédit image : Nancy Wong

EUSO-SPB2 ne peut pas détecter directement ces particules, mais il peut rechercher des signes révélateurs dans l’atmosphère lorsque les neutrinos et les rayons cosmiques entrent en collision avec les molécules du sol et de l’atmosphère. Ses deux instruments recherchent les traces de ces collisions. On détecte la lumière UV produite par les rayons cosmiques frappant les molécules atmosphériques et produisant une gerbe de particules. L’autre cherche un type spécial de lumière appelé rayonnement Cherenkov qui est produit après qu’un neutrino ait heurté une molécule de la Terre ; la collision envoie une particule tau s’éloigner, qui se désintègre ensuite et produit une pluie de milliards de particules secondaires qui créent la lumière Tcherenkov révélatrice.

La plupart des expériences précédentes pour trouver ces particules se sont assises sur le sol en regardant l’atmosphère. EUSO-SPB2 sera plutôt assis juste au-dessus de l’atmosphère en regardant vers le bas. Cela donne aux instruments une vision potentielle beaucoup plus large des traces de ces collisions.

“Plus vous pouvez observer d’atmosphère, mieux c’est, car les rayons cosmiques à ultra-haute énergie sont extrêmement rares”, a déclaré la physicienne de UChicago Rebecca Diesing, qui aide à construire l’un des instruments qui monteront à bord du ballon. “Une parcelle d’un kilomètre carré de la Terre ne sera touchée par l’une de ces particules qu’environ une fois par siècle.”

EUSO-SPB2 sera également lancé pendant que plusieurs détecteurs d’ondes gravitationnelles fonctionnent. Ces observatoires sont conçus pour capter les ondulations dans l’espace-temps qui se produisent lorsque des trous noirs ou des étoiles à neutrons entrent en collision. Si les détecteurs d’ondes gravitationnelles captent une telle collision, EUSO-SPB2 peut se balancer pour essayer de rechercher des neutrinos dans la foulée.

“Il s’agit d’une étape importante vers la résolution du mystère de l’origine de ces particules dans l’univers et de la manière dont elles pourraient éventuellement être fabriquées”, a déclaré Angela Olinto, professeur d’astronomie et d’astrophysique Albert A Michelson de l’Université de Chicago, qui dirige l’expérience. « Ce sont des particules que nous ne pouvons tout simplement pas créer nous-mêmes sur Terre ; nous devons utiliser ces voyageurs spatiaux pour en savoir plus sur eux.

Comme rien de tel que ce concept n’a été fait auparavant, des dizaines de scientifiques et d’ingénieurs ont travaillé pour s’assurer que les instruments et le ballon fonctionneront ensemble.


Des membres de l'équipe EUSO SPB2 devant le télescope Cherenkov lors d'essais dans l'Utah.  De gauche à droite : Lawrence Wiencke, Tobias Heibges, Viktoria Kungel, Eliza Gazda, Mahdi Bagheri, George Filippatos, Oscar Romero Matamala, Evgeny Kuznetsov et Nepomuk Otte.

Crédit photo : Jihyun Kim

“Par exemple, nous avons dû choisir des matériaux suffisamment légers pour tenir dans la limite de poids de ce que le ballon peut transporter, mais également suffisamment solides pour résister au choc du lancement – lorsque le parachute se déploie, la nacelle subit jusqu’à huit à 10 Gs », a expliqué Johannes Eser, un scientifique de UChicago qui travaille sur EUSO-SPB2 depuis sa création.

Différentes pièces d’EUSO-SPB2 ont été construites dans des institutions du monde entier : Georgia Tech, par exemple, construit la caméra Cherenkov, tandis que des institutions en France et en Italie ont construit la caméra à fluorescence UV. Pendant ce temps, l’Université de Chicago construit plusieurs parties, dont un appareil pour mesurer la couverture nuageuse autour du ballon et la nacelle innovante qui transporte les instruments, ainsi que des simulations et la supervision de l’ensemble du projet.

L’intégralité de la cargaison est actuellement en cours d’assemblage à la Colorado School of Mines, avant d’être expédiée à l’installation de la Nasa en Palestine, au Texas, pour un “test de suspension” conçu pour garantir que l’ensemble de l’appareil tient ensemble et fonctionne bien lorsqu’il est suspendu au ballon. Enfin, il fera son chemin vers la Nouvelle-Zélande pour un lancement prévu au printemps 2023.

Si EUSO-SPB2 fonctionne, cela prouvera que la détection spatiale de ces particules est possible. Olinto espère qu’il pourra fournir une preuve de concept pour les missions de suivi, y compris celle qui se tiendra à bord d’un satellite en orbite autour de la Terre, captant des traces de particules.

“Nous nous préparons pour un avenir dans lequel nous pourrons détecter beaucoup de ces particules et en apprendre énormément”, a déclaré Olinto, “mais nous devons d’abord pousser la technologie beaucoup plus loin”.

Le financement supplémentaire du projet EUSO-SPB2 inclut l’Agence spatiale italienne, l’Agence spatiale française, l’Agence japonaise d’exploration aérospatiale et bien d’autres.

Inscrivez-vous à la Courriel E&T News pour recevoir chaque jour de superbes histoires comme celle-ci dans votre boîte de réception.

About the author

admin

Leave a Comment