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clefs N° 58 Automne 2009 ISSN 0298-6248 CLEFS CEA - N° 58 - AUTOMNE 2009 Clefs

clefs N° 58 Automne 2009 ISSN 0298-6248 CLEFS CEA - N° 58 - AUTOMNE 2009 Clefs CEA N° 58 – AUTOMNE 2009 Image principale de couverture La nébuleuse par réflexion NGC 1999 située dans la constellation d'Orion. Cette image a été prise par la caméra MegaCam, développée au CEA, qui est placée au foyer du télescope de l'Observatoire Canada- France-Hawaii (CFHT) installé au sommet du volcan Mauna Kea, à 4 200 m d'altitude, sur la grande île d'Hawaii. image MegaCam (CEA) par le CFHT & Coelum Images en médaillon haut : Inspection et vérifications fonctionnelles de l'imageur de la caméra infrarouge MIRI, l'un des instruments qui équiperont le télescope spatial James Webb. Le CEA a la responsabilité scientifique et technique de cet imageur. L. Godart/CEA bas : Tests d'alignement de l'imageur de MIRI effectués au CEA. F. Rhodes/CEA Pictogramme des pages intérieures Notre Galaxie, la Voie lactée. NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC) Revue éditée par le CEA Direction de la communication Bâtiment Siège 91191 Gif-sur-Yvette Cedex - (France) Tél. : 01 64 50 10 00 Fax (rédaction) : 01 64 50 17 22 Directeur de la publication Xavier Clément Rédactrice en chef Marie-José Loverini marie-jose.loverini@cea.fr Rédactrice en chef adjointe Martine Trocellier martine.trocellier@cea.fr Comité scientifique Bernard Bonin, Gilles Damamme, Céline Gaiffier, Étienne Klein, François Pupat, Gérard Sanchez, Gérard Santarini Iconographie Florence Klotz Suivi de fabrication Lucia Le Clech Abonnement L’abonnement à la revue Clefs CEA (version papier) est gratuit. Les demandes d’abonnement doivent être adressées, de préférence par Internet, à l’aide du formulaire disponible à l’adresse : http://www.cea.fr ou par télécopie au 01 64 50 20 01 ISSN 0298-6248 Dépôt légal à parution Réalisation Efil – 3 impasse Pellerault – 37000 Tours Tél. : 02 47 47 03 20 – www.efil.fr Imprimerie Gilbert-Clarey (Chambray-lès-Tours) À l’exclusion des illustrations, la reproduction totale ou partielle des informations contenues dans ce numéro est libre de tous droits, sous réserve de l’accord de la rédaction et de la mention d’origine. © 2009 CEA RCS Paris B 775 685 019 Siège social : Bâtiment Le Ponant D, 25 rue Leblanc, 75015 Paris 103 Les étoiles ensemencent l’Univers 103 Les enseignements du Soleil, par Sylvaine Turck-Chièze 143 Sonder l'intérieur des étoiles, par Rafael A. García 163 Du Soleil aux étoiles, par Allan Sacha Brun 173 Voyage dans les nurseries stellaires, par Vincent Minier, Philippe André et Frédérique Motte 223 L'origine des éléments lourds, par Stéphane Mathis 263 L'explosion des supernovae, par Thierry Foglizzo 273 Les restes de supernova, par Anne Decourchelle et Jean Ballet 283 Astres de haute énergie : des sources de surprises, par Sylvain Chaty, Stéphane Corbel et Jérôme Rodriguez 313 Mémo A Sonder l'Univers sur toute la gamme lumineuse 343 Les planètes : un ballet de petits astres virevoltants avant le final de leurs naissances 343 Comment est né notre monde, par André Brahic 403 Les anneaux de Saturne : un merveilleux laboratoire d'étude, par Sébastien Charnoz et Cécile Ferrari 413 Les cocons des planètes, par Pierre-Olivier Lagage, Frédéric Masset et Éric Pantin I. L’ASTROPHYSIQUE ET L ’EXPLORATION DE L’UNIVERS 440 Les galaxies : une évolution pleine de paradoxes 443 La vie des galaxies actives, par Marc Sauvage et Frédéric Galliano 483 Un trou noir mystérieux, par Andrea Goldwurm 503 Élucider le mécanisme d'accélération des rayons cosmiques, par Jean Ballet, Anne Decourchelle et Isabelle Grenier 523 À la recherche des grands ancêtres, par Emanuele Daddi 563 Formation des galaxies : une histoire paradoxale, par David Elbaz 603 La morphogenèse des galaxies, par Frédéric Bournaud 620 L ’Univers, une « soupe » homogène devenue une structure hiérarchisée 623 La grande histoire thermique de l’Univers, par Dominique Yvon 653 La toile d’araignée cosmique, par Monique Arnaud 683 Formation des structures de l'Univers : le jeu des modèles, par Romain Teyssier 703 L ’Univers a-t-il une forme ? Est-il fini ou infini ?, par Roland Lehoucq 720 Odyssée dans la part sombre de l’Univers 723 1. L ’énigmatique matière noire 723 Astrophysique et observation de la matière noire, par Nathalie Palanque-Delabrouille et Roland Lehoucq 773 Théorie de la matière noire, par Marco Cirelli et Camille Bonvin 803 Pourra-t-on créer un jour de la matière noire au LHC ?, par Bruno Mansoulié 253 Avant-propos par Catherine Cesarsky 453 Voir l'invisible : petite histoire d'une grande conquête par Jean-Marc Bonnet-Bidaud 18 Dans les secrets de l’Univers 39 Avant-propos CLEFS CEA - N° 58 - AUTOMNE 2009 2 Dans les secrets de l’Univers Nous sommes en 2009, quatre centième anniversaire des premières observations de Galilée, et ceci donne lieu à une célébration internationale dans le cadre de l'Année mondiale de l'astronomie, proclamée par les Nations-unies et coordonnée, au niveau mondial, par l'Union astronomique interna- tionale (UAI) et l'Unesco. En tant que Présidente de l'UAI, je me complais à dire que cette année célèbre aussi l'âge d'or de l'astrophysique. En effet, les avan- cées spectaculaires de la technologie depuis une trentaine d'années, et l'utilisation exceptionnelle que les astrophysiciens ont su en faire, ont amené à un bouleversement complet de notre vision et de notre compréhension de l'Univers et de ses compo- santes, du comportement interne du Soleil à la formation des étoiles et des planètes, de l'évolution des galaxies que l’on appréhende maintenant prati- quement sur les 14 milliards d'années de vie de l'Univers à celle des grandes structures, ces vastes toiles d'araignée qui traversent l’espace. La physique fondamentale se trouve également en révolution, en particulier la physique des particules élémentaires, pour tenter d'identifier le moteur de l'expansion accélérée de l'Univers et les mystérieux porteurs de masse qui constituent la matière noire, composante très dominante de matière dans l’Univers. Dans cette explosion de connaissances, le CEA tire parti de ses atouts exceptionnels pour être un acteur conséquent, recevant une reconnaissance internationale qui ne cesse de croître. Ainsi, trois chercheurs du CEA impliqués dans cette thématique ont déjà reçu des bourses ERC (pour European Research Council). Au départ, le CEA s'est investi dans le spatial lorsque la France et l'Europe décidè- rent de se lancer dans les sciences spatiales. On pensa immédiatement à la détection des rayonnements cosmiques de haute énergie (photons X et gamma, particules), qui ne pénètrent pas dans l'atmosphère terrestre, et donc au CEA qui, en raison de sa mission principale, détenait une expertise reconnue dans la détection de ces rayonnements. Le CEA fut d'emblée l'un des principaux laboratoires européens à embarquer des détecteurs de rayonnements de haute énergie sur des ballons, des fusées puis des satellites. Aux côtés des chercheurs et ingénieurs dévelop- pant des instruments se greffèrent des astrophysi- ciens qui raffermirent le lien entre le savoir-faire expérimental et l'interprétation des résultats en termes d'avancées des connaissances sur l'Univers. Au fil des ans, cette collaboration fructueuse amena une forte augmentation de la capacité, pour le CEA, à proposer des instruments et les missions les mieux à même de résoudre les problèmes les plus brûlants, ce qui lui permit d'être sélectionné par des instances nationales et internationales pour de nombreux instruments dans l'espace et au sol. Notons, par exemple, le grand succès de la caméra aux rayons gamma Sigma embarquée sur un satellite russe, et qui découvrit les microquasars, trous noirs de masse stellaire qui sont le siège de phénomènes analogues à ceux étant à l’œuvre dans les quasars. L. GODART/CEA CLEFS CEA - N° 58 - AUTOMNE 2009 3 «Le CEA tire parti de ses atouts exceptionnels pour être un acteur conséquent, recevant une reconnaissance internationale qui ne cesse de croître.» L’intérêt vers de nouvelles thématiques scien - tifiques, tels le contenu en gaz des galaxies et l’étude de la formation des étoiles, ainsi que l’op- portunité de tirer profits de synergies avec les équipes de la Direction de la recherche technolo- gique (DRT), amena les astrophysiciens du CEA à se lancer aussi dans l’astronomie infrarouge au début des années 80. L’Agence spatiale européenne (ESA) préparait le premier observatoire infrarouge spatial, ISO, et le CEA avait la possibilité de prendre la responsabilité principale d’un instrument phare, la caméra. Il fallait pour cela disposer de matrices de détecteurs infrarouge qui, à cette époque, ne pouvaient être importés des USA. Ces détecteurs demandaient un développement spécifique pour pouvoir fonctionner avec un faible fond et le Laboratoire infrarouge du Leti se lança dans l’aven- ture, avec succès. Les résultats d’ISOCAM sur la formation des étoiles et l’évolution des galaxies, démontrant que les sursauts de formation d’étoiles et les galaxies à très fort flux infrarouge étaient beau- coup plus fréquents dans le passé, ont révolutionné le sujet. Aujourd’hui, un très grand nombre d’as- trophysiciens de par le monde étudient les diverses étapes d’évolution des galaxies ; les résultats d’ISOCAM ont été confirmés et considérablement étendus par le satellite américain Spitzer et l’on attend maintenant des avancées importantes avec le satellite Herschel, qui vient d’être lancé. Pour Herschel, la DRT a développé des matrices de détec- teurs novateurs, également utilisés au sol sur le radiotélescope APEX, et la Direction des sciences de la matière (DSM) a participé très activement à la construction de deux des trois instruments. L’astronomie au sol, aussi, a fait de uploads/Litterature/ dans-les-secrets-de-l-univers.pdf