télescope à rayons gamma

Le ciel nocturne en lumière neutrino ressemble à une toile sur laquelle travaillent deux mains. L'une tient un pinceau large et doux : ce sont les restes de supernova, les enveloppes laissées par les explosions d'étoiles. L'autre serre une plume fine et dure : les microquasars, des systèmes binaires où un trou noir enroule la matière en jets étroits.

Les rayons gamma sont la lumière la plus énergétique de l'Univers. Mais une partie d'entre eux, d'énergie intermédiaire, est restée longtemps invisible : les instruments ne pouvaient pas les détecter, laissant un vide dans le ciel. Les scientifiques l'appellent le « vide du MeV », d'après l'unité d'énergie que portent ces rayons.

En juillet 1969, alors qu'Apollo 11 volait vers la Lune, les astronautes ont remarqué quelque chose d'inhabituel : de brefs éclairs de lumière qui apparaissaient même les yeux fermés. Au début, on a mis cela sur le compte de la fatigue, mais les flashs se sont répétés chez différents équipages.

Un immense stade rempli de personnes vêtues de noir. Vous êtes à l'extérieur et tentez de deviner ce qui se passe à l'intérieur, sans voir personne. Mais si deux personnes se heurtent et échangent des maillots fluorescents, vous remarquerez un éclair de couleur.

Le ciel gamma, immortalisé par le télescope Fermi, est une symphonie grandiose de milliers de sources. On y trouve les pulsations rythmiques des pulsars, les accords puissants des noyaux actifs de galaxie, mais surtout des objets non identifiés dont la partition reste une énigme.

La main invisible de la matière noire étreint les galaxies dans les bras de la gravité, mais sa nature nous échappe depuis près d'un siècle.

Les ondes gravitationnelles sont les frémissements de l'espace provoqués par les fusions de trous noirs et d'étoiles à neutrons.

Une galaxie ressemble à une crêpe lumineuse parsemée d'étoiles. Si on la regarde à plat, on voit tout d'un coup – les bras brillants et les couches sombres de poussière. Mais il suffit d'incliner la crêpe pour que le tableau change : les couches se superposent, la lumière se mélange.

Les détecteurs de matière noire classiques ressemblent à un gardien de but qui attend un tir puissant alors que le ballon roule à peine. Les particules invisibles qui remplissent notre Galaxie se déplacent souvent trop lentement pour être repérées par les capteurs sensibles.

Au cœur même de la Voie lactée, quelque chose émet continuellement une lueur gamma. Cette lumière est particulière : son énergie est exactement de 511 000 électronvolts. Une telle énergie apparaît lorsqu'un électron rencontre son antiparticule, le positron, et que les deux s'annihilent en laissant une bouffée de lumière.

Le télescope Fermi a enregistré pendant 17 ans le rayonnement gamma des noyaux actifs de galaxies abritant des trous noirs géants en leur centre. La lueur de leurs jets évoque une cacophonie chaotique : elle varie sans cesse.

Sous nos pieds, dans l'épaisseur de la planète, se déroule une lente désintégration d'éléments radioactifs. Elle engendre de minuscules particules : les géoneutrinos. Elles traversent la croûte terrestre, le manteau et le noyau sans presque interagir avec la matière.

La matière noire est comme une colle invisible qui maintient les galaxies ensemble. Elle n'émet pas de lumière, mais si ses particules entrent en collision, un éclair de rayonnement gamma peut se produire.

La nuit, le ciel n'est jamais absolument noir. Même loin des villes, les couches supérieures de l'atmosphère émettent une faible lueur : la lumière du soleil fait émettre aux atomes d'hydrogène une lueur rougeâtre que les astronomes appellent émission géocoronale.

Un pompier muni d'une caméra thermique voit le foyer d'un incendie à travers la fumée. Mais comment voir une source de radiation qui ne sent rien, ne brille pas et ne chauffe pas ? Les caméras gamma résolvent ce problème : elles captent les rayons gamma émis par les substances radioactives et superposent leur « trace » sur une photographie ordinaire.

Une éruption solaire, c'est comme un coup de canon géant : elle projette dans l'espace un flux de particules chargées. Lorsque ce flux atteint la Terre, le champ magnétique de la planète le dévie généralement, mais dans les régions polaires, les particules pénètrent dans l'atmosphère.

Dans un champ, un réservoir d'eau qui sert normalement à piéger les particules venues de l'espace surveille désormais la quantité d'humidité dans le sol sous nos pieds. L'eau du réservoir agit comme un piège à neutrons — ces particules minuscules qui s'échappent du sol lorsque des rayons cosmiques le frappent.

Dans un réservoir d'eau pure, les particules se déplaçant plus vite que la lumière dans ce milieu laissent des éclairs bleutés — comme un avion franchissant le mur du son produit un bang. Grâce à ces éclairs, on peut identifier le visiteur : un quantum gamma ou un neutron.

Les neutrinos sont des particules fantômes : prédits par le modèle standard, ils n'interagissent presque pas avec la matière. Les attraper, c'est comme essayer d'entendre un murmure dans le vacarme d'une cascade.

Jetez des cailloux le long d'une rangée serrée de poteaux : ils ricochent en un jet dense. Jetez-les en biais, et ils se dispersent. Les rayons gamma dans un cristal font de même : ils engendrent des cascades de particules qui s'étalent à moins que les rangées atomiques du cristal ne soient parfaitement alignées. Alignez-les à un cheveu près, et la cascade se resserre en un faisceau étroit.

Les rayons cosmiques, c'est un peu comme une pluie battante qui tombe de partout. Mais qu'un vent se lève, et les gouttes changent de direction. Ainsi, une tempête solaire — un nuage de gaz magnétisé éjecté par le Soleil — courbe la trajectoire de ces particules qui, d'ordinaire, pleuvent uniformément sur la Terre.

La masse courbe l'espace-temps, un peu comme une lourde pierre déforme une route asphaltée. La lumière qui passe à proximité contourne cette dépression, son trajet s'allonge et elle retarde. Cet effet Shapiro a été observé de nombreuses fois par les astronomes autour du Soleil et des planètes.

Dès le XVIIIe siècle, William Herschel cherchait la vie sur Mars. Aujourd'hui, les astronomes ne visent plus les planètes mais les artefacts — par exemple, des sondes extraterrestres cachées dans le système solaire. Le problème : repérer un objet minuscule à côté du Soleil éblouissant est presque impossible.

Au cœur de nombreuses galaxies brille une balise invisible — un trou noir supermassif. Lorsqu'il absorbe de la matière, il projette dans l'espace un faisceau éblouissant de rayons gamma. Si ce faisceau pointe vers la Terre, les astronomes voient un blazar — un point brillant mais capricieux.

Un ver luisant scintille pendant un dix-milliardième de seconde quelque part au-dessus de la taïga sibérienne. Impossible à voir à l'œil nu, mais l'installation TAIGA-HiSCORE, disséminée dans la vallée du district de Tounka en Bouriatie, a tenté de capturer exactement ce genre d'éclairs — non pas d'insectes, mais des profondeurs du cosmos.