Cinquante nouvelles exoplanètes découvertes dont 16 nouvelles super-Terres

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- communiqué de presse
Lundi, 12 Septembre 2011

Une équipe internationale d'astronomes impliquant en France, le CNRS, l'UPMC et l'UVSQ, annonce aujourd'hui la découverte de 50 nouvelles exoplanètes en orbite autour de proches étoiles. Cette riche moisson, livrée grâce à l'instrument HARPS, le très performant « chasseur » d'exoplanètes de l'ESO[1] installé au Chili, inclut 16 super-Terres, c'est-à-dire des planètes de masse comprise entre une et dix fois celle de notre planète. L'une de ces super-Terres se situe à l'intérieur de la zone habitable de son étoile : elle pourrait donc être propice à l'apparition de la vie et à son évolution. De plus, les chercheurs ont établi que plus de 40% des étoiles similaires au Soleil possèdent au moins une planète plus légère que Saturne. Ces résultats, sont présentés le 12 septembre, lors de la conférence sur les systèmes solaires extrêmes, qui se déroule dans le Wyoming aux Etats-Unis.
Depuis 2003, HARPS ausculte le ciel austral en quête de planètes gravitant autour d'autres étoiles que le Soleil. En partie développé en Francre et installé sur le télescope de l'Observatoire La Silla de l'ESO au Chili, ce spectrographe est le chasseur d'exoplanètes le plus performant au monde : jusqu'à présent, il avait détecté une centaine d'exoplanètes[2], via une technique ultra-précise basée sur la mesure des vitesses radiales des étoiles[3]. A ce nombre, s'ajoutent aujourd'hui 50 nouvelles autres planètes. Très riche, cette dernière moisson de découvertes obtenue par HARPS inclut une population extrêmement abondante de super-Terres[4] (16 en tout) et de planètes semblables à Neptune[5] orbitant autour d'étoiles très similaires à notre Soleil.
Utilisant les observations effectuées par HARPS, les astronomes ont pu largement améliorer leur estimation de la probabilité pour une planète de faible masse (par opposition à une géante gazeuse comme Jupiter ou Saturne) d'orbiter autour d'une étoile semblable au Soleil. Ils ont ainsi constaté que plus de 40% de ces étoiles comprennent au moins une planète possédant une masse inférieure à celle de Saturne (comprise entre 3 et 95 fois la masse de la Terre).
HARPS devrait atteindre des niveaux inégalés de stabilité et de sensibilité, ce qui lui permettrait de repérer, dans les années à venir, des planètes rocheuses capables d'abriter la vie. Dix étoiles proches, similaires au Soleil[6], ont été sélectionnées pour mener des recherches systématiques de super-Terres. Deux ans de travail furent nécessaires aux astronomes avant de découvrir cinq planètes de masse inférieure à cinq fois la masse terrestre. Une seule de ces cinq planètes serait susceptible d'abriter la vie. Ainsi, HARPS a jusqu'à maintenant détecté deux super-Terres au sein de zones habitables (zone étroite, localisée autour d'une étoile, à l'intérieur de laquelle l'eau peut être présente sous forme liquide). La première, Gliese 581 d, a été mise en évidence en 2007. La seconde, baptisée HD 85512 b, possède une masse estimée à environ 3,6 fois la masse terrestre. Située à 36 années-lumière, il s'agit de la planète de plus faible masse repérée par HARPS. « Avoir détecté HD 85512 b démontre la possibilité de découvrir d'autres super-Terres dans la zone d'habitabilité d'étoiles similaires au Soleil », précise Michel Mayor, à l'initiative du projet HARPS qui est maintenant dirigé par son collègue de l'Observatoire de Genève.
D'ici vingt ans, devrait être publiée la première liste des planètes habitables à proximité du système solaire, grâce à laquelle des expériences futures pourront rechercher de possibles signatures spectroscopiques de la vie dans des atmosphères d'exoplanètes. Ces résultats renforcent le sentiment des astronomes qu'ils sont proches de découvrir de nouvelles petites planètes rocheuses autour de planètes similaires au Soleil. De nouveaux instruments sont prévus pour faire progresser ce pan de la recherche. Ils incluent le spectrographe SOPHIE de l'obseratoire de Haute Provence, une copie de HARPS à installer sur le télescope italien Galileo aux Iles Canaries, pour étudier les étoiles du ciel de l'hémisphère nord, mais également un nouveau et plus puissant chasseur d'étoiles, nommé ESPRESSO, devant être mis en place sur le très grand télescope (VLT) de l'ESO en 2016 au Chili.
Ces résultats sont présentés lundi 12 septembre 2011 lors de la conférence sur les systèmes solaires extrêmes, qui se déroule dans le Wyoming aux Etats-Unis. Elle réunit plus de 350 experts en exoplanètes.

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Paris, 22 Septembre 2014

À la recherche des origines de l'Univers : première étape pour NOEMA

L'observatoire du plateau de Bure de l'IRAM1 (CNRS/MPG/IGN) dans les Alpes françaises accueillera d'ici à cinq ans, six antennes supplémentaires grâce au projet NOEMA (NOrthern Extended Millimeter Array). La première de ces six antennes est inaugurée lundi 22 septembre 2014 au siège de l'IRAM près de Grenoble. Une fois terminé, NOEMA deviendra ainsi le radiotélescope millimétrique le plus puissant de l'hémisphère Nord. Il permettra notamment aux astronomes d'observer les galaxies et les trous noirs aux confins de l'Univers mais aussi d'identifier des éléments clefs dans la formation des étoiles et des systèmes planétaires.
La radioastronomie millimétrique joue un rôle essentiel dans l'astrophysique moderne : elle rend possible l'étude de l'origine et de l'évolution de l'Univers. NOEMA (NOrthern Extended Millimeter Array) appartient à une nouvelle génération de radiotélescopes. Lorsqu'il sera terminé, cet instrument sera l'interféromètre le plus puissant de l'hémisphère Nord. Grâce à six antennes supplémentaires de 15 mètres de diamètre chacune et à de nouveaux systèmes de réception d'une sensibilité extrême, NOEMA aura une précision 10 fois meilleure que celle de l'observatoire actuel et offrira une résolution spatiale 4 fois plus fine que son prédécesseur. Ces récepteurs sont entièrement conçus et réalisés dans les laboratoires de l'institut IRAM (CNRS/MPG/IGN) en utilisant les technologies des très hautes fréquences (teraHertz), des détecteurs supraconducteurs et des technologies de basse température (cryogénie).
Ainsi NOEMA, avec une résolution spatiale de 0,2 secondes d'arc2 soit celle du VLT de l'ESO, sera en mesure d'obtenir des images précises et inédites de nuages de gaz interstellaires, et des étoiles qui y naissent. Il permettra aux chercheurs d'identifier des molécules interstellaires et d'analyser la poussière cosmique, des éléments clefs dans la formation des étoiles et des galaxies. NOEMA apportera des réponses à quelques-unes des questions les plus fondamentales de l'astronomie moderne : comment se sont formées les toutes premières étoiles ? Comment les grandes structures de l'Univers ont-elles évoluées pour aboutir aux galaxies géantes comme notre Voie Lactée ? Ou comment se forment les systèmes planétaires ?
NOEMA, d'un budget total estimé à 45 millions d'euros, est conjointement financé par les partenaires qui ont fondé l'IRAM : le CNRS en France et la MPG (Max-Planck-Gesellschaft) en Allemagne. La première de ses six antennes est inaugurée le 22 septembre au siège de l'IRAM, en présence de ses contributeurs. Elle sera opérationnelle à la fin de l'année 2014. La deuxième des six nouvelles antennes devrait quant à elle être mise en service l'année prochaine, et il faudra attendre 4 à 5 ans de plus pour voir le projet entièrement terminé avec ses 12 antennes sur le plateau.

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Paris, 4 juillet 2014

Les séismes géants éclairent les volcans sous pression
Des chercheurs de l'Institut des sciences de la Terre (CNRS/Université Joseph Fourier/Université de Savoie/IRD/IFSTTAR) et de l'Institut de physique du globe de Paris (CNRS/Université Paris Diderot/IPGP), en collaboration avec des chercheurs japonais, ont observé, pour la première fois, la réponse des volcans japonais aux ondes sismiques émises lors du séisme géant de Tohoku-oki (2011). Ces observations renseignent la manière dont les séismes peuvent impacter les volcans. Elles devraient permettre d'améliorer l'estimation du risque d'éruptions volcaniques majeures à travers le monde. Leur étude est publiée le 4 juillet 2014 dans Science.
Jusqu'au début des années 2000, le bruit de fond sismique1 était systématiquement supprimé des analyses en sismologie. Or ce bruit de fond est en réalité associé à des ondes sismiques causées par la houle océanique. Celles-ci, qui peuvent être comparées à des micro-séismes permanents et continus, permettent alors aux sismologues de s'affranchir des séismes (très localisés sur un temps limité) pour imager l'intérieur de la Terre et son évolution dans le temps, à la manière d'une échographie à l'échelle de la Terre.
L'utilisation du bruit de fond sismique est à l'origine d'une nouvelle méthode de mesure, continue dans le temps, des perturbations des propriétés mécaniques de l'écorce terrestre. Les chercheurs de l'Institut des sciences de la Terre (CNRS/Université Joseph Fourier/Université de Savoie/IRD/IFSTTAR) et de l'Institut de physique du globe de Paris (CNRS/Université Paris Diderot/IPGP) ont utilisé cette nouvelle technique et se sont associés à des chercheurs japonais disposant du réseau Hi-net, réseau de capteurs sismiques le plus dense au monde (plus de 800 capteurs installés sur tout leur territoire).
À la suite du séisme géant de Tohoku-oki en 2011, les chercheurs ont analysé plus de 70 téraoctets de données sismiques issues de ce réseau. Ils ont alors montré pour la première fois que les zones où les perturbations de l'écorce terrestre étaient les plus importantes ne correspondaient pas à celles où les secousses ont été les plus fortes. Elles étaient, en effet, localisées sous les régions volcaniques, en particulier sous le Mont Fuji. Cette nouvelle méthode a donc permis aux chercheurs d'observer les anomalies causées par les perturbations du séisme dans les régions volcaniques sous pression. Le Mont Fuji, qui montre l'anomalie la plus élevée, est probablement soumis à un état de pression important bien qu'aucune éruption n'ait encore eu lieu à la suite du séisme de Tohoku-oki. Le séisme de magnitude 6.4, qui s'y est produit quatre jours après le séisme de 2011, confirme l'état critique, en termes de pression, de ce volcan. Ces résultats vont dans le sens des théories selon lesquelles la dernière éruption du Mont Fuji en 1707 ait été très probablement déclenchée par le séisme géant de Hoei de magnitude 8.7 qui s'est produit 49 jours avant l'éruption.
De manière plus générale, ces résultats montrent comment caractériser les régions affectées par des pressions élevées  de fluides volcaniques grâce aux données sismiques issues de réseaux de capteurs sismiques denses. Ils permettent ainsi d'améliorer l'estimation du risque d'éruptions volcaniques majeures à travers le monde.

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Texte de la 528 ème conférence donnée à lUniversité de tous les savoirs le 15 juin 2004

Le Supermonde et les Dimensions Cachées de lUnivers
par Pierre Fayet

Les symétries et leur rôle
Particules, Interactions et Symétries
Dans lexposé précédent, Gerard t Hooft nous a initié au monde microscopique des particules élémentaires et des interactions fondamentales. Celui-ci appartient aussi à lUnivers dans son ensemble, dont lobservation peut nous fournir certaines des clés nécessaires à notre compréhension.
On va discuter ici de particules, et dinteractions entre ces particules. Dans ce monde qui semble fort complexe, une notion vient mettre de lordre, celle de symétrie, absolument fondamentale. Les particules narrivent pas seules, mais sont rangées en des ensembles que lon appelle des multiplets. Elles existent en quelque sorte en plusieurs exemplaires aux propriétés semblables ou voisines, reliés par des symétries, faisant intervenir des transformations permettant de passer dun état dune particule à un autre état de particule. Par exemple dun état proton à un état neutron, ou dun neutrino à un électron. Ces symétries jouent un rôle déterminant dans le monde des particules et des interactions, en établissant des liens entre particules, des liens entre interactions, et même, comme nous allons le voir, en étant directement responsables de lexistence des diverses sortes dinteractions.
Nous allons parler des particules, et des constituants de la matière en premier lieu. De la matière ordinaire bien sûr, faite délectrons, et de protons et de neutrons, eux-mêmes constitués de quarks. Mais il existe aussi dautres sortes de particules, dautres formes de matière. Il y a déjà lantimatière, on le sait depuis longtemps. La théorie quantique des champs nous dit que les particules doivent être accompagnées dantiparticules de même masse, mais dont les autres caractéristiques comme la charge électrique sont opposées. Nous verrons aussi, avec la supersymétrie qui constituera lessentiel de notre sujet, que les particules peuvent avoir des sortes de doubles, reflets par supersymétrie des particules ordinaires, que lon appelle aussi des superpartenaires. Parmi eux, les neutralinos pourraient constituer la mystérieuse Matière Sombre qui semble le principal composant de la matière de notre Univers.
Nous allons aussi parler des interactions entre particules, responsables des forces qui sexercent entre elles, de leurs collisions (qui peuvent, ou non, en changer la nature), et le cas échéant de leurs processus de désintégration. Elles sont de quatre types : fortes, électromagnétiques, faibles et gravitationnelles. Ces dernières, bien que très importantes au niveau macroscopique, sont en fait extrêmement faibles, lorsque lon considère leur action entre particules prises individuellement. On sera souvent amenés à les ignorer ou à les négliger, au moins dans une première étape.
Les interactions électromagnétiques nous sont assez familières, et incluent notamment tous les phénomènes qui concernent la lumière, les ondes radio, les rayons X, etc. Les interactions fortes font que les quarks se regroupent, trois par trois, pour former les protons et les neutrons, ceux-ci sassociant ensuite en noyaux datomes. Les interactions
faibles sont elles aussi essentielles, en permettant notamment les réactions nucléaires de fusion qui alimentent le Soleil en énergie.
Nous avons appris que chacune de ces quatre sortes dinteractions fondamentales se trouve associée à lexistence de symétries particulières : symétries de jauge dans le cas des interactions fortes, électromagnétiques et faibles, ou symétries despace-temps, à la base de la relativité, pour ce qui est de la gravitation. Mais peut-être y a-t-il encore dautres sortes dinteractions, dont lexistence nous aurait échappé ? Et quen utilisant des généralisations successives de la notion de symétrie, on sera amenés à postuler lexistence de nouvelles particules, et de nouvelles formes dinteractions, qui nous seraient encore inconnues.
Pour aller plus loin : Supersymétrie, et dimensions supplémentaires
Ces interactions et ces symétries sont à loeuvre dans un univers. Notre expérience nous conduit à le représenter en trois dimensions, correspondant par exemple à la longueur, à la largeur et à la hauteur des objets qui sy trouvent. Mais on a quelques raisons de penser quil pourrait exister aussi des dimensions supplémentaires, qui nous seraient cachées. Comment celles-ci pourraient-elles se manifester, sont-elles grandes ou petites, et ny en aurait-il pas dencore plus bizarres, pour lesquelles la notion intuitive de distance perdrait sa signification ? Nous y reviendrons un peu plus loin.
Lessentiel de notre sujet va être la supersymétrie. Jai indiqué en sous-titre Une nouvelle symétrie de la physique des particules et des interactions fondamentales ?, avec un point dinterrogation pour rappeler que ce que lon va dire là-dessus demeure hypothétique. Ces théories ont été développées depuis un certain temps déjà, remontant aux années 1970. Elles peuvent dans lavenir se révéler justes, ou non. Il se peut que lon fasse fausse route, que lon soit sur une mauvaise piste. Mais cette piste des symétries sest montrée extrêmement fructueuse dans le passé et jusquà présent, et il est naturel de tenter de la poursuivre un peu plus loin, lavenir se chargeant de juger de la pertinence de cette démarche.
Nous verrons que lune des conséquences les plus remarquables de la supersymétrie, lorsque nous lappliquerons au monde des particules élémentaires, va être que celles-ci doivent avoir des sortes de doubles, ou superpartenaires. Si tel est le cas la moitié au moins du monde des particules aurait échappé à notre observation ! Lun des sujets essentiels de la physique des particules et interactions fondamentales aujourdhui, et aussi de la physique de lUnivers, consiste à tenter de mettre en évidence ces nouveaux objets, sils existent. Un indice peut-être ? La Matière Sombre souvent appelée aussi matière noire de lUnivers pourrait être constituée, pour lessentiel, de ces nouvelles particules dont lexistence est ainsi postulée par les théories de supersymétrie.
Symétries despace-temps, et symétries de jauge
Avant de rentrer véritablement dans le vif du sujet, nous allons revenir sur la notion de symétrie sur laquelle la physique des particules et interactions fondamentales sappuie depuis tr`es longtemps, et sur un certain nombre de ses généralisations successives. Le premier exemple de symétrie auquel on pense généralement est la symétrie par rapport à un miroir : on considère un objet et on le regarde dans le miroir. Lobjet et son image nous apparaissent alors comme ayant essentiellement les mêmes propriétés, obéissant lun et lautre aux mêmes lois physiques du moins tant que lon ne sintéresse pas aux interactions faibles, qui régissent notamment les désintégrations radioactives de certaines particules, ou de certains noyaux atomiques. Il sagit là dune symétrie, dite discrète, qui échange les rôles de la main gauche et de la main droite, et donc des deux orientations, gauche et droite, de lespace.
On peut aussi considérer dautres symétries analogues, comme le renversement du sens du temps qui échangerait le passé et le futur. Et se demander si, ou plutôt dans quelle mesure, les lois physiques fondamentales sont bien invariantes par rapport à lopération qui consisterait à échanger les rôles du passé et le futur.
Dautres symétries despace-temps nous sont aussi familières, comme les translations et les rotations. On prend un objet, on peut le déplacer, et on sait que les lois physiques fondamentales sont (bien sûr dans un espace-temps qui serait par ailleurs vide) invariantes par translation, dans lespace comme dans le temps. En labsence dobjets extérieurs la physique ici est la même que la physique là ; et la physique dhier et celle daujourdhui, ou de demain, sont aussi les mêmes. Les lois physiques sont, de plus, invariantes par rotation : dans lespace (vide), il ny a pas de direction privilégiée. Toutes ces symétries sont des symétries despace-temps, et lon sera amenés à compléter cet ensemble en y rajoutant les transformations de Lorentz, qui sont à loeuvre en relativité et permettent dy relier lespace et le temps.
Il y a encore dautres symétries fondamentales, qui sont les symétries de jauge. On les rencontre déjà en électromagnétisme. Lorsque lon considère un champ magnétique , on peut lexprimer à laide dune certaine expression mathématique appelée potentiel vecteur ( ). Mais il y a plusieurs expressions possibles pour , en fait une infinité, qui toutes permettent de décrire le même champ magnétique. Laquelle choisir, et lune dentre elles devrait-elle être privilégiée ? Il nen est rien. Il y a là un principe dit dinvariance de jauge, selon lequel la physique ne dépend pas du choix particulier des expressions mathématiques utilisées pour la décrire.
Ce principe général est à loeuvre dans les symétries entre particules et entre interactions, notamment dans les théories dites de Yang et Mills, généralisations de lélectromagnétisme, qui vont permettre de décrire à la fois les interactions fortes, dune part, et les interactions électromagnétiques et faibles, dautre part.
Relativité, et gravitation
Mais revenons aux symétries despace-temps, en rappelant que, dans le cadre de la relativité, lespace et le temps jouent des rôles analogues. Le temps, qui peut être mesuré par des horloges en mouvement, les unes par rapport aux autres, perd alors son caractère absolu, universel, et devient relatif au référentiel choisi pour le mesurer.
Les transformations de Lorentz, qui permettent de transformer un objet au repos en un objet en mouvement (ou de passer dun référentiel considéré comme au repos à un autre en mouvement) sont alors capables de relier les coordonnées despace et de temps. Au lieu de considérer séparément lespace et le temps, on est conduit à les traiter comme formant une entité unique, et lon décrit les événements comme associés à des points (ou des quadrivecteurs) dans cet espace-temps à quatre dimensions, trois despace et une de temps.
La théorie de la relativité nous dit alors que les lois physiques fondamentales sont invariantes non seulement par rapport aux translations, dans lespace comme dans le temps, aux rotations dans lespace, mais aussi par rapport aux transformations de Lorentz qui apparaissent un peu comme des rotations généralisées de lespace-temps. Il sagit là de la théorie de la relativité dite restreinte.
Celle-ci a ensuite été généralisée par Einstein pour létendre dun espace-temps plat à un espace-temps courbe. Lorsque lon décrit la physique dans un tel espace-temps courbe, comme le fait la théorie de la relativité générale, la force de gravitation apparaît comme une force dinertie, que lon peut faire disparaître en chaque point par le choix dun référentiel approprié, en chute libre. Ceci nécessite au passage luniversalité de la chute libre, cest-à-dire que le mouvement de chute libre dun corps soit bien indépendant de sa composition (ce qui sexprime en un autre langage par lidentité de la masse inerte et de la masse gravitationnelle). Une particule soumise à une force de gravitation apparaît alors comme allant (localement) tout droit, mais dans un espace-temps qui, lui, est courbe. Et ce qui courbe lespace-temps, ce sont les masses, ou plus précisément les densités dénergie, et même dénergie-impulsion, comme lexpriment les équations dEinstein de la relativité générale.
Superespace, et dimensions supplémentaires

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