Cyril Birnbaum
Aujourd'hui nous accueillons deux chercheurs, Pierre Lena qui est Professeur ‡ l'universitÈ Paris VII; il travaille ‡ l'Observatoire de Meudon et est toujours, encore pour deux ans, Directeur de l'Ecole doctorale de Paris. Et Michel Spiro qui est Physicien des particules, qui traille ‡ la fois au CEA et au CNRS. Nous avons dÈj‡ organisÈ une confÈrence sur la planÈtologie comparÈe, et aujourd'hui nous allons parler du ciel dans toutes ses longueurs d'ondes.

Pourquoi ce choix ? Tout simplement parce que lorsqu'on regarde ce qui est Ècrit dans les livres on ne trouve jamais ce thËme abordÈ. On pourra ainsi comprendre que l’observation du ciel, dans toutes ses diffÈrentes longueurs d'ondes, est complémentaire. Le but de cet exposÈ est de voir que tout se recoupe et qu'on a aujourd'hui besoin maintenant de physiciens des particules pour recouper avec les gens qui observent dans le visible. La confÈrence se dÈroulera de la faÁon suivante : on propose aux intervenants de parler chacun durant vingt minutes, Pierre Lena va dÈmarrer pendant vingt minutes, puis Michel Spiro, et ensuite dÈmarrera le dÈbat sur les quarante minutes restantes o˘ vous pourrez les uns aprËs les autres poser des questions.

Pierre Lena
Merci ‡ vous d'Ítre venus, merci ‡ Cyril Birnbaum qui a ÈtÈ un de nos Ètudiants il y a quelques annÈes qui a eu la gentillesse de m'inviter. Il m'a proposÈ un challenge que je n'ai jamais rencontrÈ encore, c'est-‡-dire dÈcrire toute la lumiËre depuis les rayons gamma jusqu'aux radio-frÈquences en vingt minutes. Je suis certain que je n'y arriverai pas.

Jusqu'‡ il y a une dizaine d'annÈes ce que nous savions de l'univers nous ne le savions que par la lumiËre que nous en recevions, ‡ l'exception de quelques excursions sur la Lune ou par des sondes posÈes sur Mars dans la banlieue trËs proche de la Terre. Pour les astronomes comme pour la totalitÈ des Ítres humains, la lumiËre Ètait le seul messager par lequel nous pouvions, comme des dÈtectives ‡ partir des indices qu'elle nous apportait, dire quelque chose sur ce qui se passait, et mÍme avant sur ce qui existait hors de la Terre, hors de notre systËme solaire. C'est vous dire l'attention que depuis toujours les astronomes portent ‡ cette lumiËre pour essayer de la dÈchiffrer, de la faire parler en quelque sorte, Ètant bien entendu que les messages qu'elle apporte n'ont ÈtÈ Ècrits par personne, ils traduisent simplement la prÈsence d'objets lumineux ou ÈclairÈs par d'autres objets lumineux dont la lumiËre nous parvient.

Pendant trËs longtemps les astronomes, comme les autres Ítres humains, n'ont disposÈ pour recevoir cette lumiËre que de leurs yeux, et c'est tout ‡ fait extraordinaire de rÈaliser ce que les Grecs d'abord, les Chinois ensuite, jusqu'‡ et y compris Tycho Brahé ‡ la fin du XVIe siËcle, ont pu dÈduire, comprendre de l'ensemble de l'univers, et surtout il faut bien le dire du systËme solaire, ‡ partir d'observations faites avec leurs yeux seuls. En particulier, pour ne citer qu'un rÈsultat, celui de la dÈtermination prÈcise par Tycho Brahé du mouvement de la planËte Mars qui a conduit Kepler ‡ formuler ses cÈlËbres lois mettant en Èvidence que le mouvement de Mars Ètait celui d'une ellipse, et non pas d'un cercle, laquelle dÈcouverte a conduit Newton ‡ formuler la loi de gravitation universelle une quarantaine d'annÈes plus tard.

A partir de GalilÈe, les astronomes ont ce qu'on pourrait appeler un úil agrandi, agrandi par des lunettes de petite taille au dÈbut. Ceux d'entre vous qui ont visitÈ le musÈe de Florence ont vu la lunette de GalilÈe, mais quand mÍme, mÍme un objectif de cette taille c'est beaucoup plus grand que la pupille humaine qui dilatÈe la nuit fait ‡ peu prËs 8 millimËtres de diamËtre. Donc, Áa ramasse beaucoup plus de lumiËre, donc c'est plus sensible, Áa voit des Ètoiles plus faibles. NÈanmoins, l'observation astronomique ainsi faite qui a durÈ, en gros, jusqu'au milieu du XXe siËcle, depuis GalilÈe jusqu'‡ 1945, s'est limitÈe ‡ une fenÍtre extrÍmement Ètroite du rayonnement lumineux dont on sait depuis longtemps, depuis plus d'un siËcle, Maxwell, Hertz (les ondes hertziennes), on sait qu'en rÈalitÈ la lumiËre est un phÈnomËne de vibrations dirons-nous, de transport d'Ènergie dans le vide pouvons-nous dire aussi, qui a une gamme extrÍmement Ètendue. Si vous vous reprÈsentez un piano ayant sept octaves, d'un do au do suivant, la frÈquence a doublÈ, donc sur le piano la gamme de frÈquence est depuis la note la plus grave jusqu'‡ la note plus ÈlevÈe disons 27, c'est-‡-dire ‡ peu prËs 1.000. En revanche, la lumiËre, entre les rayons lumineux les moins ÈnergÈtiques, ceux que l'on observe aux longueurs d'ondes des radio-frÈquences et les longueurs d'ondes les plus ÈnergÈtiques, les rayons gamma, et parmi les rayons gamma des rayons gamma tout ‡ fait exceptionnels dont Michel Spiro vous dira un mot tout ‡ l'heure, la largeur du domaine d'Ènergie est plus de 1030, 1030 c'est Èvidemment considÈrable, beaucoup plus que n'importe quel piano.

Nous le savons bien, puisque si nous regardons un arc-en-ciel nous voyons d'un cÙtÈ le rouge et de l'autre cÙtÈ le violet ; en rÈalitÈ, le rayonnement lumineux ne s'arrÍte pas l‡, ce que nous voyons sur un arc-en-ciel c'est la limite de nos yeux, et nos yeux ne sont sensibles qu'‡ certaines de ces lumiËres, en rÈalitÈ, ‡ une toute petite fraction de ces lumiËres, puisqu'il y a ‡ peine un facteur 2 entre les lumiËres les plus bleues et les lumiËres les plus rouges que nous voyons, un facteur 2 en Ènergie, alors que j'ai dit ‡ l'instant que la lumiËre prÈsentait une gamme, en quelque sorte, infiniment plus large. Donc c'est un accident de l'histoire, en quelque sorte, de l'Èvolution des mammifËres et de leurs yeux, que nous ne voyons l'astronomie que par le petit bout de la lorgnette, par ce domaine Ètroit qui va du bleu au rouge.

Naturellement, les astronomes tant qu'ils n'utilisaient soit que leurs yeux soit que la plaque photographique dont la sensibilitÈ est assez voisine de celle de l'úil, et pour cause, puisqu'on le sait que la plaque photographique reprÈsente les mÍmes scËnes que celles que l'on voit, les astronomes Ètaient limitÈs ‡ ce petit domaine, et ignoraient tout ‡ fait quelle sorte de lumiËre Èmettaient les objets astronomiques, aux longueurs d'ondes que l'úil Ètait incapable de dÈceler. Au milieu du siËcle, les progrËs de la dÈtection des ondes radio ont permis aux astronomes de s'apercevoir qu'il existait des radios Ètoiles, comme on les appelait ‡ l'Èpoque; le soleil tout d'abord, et puis un trËs grand nombre d'autres objets astronomiques dont on a dÈcouvert qu'ils Èmettaient des radiofrÈquences, autre forme de lumiËre. Et puis, on ne s'est pas arrÍtÈ l‡, et on a commencÈ ‡ construire des tÈlescopes depuis cinquante ans, c'est une histoire qui a moins d'un demi-siËcle, des tÈlescopes capables d'observer le ciel ‡ toutes longueurs d'ondes. Naturellement, derriËre ces tÈlescopes-l‡ on ne place plus des plaques photographiques qui ne sont, par exemple, pas sensibles au rayonnement infrarouge ou qui peuvent Ítre sensibles au rayonnement X mais qui ne sont pas forcÈment les meilleurs dÈtecteurs pour ce rayonnement, ou aux ondes radio, etc.

Aujourd'hui, un outil d'observation astronomique ce n'est plus le tÈlescope classique avec l'astronome qui regarde derriËre, comme beaucoup de personnes le croient encore, et c'est peut-Ítre dommage parce que ce qu'on y voit est souvent assez joli, mais c'est une machine assez complexe, capable selon la destination qu'on lui donne de jouer n'importe laquelle des notes de la gamme de la lumiËre, capables d'aller observer aussi bien les rayons gamma, les rayons X, les rayons ultraviolets, la lumiËre visible naturellement, celle que voit l'úil, mais aussi les rayons infrarouges plus proches ou plus lointains, les rayons submillimÈtriques, cette zone encore floue qui fait transition, floue parce qu'elle est peu observÈe encore, parce qu'elle est difficile ‡ observer, qui fait transition entre l'infrarouge et la radio, et puis tout le grand spectre des ondes radio qui vont des longueurs d'ondes de l'ordre du millimËtre, donc des ondes qui sont trËs serrÈes, de frÈquence plus ÈlevÈe mÍme que celles que transporte la FM par exemple, et puis jusqu'aux ondes de radio de longueurs d'ondes kilomÈtriques; et Áa fait dÈj‡ l‡ un facteur du millimËtre au kilomËtre, Áa fait un facteur d'un million de changements d'Èchelle, d'Ènergie et de longueur d'ondes.

Aujourd'hui, un astronome a ‡ sa disposition ce grand piano, cette grande gamme sur laquelle il va pouvoir dÈcider quel phÈnomËne il veut Ètudier, et en fonction du phÈnomËne il va choisir l'instrument et la longueur d'onde pour observer. Dans le temps trËs court qui nous est imparti, je vais simplement vous donner quelques exemples, pourquoi pour tel type de phÈnomËne aller observer tel type de lumiËre. C'est un survol trËs rapide, et on pourrait donner bien des contre-exemples Èventuellement, mais au moins vous percevrez pourquoi l'astronome sort de sa poche, parfois c'est plus encombrant, j'ai apportÈ quelques images de tÈlescopes, peut-Ítre dans la discussion on pourra les regarder, voir ce qui fait leur diffÈrence, ils ne sont pas tout ‡ fait construits de la mÍme maniËre selon qu'on veut regarder des rayons X ou des ondes radio. Pourquoi l'astronome va-t-il sortir de sa poche, ou plutÙt faire une demande d'observation sur tel ou tel type d'instrument, qu'est-ce qui le conduit ‡ ce choix ?

Le facteur de dÈcision c'est la physique parce que, comme je l'ai dit tout ‡ l'heure, la lumiËre nous apporte une information qui est nÈe ‡ la surface d'une Ètoile, au sein d'une galaxie, dans un systËme contenant un trou noir, ‡ la surface d'une planËte, etc. Cette information chemine dans l'espace entre l'objet qui l'a Èmise et le tÈlescope qui la reÁoit. Eventuellement dans ce chemin il peut lui arriver toutes sortes d'accidents; son parcours peut changer de direction, c'est ce qu'on appelle les mirages gravitationnels, ou encore la lumiËre peut rencontrer de la matiËre sur son passage qui va la modifier, par exemple absorber plus le bleu que le rouge, comme le fait l'atmosphËre de la Terre quand le soleil se couche. Et dans ces conditions il ne sera pas Èquivalent de regarder la source qui nous intÈresse ‡ telle ou telle longueur d'onde, ou encore la lumiËre sur son chemin pourra avoir mis un temps tellement long, des milliards d'annÈes, pour cheminer entre la source et le rÈcepteur que sa longueur d'onde aura changÈ ‡ cause du phÈnomËne d'expansion de l'univers.

Donc, vous voyez, le message n'est pas totalement fidËle. Le message est parti d'un objet, il arrive au tÈlescope et il lui arrive des avatars en cours de route. A l'astronome de corriger ces avatars, c'est quelquefois facile, c'est quelquefois extraordinairement difficile. On cite par exemple au milieu de ce siËcle, un peu avant, tout d'un coup les astronomes se sont aperÁus que la lumiËre venant de galaxies lointaines Ètait beaucoup plus absorbÈe par de la matiËre trËs tÈnue situÈe sur le chemin qu'ils ne le croyaient. Donc, les objets Ètaient plus loin qu'on ne les avait assignÈs jusque l‡, puisqu'ils Ètaient trop faibles et leur faiblesse venait de leur distance. Et en revoyant cette Èchelle, tout d'un coup l'Èchelle de l'univers a ÈtÈ multipliÈe par un facteur 2, un peu plus de 2. Il arrive quelque chose ‡ la lumiËre sur le chemin.

Un bref parcours pour regarder ces traces que nous apporte la lumiËre sur son chemin. Par exemple, les rayons X, si on regarde sur la carte toute rÈcente faite avec un satellite qui s'appelle Einstein, XMM de son nom de code, qui a ÈtÈ lancÈ il y a tout juste une annÈe, et qui nous donne des images de galaxies. On ne reconnaÓt pas dessus les formes habituelles de spirales des galaxies, pourquoi ? Parce ce qu'on y voit c'est un gaz qui entoure les galaxies et qui est un gaz extrÍmement chaud. ExtrÍmement chaud, Áa veut dire une tempÈrature qu'autour du soleil on ne trouve que dans la couronne extÈrieure du soleil, plusieurs millions de degrÈs. Ce gaz a une tempÈrature suffisamment ÈlevÈe pour qu'il puisse Èmettre des rayons X. Ce n'est pas le cas des gaz qui nous entourent parce qu'ils sont froids et qu'ils n'Èmettent pas de rayons X, mais un corps chauffÈ, plus la tempÈrature est ÈlevÈe plus il Èmet de la lumiËre de longueur d'ondes courtes; on le sait bien puisqu'on ne voit plus beaucoup de marÈchal ferrant de nos jours, mais on voit des rÈsistances de grille-pain. On sait bien que la rÈsistance des grille-pain est rouge sombre ou rouge claire, ou rouge blanc suivant la puissance que l'on met dans le grille-pain. Voil‡ une image aux rayons X donnÈe par un tÈlescope fonctionnant ‡ la longueur d'ondes des rayons X.

Je vais maintenant parcourir le spectre de la lumiËre en diminuant progressivement l'Ènergie des photons et l'Ènergie des rayons lumineux que reÁoit le tÈlescope, elles sont ‡ la limite entre le rayon X et l'ultraviolet; voil‡ une trËs belle image du soleil qui est d'ailleurs reproduite dans l'exposition avec un long commentaire que je vous conseille de lire, obtenue par un autre satellite qui s'appelle SOHO (solar heliospheric observatory), qui est aussi au-dessus de nos tÍtes et qui tous les jours photographie le soleil. Je n'ai qu'un conseille ‡ vous donner, si vous avez un accËs ‡ Internet, vous faites SOHO sur votre moteur de recherche et vous allez sur le site Internet et vous passez une heure extraordinaire ‡ regarder des images dont chacun mÈriterait d'Ítre un tableau accrochÈ au Louvre, tellement ces objets sont phÈnomÈnaux.

C'est une vue inhabituelle du Soleil; nous avons l'habitude de voir le soleil comme une surface de luminositÈ pratiquement uniforme, ‡ l'exception de quelques taches, et quand on regarde le soleil aux rayons X on ne voit Èmettre des rayons X que les rÈgions les plus chaudes du soleil; celles qui dans la couronne sont le siËge de brusques libÈrations d'Ènergie qui chauffent localement la couronne au-dessus des taches solaires, et qui donnent un point lumineux en rayons X, et on voit bien d'ailleurs que ceci est liÈ au champ magnÈtique du soleil. Ceci nous dit sans grand discours, que la physique du phÈnomËne qui se passe dans le soleil ‡ cet endroit qui intÈresse les astronomes et aussi qui nous intÈresse tous parce qu'elle conditionne les relations entre le Soleil et la Terre, l'Èruption que nous pouvons y voir produira quelques heures ou quelques jours plus tard dans les rÈgions polaires de la Terre de magnifiques aurores borÈales, par exemple.

Souvent les objets astronomiques dont nous avons l'habitude dans des clichÈs pris aux lumiËres visibles, regardÈs avec d'autres lumiËres, nous apparaissent radicalement diffÈrents. Il faut bien tout de mÍme passer par la lumiËre visible, et j'ai choisi cette image de la planËte Mars, rouge, faite avec la lumiËre visible, un tÈlescope ne nous donnera jamais, en tout cas pas encore aujourd'hui ‑mÍme le tÈlescope spatial‑ des images de cette qualitÈ. C'est une image qui a ÈtÈ faite par une sonde s'approchant de Mars, chose qu'on peut faire dans le systËme solaire mais qu'on ne peut pas encore faire ‡ l'extÈrieur. La couleur rouge traduit la prÈsence d'oxyde de fer dans le sol de Mars; ceci nous dit que la lumiËre est porteuse d'informations sur la tempÈrature, mais aussi sur la chimie des objets. Quelle est la composition d'un objet astronomique particulier ? C'est la lumiËre qui va nous le dire. C'est l'ouverture de ce spectre infrarouge qui nous a permis d'Ètudier des quantitÈs d'objets qui Ètaient inconnus jusque l‡, et mÍme leur composition chimique.

Pour conclure, lorsqu'on regarde le ciel, ici un amas de galaxies trËs cÈlËbre parce que c'est une observation du tÈlescope spatial Hubble qu'on appelle HDF, (Hubble Deep Field), le champ profond de Hubble, c'est une carte o˘ chacun des points lumineux est une galaxie. On a soulignÈ les galaxies telles que notre úil les verrait, c'est une photographie faite par ce tÈlescope, et puis une carte faite aux radio-frÈquences par un radiotÈlescope, et dans certains cas on peut voir ce que le radiotÈlescope a vu. Certaines galaxies ont une enveloppe, il y a des endroits o˘ il y a la galaxie vue ‡ l'úil et puis un signal radio, il y a des endroits o˘ il y a un signal radio et pas de galaxie, et il y a des endroits o˘ il y a une galaxie et pas de signal radio. La corrÈlation n'est pas de 100 %, et naturellement c'est le genre de question qui amËne ‡ s'interroger sur la composition et la distance de ces objets.

Michel Spiro
Nous nous sommes partagÈ le sujet, Pierre Lena et moi-mÍme, de maniËre assez radicale puisque Pierre vous a parlÈ de l'observation de l'univers avec la lumiËre, et il faut dire que jusqu'‡ prÈsent tout ce qu'on sait sur l'univers ‡ l'extÈrieur de la Terre provient essentiellement de la lumiËre, de la lumiËre donc ‡ diffÈrentes longueurs d'ondes. La lumiËre ce sont aussi des particules, les photons, essentiellement l'observation de l'univers s'est faite ‡ travers la lumiËre, un phÈnomËne ondulatoire, mais pour lequel l'Ènergie qui se propage dans le vide est vÈhiculÈe par des particules qu'on appelle les photons.

On sait maintenant qu'on reÁoit bien s˚r plein de photons de l'univers, de toutes ces Ètoiles, d'abord le soleil surtout et puis ensuite les Ètoiles, les Ètoiles qu'on ne peut voir que la nuit parce qu'on n'est pas aveuglÈ par la lumiËre du soleil. On sait qu'il y a beaucoup d'autres particules qui nous arrivent sur la tÍte depuis l'univers, on le sait dÈj‡ depuis une bonne quarantaine d'annÈes, toute sorte de particules, notamment des noyaux d'hÈlium, des noyaux de carbone, de fer, des protons, beaucoup de protons, beaucoup d'Èlectrons; tout Áa ce sont des particules chargÈes Èlectriquement, si bien que lorsqu'elles arrivent sur la Terre en gÈnÈral, tout au moins pour celles qui ne sont pas trËs Ènergiques, elles sont dÈflÈchies par les champs magnÈtiques qui nous entourent, notamment le champ magnÈtique terrestre. Par exemple, le soleil Èmet des protons, des Èlectrons qui arrivent sur la Terre et ils vont arriver sur les pÙles, c'est ce que Pierre Lena a dÈcrit dans une Èruption solaire, et c'est ce qui produit ces rayons cosmiques, ce sont ces particules chargÈes qui arrivent sur l'Antarctique ou bien sur l'Arctique qui produisent ces aurores borÈales.

Mais on n'obtient pas directement la direction du soleil avec ces particules parce qu'elles sont dÈflÈchies par les champs magnÈtiques. Si on monte ‡ trËs haute Ènergie, on peut espÈrer observer les sources qui Èmettent ces particules, parce qu'on peut espÈrer qu'elles ne soient pas dÈviÈes. Mais on a dÈcouvert en accÈlÈrateur, en laboratoire avec les accÈlÈrateurs de particules, on accÈlËre des protons, on les fait cogner contre des cibles, on produit d'autres particules, on a dÈcouvert des particules qui n'Ètaient pas chargÈes Èlectriquement, et en plus qui interagissaient trËs peu, c'est-‡-dire qui pouvaient traverser une grande quantitÈ de matiËre, ce sont des particules qu'on appelle les neutrinos. Petit ‡ petit on s'est convaincu que des neutrinos devaient arriver de partout de l'univers, et notamment du soleil puisque le soleil est l'objet le plus proche de nous, et de trËs loin. Mais qui plus est le soleil, depuis longtemps les thÈoriciens pensaient que la chaleur, le feu intÈrieur du soleil qui permet ‡ la surface de rayonner de la lumiËre, le feu qui donne cette chaleur est un feu intÈrieur au centre du soleil; c'est ce que les thÈoriciens prÈdisaient, et qui est d˚ ‡ des rÈactions thermonuclÈaires dans lesquelles l'hydrogËne essentiellement, le composant principal du soleil, est transformÈ progressivement en hÈlium; et au cours des rÈactions thermonuclÈaires dÈgageant de l'Ènergie ces rÈactions Èmettent des neutrinos, et on pourrait s'attendre que si on regarde le ciel en neutrinos, comme si on le regarde avec la lumiËre, on devrait d'abord voir le soleil.

Tout rÈcemment, il y a moins d'un an, on a eu en fait finalement la premiËre image, vraiment une image du ciel, en neutrinos. Sur cette image on ne voit qu'une seule chose dans le ciel, pas avec une rÈsolution extraordinaire, mais on voit un point brillant qui est le soleil, qui pour l'instant a une rÈsolution d'environ 5∞. C'est-‡-dire que la rÈsolution angulaire, la tache est cinq fois plus grande que la tache rÈelle du soleil, la tache visible que Pierre Lena a montrÈe, parce qu'on a du mal ‡ voir exactement d'o˘ vient le neutrino. Pour dÈtecter les neutrinos c'est pas facile, parce que qu'ils sont produits au cúur du soleil, ils traversent tout le soleil et ils arrivent dans la Terre, et en gÈnÈral ils traversent la Terre sans rien faire, ce n'est donc pas facile de les dÈtecter, et savoir d'o˘ ils proviennent, leur direction d'origine. Heureusement, le soleil en Èmet une quantitÈ Ènorme, vous recevez actuellement quelque chose comme 60 milliards de neutrinos qui arrivent sur vous, par centimËtre carrÈ et par seconde, ce sont des quantitÈs astronomiques, c'est le cas de le dire. «a ne vous fait rien du tout, en moyenne sur une annÈe il y en a peut-Ítre un qui va interagir dans votre corps et il ne fera presque rien, trois fois rien. Vous recevez beaucoup plus de rayons cosmiques normaux, des protons, des Èlectrons, des muons, diffÈrentes sortes de rayons cosmiques, et puis de radioactivité naturelle due ‡ la roche, au granit par exemple, et ce ne sont pas les neutrinos qui vous embÍtent, mais pourtant vous Ítes traversÈs par une quantitÈ Ènorme de neutrinos.

Il a fallu faire des dÈtecteurs considÈrables, Ènormes, pour arriver ‡ dÈtecter ces neutrinos qui viennent du soleil ; bien s˚r, on s'attend ‡ ce qu'ils viennent aussi d'autres Ètoiles. Pour vous donner l'exemple du dÈtecteur qui a rÈussi ‡ dÈtecter ces neutrinos, ce dÈtecteur est au Japon sous une montagne ‡ 1.000 mËtres de profondeur. Pourquoi sous une montagne ? Parce que les neutrinos Áa ne les gÍne pas, ils traversent la Terre entiËre, mais on veut se blinder de tous les rayons cosmiques justement qui arrivent, les protons, les Èlectrons, ceux qui font des aurores borÈales, et d'autres encore. On se met donc sous la terre et pour Áa il a fallu avoir, non pas un petit dÈtecteur, un tÈlescope, c'est une piscine qui contient 50.000 tonnes d'eau, c'est-‡-dire c'est une piscine qui fait ‡ peu prËs 50 mËtres par 50 mËtres, par 50 mËtres ‡ peu de choses prËs. Dans cette piscine, de temps en temps un neutrino interagit pÈniblement et il fait une petite lumiËre, et cette lumiËre cette fois-ci c'est la lumiËre visible, elle est dÈtectÈe par des photomultiplicateurs; et en regardant la direction de cette lumiËre, cette lumiËre est corrÈlÈe ‡ la direction du neutrino, et on arrive comme Áa ‡ voir finalement que ces neutrinos pour la plupart proviennent du soleil.

C'est important pour nous, d'abord de savoir qu'effectivement le soleil Èmet bien les neutrinos comme on s'y attendait, c'est-‡-dire que les rÈactions thermonuclÈaires sont bien ‡ l'origine de l'Ènergie Èmise par le soleil, par la surface; on trouve moins de neutrinos qu'on ce qu'on attendait, donc il y a un petit problËme l‡ qu'on ne comprend pas trËs bien, on en trouve typiquement deux fois moins que ce qu'on attendait, et on ne sait toujours pas aujourd'hui si c'est quelque chose qu'on ne comprend pas dans le soleil, au cúur du soleil, ou bien si c'est quelque chose qu'on ne comprend pas au niveau des neutrinos. Normalement, actuellement les modËles les plus sophistiquÈs des neutrinos vous disent que le cúur s'Ètend jusqu'‡ un rayon qui est le dixiËme du volume du soleil. Donc on espËre bien que plus tard quand on reverra avec une bonne rÈsolution angulaire l'image en neutrinos du soleil, non seulement on ne devrait pas voir un soleil qui est cinq fois plus gros que ce qu'il est en rÈalitÈ parce que les appareils ne sont pas assez bons; petit ‡ petit lorsque la rÈsolution des appareils sera meilleure on devrait voir un soleil qui est beaucoup plus petit que le soleil visible, typiquement un rayon dix fois plus petit.

Et c'est l‡ qu'ont lieu les rÈactions thermonuclÈaires qui font de la chaleur. Cette chaleur sous forme de photons est diffusÈe, arrive ‡ la surface, est rayonnÈe et donne ces images du soleil dans le visible que vous connaissez tous le jour, quand il n'y a pas de nuages comme aujourd'hui, et puis en rayons X Èventuellement, et puis Áa Èmet des neutrinos qui traversent tout le soleil. Vous voyez qu'avec ce qu'on appelle maintenant des astro-particules, puisque ce sont des particules qui viennent du cosmos, mais aussi l'astronomie des particules, vous voyez quand mÍme en train de s'ouvrir, c'est le dÈbut, une nouvelle fenÍtre sur l'univers. Bien s˚r, nous ne nous reposons pas sur nos lauriers et on essaye d'aller plus loin, et actuellement vous avez vu une piscine de 50.000 tonnes au fond d'un tunnel. C'est quand mÍme difficile de faire beaucoup plus, donc qu'est-ce qu'on va faire ? On n'hÈsite pas, on va utiliser la mer. La mer c'est une grande piscine encore plus grosse, et donc on a un projet actuellement qui est au large de Toulon o˘ on va encore faire mieux. On va essayer de voir les neutrinos qui traversent toute la Terre et qui viennent faire une interaction juste au fond de la mer MÈditerranÈe, et qui donnent une lumiËre; des particules qui remontent donc qui viennent de l'autre hÈmisphËre qui remontent, de sorte qu'on se blinde comme Áa de tout ce que sont les particules ordinaires qui arrivent sur la Terre, et donc qui remontent, et on va essayer de dÈtecter cette lumiËre produite par l'interaction des neutrinos au fond de la mer.

Le site est un site charmant au large de Porquerolles, ce projet s'appelle AntarËs, il est pilotÈ par des Èquipes franÁaises, mais c'est une collaboration internationale, trËs largement internationale avec des Hollandais, des Italiens, des Espagnols, des Russes, des Britanniques. C'est l‡ le site qui est prÈvu actuellement, ‡ 2.400 mËtres de profondeur dans la MÈditerranÈe, pas loin de Porquerolles et on est dÈj‡ en train d'installer des dÈtecteurs qui sont au fond de la mer, avec des lignes, avec des photomultiplicateurs qui vont regarder vers le bas pour voir un neutrino qui a traversÈ toute la Terre et qui produit une particule qui remonte. Ces lignes font ‡ peu prËs la hauteur de la Tour Eiffel et on a dÈj‡ une ligne qui a ÈtÈ installÈe au fond de la mer MÈditerranÈe. Donc, Áa c'est l'astronomie des neutrinos, c'est la plus prometteuse, elle est bien partie et il faudra quand mÍme un certain nombre d'annÈes avant qu'on ait un ciel en neutrinos, mais ce n'est pas exclu. 

Je vous ai dit qu'on est bombardÈ de protons, d'Èlectrons, de noyaux. En gÈnÈral ils sont dÈflÈchis par les champs magnÈtiques et on ne voit pas d'o˘ ils viennent, mais il y en a de trËs, trËs Ènergiques, avec des Ènergies bien plus grandes que celles qu'on peut faire en laboratoire auprËs des accÈlÈrateurs. MÍme le CERN qui est le grand accÈlÈrateur accÈlËre des particules jusqu'‡ une unitÈ qu'on appelle le GeV (Giga-électronvolt), 300 GeV, et l‡ c'est des millions de fois plus Ènergique que ce qu'on fait au CERN. Ces particules trËs Ènergiques on peut espÈrer quand mÍme qu'elles ne soient pas courbÈes par les champs magnÈtiques, et qu'elles nous arrivent tout droit depuis la source jusqu'‡ la Terre. Alors malheureusement il n'y en a pas beaucoup, les plus Ènergiques, celles qui ont quelque chose comme 1020 Èlectronvolts, c'est des Ènergies fabuleuses, il y en a une qui arrive sur la Terre par kilomËtre carrÈ et par siËcle, Èvidemment on ne va pas attendre un siËcle, donc on couvre des milliers de kilomËtres carrÈs avec des dÈtecteurs pour voir ces particules qui, cette fois-ci, nous arrivent du dessus, qui arrivent dans l'atmosphËre, qui font une Ènorme gerbe dans l'atmosphËre.

On a construit un observatoire en Argentine o˘ on utilise 3.000 kilomËtres carrÈs dans la pampa, des Èquipes franÁaises sont prÈsentes l‡-bas, pour essayer de dÈtecter ces rayons cosmiques de plus de 1020 Èlectronvolts, pour lesquels en dÈterminant la direction on devrait trouver la source, et l‡ on aura peut-Ítre des surprises. On s'attend ‡ avoir des surprises parce que quelles sont les sources qui peuvent Èmettre des rayons cosmiques de cette Ènergie ? Donc, le principe du dÈtecteur est schÈmatiquement le suivant : vous avez un proton de 1019 Èlectronvolts qui arrive, qui rentre dans l'atmosphËre, il fabrique un tas de particules, des milliards de particules qui vont se disperser sur plusieurs kilomËtres carrÈs, et on met un dÈtecteur tous les kilomËtres et on couvre comme Áa 3.000 kilomËtres carrÈs. Le site pour l'instant n'est pas encore ÈquipÈ, mais Áa vient, c'est un beau site, c'est au sud de l'Argentine dans la pampa, et les dÈtecteurs qui sont fabriquÈs en France sont des espËces de petites piscines contenues dans un rÈservoir, et on veut faire cette expÈrience sans c‚ble, parce que sur 3.000 kilomËtres carrÈs on ne peut pas s'amuser ‡ faire des c‚bles qui vont d'un point ‡ l'autre. Tous les dÈtecteurs seront reliÈs un peu comme les tÈlÈphones portables par des systËmes hertziens, et l'alimentation Èlectrique se fera par des panneaux solaires, donc des systËmes qui ne dÈfigurent pas l'environnement, puisqu'ils sont totalement autonomes sans aucun c‚ble qui les relie.

Pour l'instant cette observation a commencÈ, mais jusque l‡ on n'a pas encore identifiÈ de sources qui Èmettent ces rayons cosmiques. Il faut attendre encore quelques annÈes pour qu'on ait l'image du ciel avec des rayons cosmiques d'une Ènergie trËs grande. Vous voyez que c'est quand mÍme complÈmentaire de la lumiËre, parce qu'il faut bien voir que la lumiËre nous donne la surface des choses. En gros, ce que vous voyez avec la lumiËre, vous voyez la surface du soleil, la surface des autres Ètoiles, et avec les neutrinos vous allez voir le cúur du soleil, le cúur des Ètoiles, Áa vient de l'intÈrieur, avec les rayons cosmiques de trËs haute Ènergie on ne sait pas trËs bien ce qu'on verra, c'est une nouvelle fenÍtre et on attend tous de voir ces premiËres images. 

Il existe une autre technique de dÈtection encore plus originale qui est d'utiliser la gravitation. Vous savez que la lumiËre c'est liÈe ‡ l'interaction ÈlectromagnÈtique, le vecteur de l'interaction ÈlectromagnÈtique c'est le proton. La gravitation c'est une autre interaction, Áa ressemble un peu ‡ l'interaction ÈlectromagnÈtique sauf que ce n'est pas produit par des charges Èlectriques, c'est produit par des masses, des masses qui bougent, qui tournent, et il y en a plein dans l'univers, Áa devrait émettre des ondes gravitationnelles, de mÍme que des charges qui bougent, qui tournent Èmettent des ondes ÈlectromagnÈtiques. Et qui dit ondes gravitationnelles, dit aussi gravitons, donc c'est de nouveau une astronomie avec des nouveaux messagers, et comment dÈtecter ces ondes gravitationnelles ? Normalement, elles arrivent sur nous, elles font une espËce de tremblements sur les dÈtecteurs, des tremblements infimes, c'est la mÈtrique elle-mÍme qui change, ce sont les distances qui changent. Pour faire Áa, on utilise ce qu'on appelle des interfÈromËtres, et il y a eu d'ailleurs une confÈrence ici sur un interfÈromËtre qui est construit entre Pise et Florence qui s'appelle Virgo, qui est basÈ sur un systËme de lasers qui interfËrent, - l‡ on est en train de monter les miroirs - et lorsqu'une onde gravitationnelle passe, Áa va faire vibrer un peu ces lasers, la distance qui sÈpare les miroirs, et donner un phÈnomËne caractÈristique. 

Cet objet est assez considÈrable, puisque les bras font trois kilomËtres, et entre Florence et Pise on peut voir sur le terrain ces bras de trois kilomËtres de long qui vont ouvrir une fenÍtre sur l'astronomie avec des gravitons, avec des ondes gravitationnelles. On espËre voir des objets un peu compliquÈs et qui ont des structures un peu compliquÈes, c'est un peu les mÍmes objets que ceux qu'on espËre voir en neutrinos, en ondes gravitationnelles, et en rayons cosmiques de la plus haute Ènergie. Les astronomes actuellement ne regardent qu'avec le visible, et quand on regarde avec le visible on voit des objets qui sont extrÍmement bizarres, et on pense qu'Èventuellement ils pourraient Ítre la source de neutrinos, d'ondes gravitationnelles et de rayons cosmiques de haute Ènergie. Sur une image en rayons X qui a ÈtÈ prise par Chandra, le prÈdÈcesseur de XMM, on peut voir un rÈsidu d'une supernova, la supernova du Crabe qui est bien connue. Le Crabe avait ÈtÈ vu par les Chinois ‡ l'úil nu, c'est une Ètoile qui a ÈclatÈ en l'an 1000, et aprËs avoir ÈclatÈ il est restÈ un rÈsidu qu'on appelle un pulsar, une Ètoile ‡ neutrons, et jusqu'‡ trËs rÈcemment, avant qu'on regarde en rayons X, on pensait qu'il n'y avait rien de spÈcial ‡ dire sur cette Ètoile ‡ neutrons, et maintenant lorsqu'on la regarde en rayons X on voit qu'il y a une espËce de disque d'accrÈtion autour du centre, et puis perpendiculairement ‡ ce disque il y a des jets qui sortent de ce disque dans les deux sens. Et on pense que peut-Ítre dans la direction de ces jets sont accÈlÈrÈes des particules, et notamment des rayons cosmiques, et peut-Ítre aussi des neutrinos.

Un autre objet qui ressemble un peu ‡ Áa, ce sont ce qu'on appelle des noyaux actifs de galaxie. L‡ encore ils sont vus dans diffÈrentes longueurs d'ondes, et on peut voir une partie brillante au centre, probablement un trou noir trËs massif qui accrète de la matiËre et de nouveau on voit des jets qui sont Èmis ‡ grande vitesse perpendiculairement au disque. On a donc une espËce de schÈma dans lequel beaucoup de gens pensent qu'un objet massif accrète de la matiËre et dans les jets accÈlËrent des Èlectrons, des rayons gamma de trËs haute Ènergie, et on en voit d'ailleurs maintenant, on trouve aussi d'autres particules et, Èventuellement des neutrinos et peut-Ítre mÍme des ondes gravitationnelles associÈs ‡ ces objets qui sont les plus extrÍmes de l'univers du point de vue ÈnergÈtique.

D'autres objets qu'on suppose aussi pouvoir Èmettre toutes ces particules sont la formation des trous noirs, et dans ce cas-l‡ c'est un objet qui ne dure pas trËs longtemps. On a des systËmes binaires, des Ètoiles ‡ neutrons qui tournent l'une autour de l'autre, qui se ralentissent, tombent l'un sur l'autre en Èmettant des ondes gravitationnelles nous dit-on du point de vue de la thÈorie, et lorsqu'ils rentrent ensemble l'un sur l'autre ils devraient former un trou noir, et cette coalescence d'Ètoiles ‡ neutrons ‡ trous noirs est susceptible d'Èmettre des neutrinos, des rayons gamma de haute Ènergie, et Ègalement Èmettre des rayons cosmiques de la plus haute Ènergie. Donc, vous avez vu cette astronomie nouvelle, neutrinos, rayons cosmiques de trËs haute Ènergie, des gamma ou des protons ou des noyaux, et Ègalement ondes gravitationnelles pour essayer d'avoir un nouveau regard sur les objets extrÍmes dans l'univers, ceux qui ont la quantitÈ d'Ènergie la plus grande.

Et enfin un dernier mot qui est reliÈ ‡ la cosmologie; Pierre Lena a bien montrÈ qu'on avait un rayonnement diffus qui vient de l'univers primordial qui est ce qui nous reste d'avant que les galaxies soient formÈes, de la formation des premiers atomes d'hydrogËne. L'observation en dÈtail de ces fluctuations, de ces diffÈrences de tempÈrature, de ces gerbes de galaxies nous permet de remonter aux paramËtres principaux de l'univers, c'est-‡-dire ce qu'on appelle les paramËtres primordiaux de l'univers, qui sont la densitÈ de matiËre dans l'univers, c'est ce qu'on appelle aussi la constance cosmologique. Et quelle n'a pas ÈtÈ la surprise des cosmologistes qui sont un peu des astrophysiciens et des physiciens des particules, de s'apercevoir que si on Ètudie l'univers primordial et qu'on comprend bien cette carte primordiale, de plus en plus d'indications nous montrent que la densitÈ de matiËre, d'Ènergie dans l'univers, il faut dire que les planËtes ne sont pas visibles, mais mÍme si vous ajoutez toutes les planËtes et toutes les Ètoiles, on est loin de rendre compte de la densitÈ de matiËre, d'Ènergie dans l'univers.

Et on en est amenÈ ‡ supposer que l'univers contient un autre type de matiËre que la matiËre ordinaire. Vous savez que nous, nous sommes faits de noyaux d'Èlectrons, de protons, de neutrons, et on suppose maintenant que l'univers est fait d'autres particules, Áa ne peut pas Ítre les neutrinos parce qu'ils ne sont pas assez massifs, il y a donc des particules encore plus hypothÈtiques qu'on n'a pas encore dÈcouvertes, et que les astrophysiciens, les cosmologistes nous disent de bien chercher parce qu'on est peut-Ítre noyÈ dans un univers qui est composÈ de ces nouvelles particules. Et on les recherche, il y a des Èquipes franÁaises qui recherchent ces nouvelles particules qui, de nouveau, devraient interagir assez peu; on essaye donc de les trouver, notamment on va dans le tunnel du FrÈjus, dans le tunnel de Modane de nouveau pour voir des interactions caractÈristiques des particules nouvelles dans lesquelles l'univers baignerait, qu'on appelle des particules de matiËre noire.

Il y a une Ènigme supplÈmentaire qui est encore plus troublante, c'est qu'en plus de ces particules de matiËre noire qui pourraient remplir tout l'univers et Ítre autour de nous, et qui ne sont pas des neutrinos, il semblerait qu'il y ait encore une forme d'Ènergie encore plus hypothÈtique qu'on appelle une Ènergie noire associÈe ‡ la constance cosmologique, et pour laquelle on essaye aussi de savoir ce que Áa signifie. Voil‡ en rÈsumÈ le panorama de l'ouverture d'une nouvelle fenÍtre sur l'univers ‡ l'aide, d'une part, des particules, d'autre part de particules plus hypothÈtiques, la matiËre noire, et Èventuellement de formes d'Ènergie encore plus hypothÈtiques reliÈes ‡ la constante cosmologique.

Cyril Birnbaum
Ce que je vous propose maintenant c'est, sur la demi-heure qui nous reste, que vous posiez les uns aprËs les autres des questions, et que nos intervenants rÈpondent ‡ ces questions. Comme j'ai le privilËge d'avoir le micro, je vais vous poser tout de suite ma question, elle est simple en fait; Pierre Lena nous parlait d'un piano avec sept octaves qui allaient, en fait, des ondes radio aux rayons gamma, est-ce qu'il peut y avoir d'autres choses d'un cÙtÈ ou de l'autre, est-ce qu'il peut y avoir encore d'autres longueurs d'ondes ou pas, est-ce que Áa s'arrÍte l‡ ?

Pierre Lena
En tout cas, non, pas nÈcessairement, du cÙtÈ des frÈquences plus basses il y a des ondes centimÈtriques radio, kilomÈtriques, de centaines de kilomËtres, de milliers de kilomËtres. Le problËme de ces ondes de trËs grandes longueurs d'ondes c'est qu'elles transportent extrÍmement peu d'Ènergie, donc elles sont trËs faciles ‡ absorber en chemin. Par exemple, notre galaxie absorbe trËs facilement des ondes de ce type, en outre, celles qui nous viennent d'un environnement plus proche peuvent Ítre Èmises assez facilement et former une espËce de bruit de fond qui va empÍcher de dÈtecter celles qui viennent de plus loin. Du cÙtÈ des trËs courtes longueurs d'ondes, on est dans le domaine de ces rayons gamma de trËs grande Ènergie et, Èvidemment, pour produire un rayon gamma de trËs grande Ènergie, il faut un mÈcanisme physique capable de gÈnÈrer cette Ènergie ou de la transfÈrer. Michel Spiro nous a montrÈ des images d'un observatoire et des gerbes produites par des rayons gamma qui ont une Ènergie de 1020 Èlectronvolts, c'est-‡-dire ‡ peu prËs 100 milliards de milliards de fois plus d'Ènergie, les chiffres ne veulent plus dire grand chose quand on les manipule comme Áa pour impressionner la foule, que la lumiËre qui nous vient d'une lampe.

Y a-t-il des mÈcanismes physiques encore plus exotiques que ceux qu'il a montrÈs capables de produire des rayons gamma 10, 100, 1.000 fois plus ÈnergÈtiques ? Je ne sais pas, je le laisse rÈpondre, s'il le souhaite.

Michel Spiro
C'est la grande inconnue, et c'est pour Áa qu'on essaie d'ouvrir cette astronomie des trËs grandes Ènergies, on ne sait pas du tout ce qui nous attend. Je vous ai montrÈ quelques objets dont on suppose qu'ils pourraient peut-Ítre accÈlÈrer jusqu'‡ des Ènergies aussi grandes, nÈanmoins ce n'est pas du tout s˚r que ce soit Áa qui sera au rendez-vous, on va peut-Ítre trouver d'autres sources. On sait qu'il en existe quelques-uns, parce qu'on a dÈj‡ observÈs quelques-uns de ces rayons cosmiques, mais jusqu'‡ prÈsent on n'avait pas la rÈsolution angulaire qui nous permette de savoir d'o˘ ils viennent, c'est donc pour Áa qu'on construit ces grands observatoires. En gÈnÈral, vous savez qu'en astronomie une nouvelle fenÍtre totalement nouvelle donne toujours des phÈnomËnes imprÈvus, pas du tout ce qu'on attend, et on espËre tous d'ailleurs que Áa ne sera pas du tout ce qu'on attend.

Je m'adresse ‡ Monsieur Lena, tout ‡ l'heure vous nous avez montrÈ un beau soleil bleu, il y avait des points blancs, c'est bien les taches solaires ?

Pierre Lena
Parlons de la couleur de toutes ces images, aussi bien celles des particules que celles que je vous ai montrÈes, les couleurs sont ce qu'on appelle des fausses couleurs. Nous avons tous l'habitude de voir des cartes en fausses couleurs, quand vous regardez une carte mÈtÈorologique ‡ la tÈlÈvision tous les soirs donnÈe par le satellite MÈtÈosat, ce sont des images de la Terre faites dans l'infrarouge, pourquoi dans l'infrarouge ? Parce que c'est justement l‡ que la vapeur d'eau prÈsente dans l'atmosphËre donne un contraste maximum aux photographies. NÈanmoins, notre úil n'Ètant pas capable de voir l'infrarouge, il faut bien traduire en codant ces cartes, comme nous avions l'habitude ‡ l'Ècole de voir codÈe la production de blÈ par du jaune et la production de maÔs par du rouge sur les cartes gÈographiques.

C'est la mÍme chose, les astronomes codent les couleurs, le soleil que je vous ai montrÈ n'est pas bleu, par contre, on va coder en bleu puis en blanc, mais sur d'autres cartes en rouge et en vert, l'intensitÈ de la lumiËre. Donc, ici, les points blancs sont ceux o˘ il y a beaucoup de rayons X, blanc c'est un bleu trËs clair, donc c'est finalement blanc, ce sont ceux o˘ la production de rayons X est trËs intense. Les zones d'un bleu trËs sombre sont celles o˘ il n'y a pas de rayons X, et puis on a toute la gradation intermÈdiaire. Ce systËme de fausses couleurs nous en avons quand mÍme beaucoup l'habitude aujourd'hui, puisque l'Èchographie d'un fútus qui est donnÈe ‡ la maman est aussi traduite en fausses couleurs, puisque naturellement l‡ il s'agit mÍme d'ondes acoustiques que l'úil ne voit pas, ce n'est mÍme plus de la lumiËre.

Pour la mesure des tempÈratures des astres, est-ce que vous considÈrez ces astres comme des corps noirs ?

Pierre Lena
Presque, mais Áa dÈpend des astres, j'entendais votre question : astres = Ètoiles, mais il y a beaucoup d'autres types d'astres dans le ciel que les Ètoiles. Si on regarde la lumiËre Èmise par une Ètoile, comme le soleil ou d'autres, la plupart d'entre elles se distinguent trËs peu de ce que les physiciens appellent un corps qui est un objet chauffÈ, qui peut Ítre trËs froid, qui a une tempÈrature bien dÈfinie et dont la lumiËre qu'il Èmet dans l'espace est alors caractÈrisÈe complËtement, sa rÈpartition en longueurs d'ondes, il y a un peu de rouge, un peu de bleu, un peu de vert, par exemple, dans la lumiËre du soleil, la proportion relative de ces diffÈrentes couleurs est complËtement dÈfinie par une loi physique extrÍmement simple qui a ÈtÈ dÈcouverte d'ailleurs il y a exactement un siËcle et publiÈe il y a presque exactement un siËcle, puisque si je me souviens bien c'Ètait le 19 dÈcembre 1900 que l'article est paru. Les Ètoiles de par la rÈpartition en couleurs de leur lumiËre on peut immÈdiatement dire leur tempÈrature, et ceci a ÈtÈ rÈalisÈ assez vite. On savait, mÍme avant la connaissance de cette loi de Planck, qu'un corps chauffÈ, un fer chauffÈ, j'Èvoquais tout ‡ l'heure une rÈsistance, les couleurs qui tirent vers la blanc puis le blanc bleutÈ, puis le bleu, d'autant plus qu'il est chaud.

De fait, les Ètoiles prÈsentent aussi, superposÈes ‡ ce spectre de corps noir, des petites variations extrÍmement importantes, ce sont les raies spectrales, qui sont la caractÈristique des ÈlÈments chimiques que contient l'Ètoile et dont j'ai parlÈ. Maintenant, il y a d'autres objets dans l'univers qui Èmettent de la lumiËre de faÁon beaucoup moins simple que ne l'Èmet une Ètoile. Les nuages de gaz, par exemple, sont trËs loin d'Ítre des corps noirs, les nuages de poussiËres qui traÓnent dans la galaxie Èmettent de la lumiËre de maniËre trËs diffÈrente de celle d'un corps noir. C'est dire immÈdiatement que la dÈtermination de leur tempÈrature, par exemple, sera moins simple, selon qu'ils sont composÈs de grains de poussiËres plus ou moins gros ou, pire encore, d'un mÈlange de grains de poussiËres de taille variable, alors le dÈcodage de la lumiËre qu'ils Èmettent sera plus difficile.

On pourrait raconter, par exemple, l'histoire qui s'est passÈe il y a une quinzaine d'annÈes maintenant, d'astronomes, franÁais d'ailleurs en partie, observant notre galaxie et dÈcouvrant qu'il y avait beaucoup trop de lumiËre entre les Ètoiles que les grains de poussiËres dont on savait la prÈsence dans la galaxie, et dont on connaissait la tempÈrature, n'Ètaient autorisÈes ‡ en Èmettre par la loi du corps noir. Question : comment est-ce possible ? Est-ce qu'il y a des grains chauds, mais d'o˘ viennent-ils ? et puis s’ils sont chauds on devrait avoir d'autres signes de leur prÈsence, s'ils ont la taille des grains que l'on connaÓt, et puis finalement on a rÈalisÈ qu'en fait il s'agissait de grains de poussiËres extrÍmement petits, et qui n'Ètaient pas ‡ un Èquilibre de tempÈrature; ils Ètaient trËs froids donc on ne les voyait pas, et puis quand ils recevaient un photon, leur tempÈrature augmentait brusquement, mais trËs fortement. Ils passaient de quelques degrÈs Kelvin ‡ 300, 400, 500 degrÈs Kelvin, et puis ils se refroidissaient comme un objet placÈ dans le vide se refroidit en Èmettant de la lumiËre, jusqu'‡ ce qu'un nouveau photon Èmis et reÁu d'une Ètoile et absorbÈ par eux les rÈchauffe. Et Áa c'est un comportement qui est trËs, trËs diffÈrent de celui d'un corps noir. Voil‡ deux cas extrÍmes, les Ètoiles d'un cÙtÈ et puis ces grains chauffÈs par impulsion de l'autre.

Les rayonnements dont vous parliez, ce sont des rayonnements thermiques, mais il existe d'autres rayonnements quand un Èlectron, par exemple, est dÈviÈ ou qu'il est freinÈ.

Michel Spiro
Je vais rebondir d'abord sur la notion de tempÈrature. La notion de tempÈrature qui est associÈe ‡ la notion de corps noir; d'abord il y a une gamme de tempÈratures dans l'univers qui est extrÍmement vaste, cette gamme de tempÈratures reflËte d'ailleurs la gamme des longueurs d'ondes, c'est-‡-dire que Le ciel dans toutes ses longueurs d'ondes, on aurait pu dire aussi, Le ciel dans toutes ses tempÈratures, dans une certaine mesure, pour ce qui est en Èquilibre thermique. Par exemple, la surface du soleil correspond ‡ une tempÈrature, donc c'est la lumiËre visible, de 6.000 degrÈs Kelvin, le cúur du soleil l‡ o˘ sont Èmis les neutrinos on pense que la tempÈrature doit plutÙt Ítre de l'ordre de quelques dizaines de millions de degrÈs Kelvin. Par contre, le vide intersidÈral, celui qui n'est rempli finalement que de ce fameux rayonnement fossile du big-bang, le spectre en longueurs d'ondes de ce rayonnement fossile est exactement celui d'un corps noir ‡ une tempÈrature extrÍmement basse de 2,7 degrÈs Kelvin, c'est-‡-dire moins 270 degrÈs Celsius, proche du zÈro absolu. Donc, ces tempÈratures reflËtent les longueurs d'ondes.

Mais c'est vrai qu'il n'y a pas que des corps noirs dans l'univers, Pierre Lena a mentionnÈ les grains de poussiËres, plus gÈnÈralement on pense que les rayons cosmiques de haute Ènergie et auxquels j'ai fait rÈfÈrence, notamment ceux ‡ 1020 Èlectronvolts, ou mÍme moins, ne sont pas associÈs ‡ des phÈnomËnes thermiques, c'est un peu comme vous l'avez dit des phÈnomËnes d'accÈlÈration de rayonnement, l'image que j'ai montrÈe de la nÈbuleuse du Crabe en rayons X, c'est du rayonnement synchrotron, ce sont des Èlectrons qui tourbillonnent et qui Èmettent des rayons X, et l‡ la notion de tempÈrature n'a plus tellement de sens.

Ma question est surtout pour Monsieur Pierre Lena, mais il se peut que Monsieur Spiro puisse rÈpondre, vous nous avez parlÈ de l'invention de diffÈrents appareils qui ont permis d'Èlargir le champ de votre observation, et qui permettaient de voir diffÈrents objets. Vous avez parlÈ de l'observation et de l'Èlargissement de votre champ d'observation, je voulais savoir si vous prenez en compte certains phÈnomËnes, comme par exemple l'illusion, la dÈformation dans cette observation et dans vos rÈsultats ?

Pierre Lena
A quelle illusion ou dÈformation pensez-vous Madame ?

C'est une question gÈnÈrale, je n'ai pas quelque chose de prÈcis, mais c'est en vous Ècoutant, au mÍme titre qu'il y a des dÈformations au niveau de l'úil, de la vision, comme il y en a au niveau de l'audition.

Pierre Lena
TrËs exact, nos sens sont menteurs, nous le savons bien, et l'astronome doit aussi se prÈmunir contre les mensonges de ce qu'il mesure, et il y a beaucoup de sources de mensonges et d'illusions, je reprends votre terme. La premiËre difficultÈ c'est ce qu'on appelle le bruit, on peut trËs bien comprendre le bruit en prenant un exemple dans l'actualitÈ, les Èlections amÈricaines aujourd'hui, on part avec l'idÈe qu'on va compter 40 millions de voix, ‡ la voix prËs. En fait, c'est impossible, on ferait mieux de le dire, c'est impossible, on peut compter cinquante personnes dans une salle, en Ètant s˚r qu'on les a comptÈes et on peut les recompter. Mais il est impossible de compter des nombres aussi grands sans faire une erreur, et quand le score des deux parties se trouve au voisinage de l'ÈgalitÈ, en rÈalitÈ la situation est indÈcidable, parce qu'on pourrait trËs bien imaginer une dÈcision de la Cour SuprÍme de Floride ou de la Cour SuprÍme des Etats-Unis qui dise on recompte, et on trouvera un autre nombre, et on recompterait encore et on trouverait encore un autre nombre, et on pourrait faire Áa pendant dix ans et on trouverait toujours d'autres nombres. Simplement parce que le phÈnomËne est noyÈ dans des fluctuations qui tombent au fait que quelqu'un quand il compte 2.000 bulletins, il a inÈvitablement un moment d'inattention, et il va faire une faute d'une unitÈ, etc.

Les astronomes, qu'est-ce qu'ils font ? Comment dÈtectent-ils la lumiËre ? Comment obtient-on les images qui sont ici ? On les obtient en ayant fait interagir la lumiËre avec un systËme de mesure, vous l'Èvoquiez Madame, en gÈnÈral placÈ derriËre un tÈlescope, parce que le tÈlescope recueille beaucoup de lumiËre, et ce systËme de mesure va transformer la lumiËre incidente, en un ÈvÈnement Èlectrique, un courant, et on va compter le nombre, la quantitÈ d'Èlectrons dans ce courant. Et on va trouver un nombre, et si on fait deux fois l'expÈrience avec la mÍme Ètoile, le mÍme tÈlescope, la mÍme quantitÈ d'atmosphËre, on ne va pas trouver exactement le mÍme nombre, parce que les phÈnomËnes sont de nature statistique ou alÈatoire, et le rÈsultat que va prendre l'astronome c'est la moyenne de ces mesures. Selon qu'il dispose de beaucoup d’événements, ou de peu d’événements, la moyenne sera plus ou moins bonne, et il lui faudra dÈcider si sa mesure est significative ou pas, si c'est Bush ou si c'est Gore qui a gagnÈ. C'est la mÍme chose d'une certaine maniËre, on compte un phÈnomËne et ce phÈnomËne est affectÈ par sa nature mÍme de fluctuation alÈatoire. Voil‡ la premiËre difficultÈ.

Ce qui explique que parfois vous lisez dans les journaux que tel observatoire a publiÈ tel rÈsultat. Evidemment, quand on veut faire un scoop et obtenir un peu de notoriÈtÈ, on a envie de dire "Oh, c'est ‡ peine plus que ce que je sais mesurer, mais je pense que je l'ai quand mÍme vu", on va dire en langage plus technique "Áa sort tout juste du bruit" du bruit de mesure. Et puis on va s'apercevoir qu'en rÈalitÈ, en rÈpÈtant la mesure, d'autres vont la refaire et ils ne trouvent pas le rÈsultat attendu. Il y a donc une certaine prÈcaution ‡ prendre contre cette premiËre illusion qu'est le bruit.

Il y a des illusions plus intÈressantes et moins handicapantes, j'en citerai une autre puisque j'ai apportÈ une image, c'est l'illusion, le mot l‡ est peut-Ítre incorrect, il faudrait plutÙt employer le second que vous avez utilisÈ Madame, celui de la dÈformation, la dÈformation de la direction d'o˘ vient la lumiËre. Quand nous voyons sur une route une voiture en face de nous, la lumiËre de ses phares nous dit qu'elle en face de nous, nous n'allons pas supposer qu'elle est ‡ cÙtÈ ou derriËre nous, pourquoi ? Parce que nous avons intÈgrÈ dans notre cerveau l'idÈe fondamentale que la lumiËre se propage en ligne droite. Nous savons d'ailleurs que ce n'est pas toujours vrai, puisque lorsque nous voyons le soleil se coucher, en rÈalitÈ il est dÈj‡ couchÈ en ligne droite sous l'horizon, et c'est parce que la courbure des rayons lumineux dans l'atmosphËre de la Terre nous permet de le voir en apparence au-dessus de l'horizon. Donc, ‡ prendre avec un grain de sel, mÍme cette idÈe de propagation de la lumiËre en ligne droite. Les astronomes, en particulier depuis une quinzaine d'annÈes, se sont aperÁu qu'‡ grande Èchelle dans l'univers il y a des dÈformations des trajets de la lumiËre qui ne sont pas en ligne droite dËs que la lumiËre se propage au voisinage d'une masse importante.

Et voil‡ un exemple qui illustrera mon propos et le conclura, c'est une image qui contient deux galaxies, mais vous allez me dire qu'il n'y a pas deux points mais trois points sur l'image. Et en rÈalitÈ, il y a une galaxie qui est trËs loin, et il y en a une autre qui est ‡ peu prËs ‡ mi-chemin entre nous et cette premiËre qui est trËs loin. Voil‡ celle qui est ‡ mi-chemin, et voici celle qui est trËs loin. Celle qui est trËs loin, on a l'impression qu'elle est double, qu'il y a deux galaxies, et non, c'est le mÍme objet, mais c'est le mÍme objet dont la lumiËre nous est parvenue soit en passant au-dessus de celle-ci, soit en passant au-dessous et nous, nous la voyons donc dans une direction qui pour partie est en dessous, et pour l'autre partie au-dessus. Le rayon de lumiËre a ÈtÈ courbÈ, et l'observateur dit qu'il reÁoit de la lumiËre qui vient de l‡, donc il y a un objet dans cette direction, et il pointe et sa photographie met un objet ici. Et puis, il y a un deuxiËme rayon qui a fait Áa, et l'observateur dit qu'il voit une lumiËre qui arrive comme Áa, donc il y a un objet par-l‡. Voil‡ une dÈformation qu'on appelle un effet de lentille gravitationnelle, ou de mirage gravitationnel, et qui est maintenant tout ‡ fait gÈnÈral. Ces phÈnomËnes-l‡ sont observÈs sur un trËs grand nombre de galaxies lointaines parce que la lumiËre doit traverser des masses. Les angles de dÈflexion ne sont pas trËs importants ici, mais rien n'interdit de penser que dans des cas particuliers o˘ la lumiËre passerait plus prËs d'un objet trËs massif, la dÈflexion, la dÈformation du trajet lumineux est beaucoup plus importante. Et en rÈalitÈ c'est ce qui se passe au voisinage d'un trou noir o˘ la dÈformation de l'espace est tellement importante que la lumiËre est prisonniËre, circulaire, autour du trou noir. Donc, nous vivons entourÈs d'illusions.

Puisqu'un rayon lumineux est dÈflÈchi par un astre d'une forte densitÈ, normalement, puisque la dÈflexion est fonction de l'Ènergie du rayonnement, et que l'Ènergie du rayonnement est fonction de sa frÈquence, est-ce que cet axe dÈcompose le rayon lumineux ?

Michel Spiro
Non, la dÈflexion d'un rayon lumineux par une masse, c'est un effet de la thÈorie de la relativitÈ gÈnÈrale, est indÈpendante de la frÈquence et de l'Ènergie du photon, il n'y a pas de dÈcomposition spectrale dans ce phÈnomËne-l‡. Les photons, quelle que soit leur Ènergie, suivent exactement la mÍme ligne gÈomÈtrique indÈpendamment de leur frÈquence ou de leur Ènergie.

Pourtant on assimile l'Ènergie ‡ H.

Michel Spiro
Oui, mais la dÈflexion gravitationnelle d'un rayon lumineux se fait indÈpendamment de la frÈquence du rayon lumineux.

Pierre Lena
De ce point de vue-l‡ l'exemple que j'ai donnÈ vous induit peut-Ítre un peu en erreur, parce que j'ai donnÈ l'exemple, l'analogie du coucher du soleil, mais justement l'atmosphËre de la Terre, elle, disperse la lumiËre, les rayons rouges ne suivent pas exactement le mÍme trajet que les rayons verts, et c'est pour Áa qu'on voit le rayon vert, le coucher du soleil quand on le voit dans de bonnes conditions. Et il n'y a pas d'effet de rayon vert sur les mirages gravitationnels.

Les mirages, je comprends trËs bien, c'est une dÈviation du rayon lumineux, mais comme un rayon lumineux, un blanc par exemple, est composÈ de plusieurs frÈquences, de plusieurs couleurs, Ètant donnÈ que l'Ènergie est fonction de ces couleurs, doncÖ

Pierre Lena
Oui, mais il y a quelque chose de plus fort, je comprends bien votre argument Monsieur, mais il y a quelque chose de plus fort dans les lois physiques conditionnant le trajet de la lumiËre, c'est que la lumiËre suit toujours le parcours de trajet de temps minimum, et Áa a ÈtÈ trouvÈ par Pierre de Fermat il y a dÈj‡ trois siËcles et demi ‡ Paris, elle suit toujours le trajet de temps minimum, et dans le vide le trajet de temps minimum ne dÈpend pas de la frÈquence de la lumiËre, il ne dÈpend pas de l'Ènergie. En revanche, il dÈpend, Einstein l'a montrÈ, Michel Spiro le rappelait ‡ l'instant, des masses prÈsentes, donc le trajet qui va Ítre suivi par la lumiËre conformÈment ‡ l'ÈnoncÈ de Fermat est celui de temps minimal pour aller d'un point A ‡ un point B, indÈpendamment de la couleur ou de la frÈquence, ou de l'Ènergie du photon.

Comment on calcule la dÈflexion ?

Pierre Lena
C'est au spÈcialiste de vous expliquer, moi, je ne sais pas Ècrire ces Èquations-l‡.

Michel Spiro
Je crois que Áa correspond au minimum à ce qu'a dit Pierre Lena, Áa se calcule trËs bien mathÈmatiquement, je ne pense pas qu'on puisse le faire devant vous, mais c'est indÈpendant effectivement de la frÈquence.

Parce que le photon n'a pas de masse, ce n'est pas MM/R≤.

Michel Spiro
Il n'a pas de masse, il a une Ènergie, comment vous faire comprendre pourquoi Áa ne dÈpend pas de son Ènergie ?

Pierre Lena
Il y a peut-Ítre un exemple trËs simple, qu'il faut prendre comme un exemple, autour du soleil, l'orbite de la Terre, par exemple, ne dÈpend pas de sa masse, quand dans De la Terre ‡ la Lune aprËs la mort du chien SphÈroÔde, Barbicane le jette dans l'espace, le chien qui est beaucoup moins massif que la fusÈe voyage ‡ la mÍme vitesse que la fusÈe, et reste par le hublot, tout le monde a lu cette histoire. La trajectoire d'une particule dans un champ de gravitation ne dÈpend pas de la masse de cette particule, il en est de mÍme pour la lumiËre dans un champ de gravitation et dans un modËle qui est plus compliquÈ par le calcul que Michel Spiro Èvoque.

Michel Spiro
Oui c'est exactement Áa, c'est aussi la mÍme expÈrience que si vous Ètiez dans le vide et que vous fassiez tomber sur la Terre une balle de ping-pong ou une boule de billard, elles descendent ‡ la mÍme vitesse. Evidemment, si vous faites l'expÈrience concrËtement ici, Áa ne marchera pas parce qu'il y a la rÈsistance de l'air, mais s'il n'y avait pas l'air Áa tomberait de la mÍme maniËre.

C'est une question un peu en marge du thËme que vous avez abordÈ aujourd'hui, mais cette question s'adresse ‡ Monsieur Spiro, vous avez parlÈ tout ‡ l'heure de diffÈrentes maniËres de dÈfinir la tempÈrature en ce qui concerne le nombre d'Èlectrons, etc., je voudrais savoir ce que vous pensez de la dÈfinition de la tempÈrature de la couronne solaire, l‡ o˘ justement il y a trËs, trËs peu de particules.

Michel Spiro
L‡ je prÈfËre laisser la parole ‡ Pierre Lena, parce que c'est vrai que c'est un peu paradoxal, alors qu'on un gradient de tempÈrature, j'ai dit qu'au centre du Soleil il faisait 10 millions de degrÈs, la tempÈrature baisse progressivement jusqu'‡ la surface ‡ 6.000 degrÈs, et effectivement on dit que la couronne est ‡ une tempÈrature supÈrieure, alors est-ce qu'on peut parler vraiment de tempÈrature ?

Pierre Lena
Votre question est trËs intÈressante, j'y rÈponds par gradations. PremiËrement, dans le Soleil la tempÈrature varie, entre le cúur, la surface, et ‡ nouveau remonte vers la couronne, mais si je prends un volume assez petit, mais qui peut quand mÍme Ítre grand, c'est une boÓte qui peut quand mÍme faire 1.000 kilomËtres de cÙtÈs, dans ce volume-l‡ il y a une tempÈrature, et puis si je dÈplace ce volume la tempÈrature va changer progressivement. Nous savons qu'il y a la mÍme chose dans l'atmosphËre de la Terre, on sait trËs bien qu'au haut d'une montagne la tempÈrature est plus basse, mais on peut quand mÍme parler de la tempÈrature qu'il fait dans son jardin. Donc, localement la tempÈrature a une valeur, ce qui n'empÍche pas que progressivement elle change dans l'atmosphËre en fonction de facteurs de densitÈ, d'insolation, de composition, etc. C'est la mÍme chose dans le soleil, c'est la mÍme chose dans les planËtes, dans Jupiter, dans Mars, etc., tout Áa c'est pareil.

La deuxiËme partie de votre question portait sur la densitÈ, vous disiez qu'il n'y a pas beaucoup d'Èlectrons, de fait la couronne c'est un milieu trËs tÈnu, beaucoup plus tÈnu que l'air de cette piËce, comment peut-on parler de tempÈrature ? L‡, il faut faire intervenir une Èchelle de temps, parce que qu'est-ce qui garantit qu'un gaz a une tempÈrature ? C'est le fait que les particules qui composent ce gaz, par collision les unes avec les autres, vont Èchanger leur Ènergie et produire une Ènergie moyenne et puis des Ènergies un peu plus ÈlevÈes et un peu moins ÈlevÈes, laquelle Ènergie moyenne est la mÍme chose que la tempÈrature, c'est un autre nom qu'on pourrait donner ‡ la tempÈrature : Ènergie moyenne des particules dans un gaz. Si vous chauffez le gaz, qu'est-ce que vous faites ? Vous augmentez l'Ènergie moyenne, il y a plus de collisions, et la tempÈrature augmente. Si la densitÈ est faible, ce qui est le cas dans la couronne solaire, mais si on attend assez longtemps, c'est-‡-dire que le systËme est en Èquilibre pendant des centaines, des milliers d'annÈes, il y aura eu assez de collisions pour que l'Ènergie soit bien rÈpartie et que la tempÈrature soit dÈfinie ‡ 1 ou 2 millions de degrÈs.

Mais si par accident, ‡ un endroit particulier, se produit une libÈration brutale d'Ènergie, comme sur la photo du soleil que j'ai montrÈe, par transformation de l'Ènergie magnÈtique prÈsente dans les champs magnÈtiques solaires, brusquement, localement Áa va Ítre chauffÈ, mais Áa va Ítre chauffÈ et l'Èquilibre ne va pas se rÈtablir, en tout cas pas tout de suite, et ‡ ce moment-l‡ on ne peut plus parler de tempÈrature, et il faut attendre des jours, des semaines, des mois, c'est de l'ordre de grandeur, pour que l'Èquilibre se rÈtablisse et qu'on puisse parler de tempÈrature.

Michel Spiro
Il y a encore une notion plus subtile, lorsqu'on parle de la tempÈrature du corps noir de l'univers ‡ 2,7 degrÈs Kelvin, il n'y a mÍme plus de particule en Èquilibre avec le rayonnement, c'est un rayonnement qui a ÈtÈ produit au moment o˘ les particules Ètaient en Èquilibre avec le rayonnement, donc l‡ il y avait vraiment une tempÈrature, puis ensuite la lumiËre associÈe ‡ cette tempÈrature s'est propagÈe pendant des milliards d'annÈes et est dÈtectÈe dans nos dÈtecteurs maintenant, et c'est en regardant le spectre de cette lumiËre qu'on peut dÈduire une tempÈrature de 2,7 degrÈs Kelvin, alors que ce rayonnement ‡ 2,7 degrÈs n'est plus en interaction du tout avec la matiËre.

Dans des tÈlescopes normaux on voit une image, on peut en faire une photographie, on le comprend parfaitement. Mais dans un radiotÈlescope, comment peut-on faire une image ?

Pierre Lena
Je vais vous montrer quelques tÈlescopes, voil‡ un tÈlescope, c'est le VLT qui va Ítre formellement inaugurÈ dans quelques jours, c'est une vue extÈrieure donc on ne voit pas bien le miroir. Un autre tÈlescope, ici, c'est un ÈclatÈ du futur tÈlescope spatial qu'on appelle le NGST, (Next Generation's three telescop) qui va remplacer Hubble. L‡ on voit mieux, parce que c'est un dessin d'ingÈnieur et on voit bien le miroir, on voit bien les fonctions principales d'un tÈlescope, ici la lumiËre arrive comme ceci, plus le miroir, plus on ramasse de photons, elle est rÈflÈchie en gÈnÈral par un second miroir, et puis ici on a une boÓte qui va contenir tous les dispositifs d'analyse de lumiËre, plaque photographique ou plutÙt CCD, c'est-‡-dire ces rÈcepteurs de lumiËre qui Èquipent les camÈscopes, les appareils photo numÈriques aujourd'hui qu'on utilise dans la vie quotidienne.

Et cette configuration on va la retrouver dans des systËmes d'observation trËs diffÈrents, par exemple un qui est un peu inhabituel mais qui va voler l'annÈe prochaine, on ouvre cette porte ici, et puis ce tÈlescope qui fait 2,40 mËtres de diamËtre va recueillir les rayons infrarouges lointains qui ne sont plus observables du sol, mais pour lesquels il n'est pas nÈcessaire d'aller en satellite, et la lumiËre va rentrer et Ítre analysÈe par un dÈtecteur. Naturellement, en fonction de la longueur d'onde que l'on souhaite on va utiliser un dÈtecteur de type diffÈrent. Par exemple, les CCD qui sont dans nos camÈscopes sont sensibles ‡ la lumiËre visible, mais pas ‡ la lumiËre proche infrarouge ; par contre, ils seraient sensibles ‡ l'ultraviolet si on parvenait ‡ les Èclairer avec de la lumiËre ultraviolette, mais le soleil ne nous en donne pas qui parvienne ‡ la surface de la Terre.

Donc, si maintenant nous regardons un radiotÈlescope, puisque votre question Ètait un radiotÈlescope, voici un tÈlescope fonctionnant aux longueurs d'ondes millimÈtriques au Chili, il fait 35 mËtres de diamËtre, et vous retrouvez la mÍme structure, miroir primaire, miroir secondaire, et puis le dÈtecteur. La lumiËre vient, elle est rÈflÈchie sur ce miroir, rentre et rencontre un dÈtecteur. Ce dÈtecteur Áa va Ítre un rÈcepteur radio, puisque l‡ on veut dÈtecter les photons de ces longueurs d'ondes-l‡, millimÈtriques en l'occurrence, donc c'est un rÈcepteur radio, c'est une petite antenne qui dans un circuit Èlectrique va produire un courant Èlectrique qui va mesurer la quantitÈ de lumiËre reÁue de l'Ètoile.

Mais qui ne donnera pas d'image.

Pierre Lena
Le problËme de la fabrication des images est plus compliquÈ. Evidemment, les astronomes aiment bien voir des images, pour avoir une image, qu'est-ce qu'il faut ? Il faut avoir un dÈtecteur par point, dans la plaque photographique si elle donne une image c'est parce qu'il y a des grains d'argent qui sont impressionnÈs ‡ proportion de la lumiËre reÁue, et qui localement donnent une mesure de la lumiËre reÁue. Dans la camÈra CCD du camescope, on a une petite matrice de 1.000 x 1.000, c'est ce que les publicitÈs vantent, ou 2.000 x 2.000 bientÙt, donc un million ou quatre millions de rÈcepteurs qui chacun vont donner l'intensitÈ de la lumiËre en un point ; un ordinateur, un petit circuit, plus un Ècran de tÈlÈvision vont visualiser une image.

Alors, peut-on faire Áa en radiofrÈquence ? C'est plus difficile, mais on commence ‡ savoir le faire aussi. Si on ne sait pas le faire, si on a une seule antenne, Áa fait beaucoup moins qu'un million de rÈcepteurs, mais si on n'a qu'une antenne, qu'est-ce qu'on va faire ? On va pointer le radiotÈlescope dans une direction du ciel, et on va mesurer dans cette direction la quantitÈ de lumiËre reÁue, et puis aprËs on va pointer ‡ cÙtÈ, et puis ‡ cÙtÈ encore, ‡ cÙtÈ encore, ‡ cÙtÈ, et on va reconstituer l'image point par point. C'est ce que fait par exemple cet instrument-l‡ dont le rÈcepteur, il y a quelques annÈes, n'avait qu'un point capable de recevoir. Evidemment, les radioastronomes travaillent ‡ l'idÈe de reconstruire des images avec beaucoup plus de points.

C'est le miroir secondaire qui bouge ?

Pierre Lena
Non, on bouge toute la structure.

C'est tout l'ensemble ?

Pierre Lena
Tout Áa va Ítre pointÈ, et des cartes du ciel comme celle que vous avez vues.

Vous nous avez dit quel diamËtre ?

Pierre Lena
De toute faÁon, il faut suivre ‡ la prÈcision, si vous voulez faire une mesure d'un point du ciel, il faut que le tÈlescope compense la rotation de la Terre, et donc suive ce point du ciel sans que Áa bouge, les roulements des deux axes d'ÈlÈvation et azimutale du tÈlescope sont des dÈroulements extrÍmement prÈcis qui assurent un pointage pour un instrument comme ceci ‡ quelques secondes d'angle, au millioniËme ou au cent milliËme, mais on peut faire mieux. Le fait de passer d'une direction d'observation ‡ sa voisine est tout ‡ fait dans les capacitÈs mÈcaniques de l'instrument.

J'ajoute quelque chose, ‡ Arecibo le rÈcepteur ne bouge pas.

Pierre Lena
Il y a des cas, vous citez Arecibo, je vais citer un autre exemple qui est particuliËrement intÈressant, si on veut faire un tÈlescope de trËs grand diamËtre, on fait le VLT, 8 mËtres, 10 mËtres, et puis aprËs pour l'instant le miroir est trop lourd et peut-Ítre qu'on se dit qu'on va faire des miroirs de 25 mËtres, de 50 mËtres dans un avenir plus lointain, mais on commence ‡ y penser. Mais si on veut faire un radiotÈlescope qui fasse 300, 400 mËtres, on ne sait plus le pointer, pour le pointer il faudrait une monture qui ait une masse tellement gigantesque il y a le co˚t, la prise au vent, et toute sorte de problËmes. Alors que faire ? PremiËre solution, le faire mais dans l'espace, en le montant dans l'espace comme on monte un mÈcano, comme on monte la station spatiale, c'est sans doute la solution d'avenir. Et de fait, le NGST, ce successeur du HST, son miroir primaire va Ítre assemblÈ dans l'espace, pour une raison toute bÍte c'est qu'il fait 8 mËtres de diamËtre et que ce diamËtre ne tient pas dans la coiffe de la fusÈe lanceuse. Donc, on ne peut plus le lancer, donc il faut le dÈplier dans l'espace comme une fleur.

Le radiotÈlescope de Arecibo est fixe, et donc le rÈcepteur est fixe, et la conclusion c'est qu'il ne peut regarder une Ètoile que quand elle passe dans la bonne direction. NÈanmoins le rÈcepteur qui a ÈtÈ placÈ au foyer, Áa fait 300 mËtres de diamËtre et puis on a un rÈcepteur l‡-haut, et alors on le dÈplace un peu pour qu'il puisse suivre l'Ètoile pendant le mouvement de la Terre, et Áa fonctionne trËs bien. Mais naturellement on ne peut observer que pendant un temps limitÈ. C'est trËs intÈressant de voir que maintenant on prÈpare la construction de tÈlescopes dont les miroirs sont liquides, si vous faites tourner la surface d'un liquide qui est horizontal, si je verse de l'eau dans un verre, on apprend Áa ‡ l'Ècole primaire, c'est une surface horizontale ; si je pose ce verre sur une platine de tourne-disque, il va se mettre ‡ tourner d'un mouvement uniforme, et la surface va se creuser et elle va prendre, miracle de la mÈcanique, exactement la forme d'un paraboloÔde, qui est justement la forme que les astronomes donnent ‡ leurs miroirs.

Si au lieu de l'eau je prends du mercure, j'obtiens un miroir rÈflÈchissant parfaitement. Et un tÈlescope est en construction actuellement qui va Ítre installÈ au Chili trËs haut, ‡ 5.300 mËtres d'altitude, un miroir de 4 mËtres en mercure. Le problËme numÈro un en mercure, c'est que s'il n'est pas horizontal vous introduisez des forces de gravitÈ qui sont dissymÈtriques sur la surface, et ‡ ce moment-l‡ elle n'a plus la forme d'une parabole. Donc, il doit fonctionner ‡ l'horizontale, et on se retrouve avec un Arecibo, avec un rÈcepteur, heureusement la Terre tourne, et quand ce tÈlescope a pour but de surveiller, par exemple, un trËs grand nombre de galaxies pour voir s'il y a des supernovas dans ces galaxies, elles vont dÈfiler sur le rÈcepteur jour aprËs jour et il va donc pouvoir faire des statistiques des phÈnomËnes qu'il dÈtecte. Rien n'interdit de concevoir des tÈlescopes en mercure de 20 mËtres, 40 mËtres, et probablement il y en aura dans les annÈes ‡ venir. L'avantage c'est que Áa co˚te pratiquement rien.

Michel Spiro
Je reprends un peu de recul par rapport ‡ tout ce qui vient d'Ítre dit dans cette sÈance sur toutes les longueurs d'ondes, et sur le sens du mot "voir" puisqu'on a parlÈ pas mal d'illusions et de dÈtecteurs, de mathÈmatiques, de mirages, de gravitation, etc. Il faut bien voir que le sens naÔf originel du mot voir, il est quand mÍme assez sophistiquÈ, parce que l'acte de voir une bouteille comme celle-l‡ fait appel ‡ un rÈcepteur qui est l'úil, donc la lumiËre qui est rÈflÈchie, diffusÈe par cet objet et qui arrive sur l'úil, qui vient faire un phÈnomËne physique, ensuite il y a un traitement de l'image dans l'úil qui est fait par notre cerveau, ses neurones, mais Ègalement toute une Èducation qui nous permet parmi un certain nombre de formes d'identifier la forme de la bouteille parce que les bouteilles ont un certain nombre de formes qu'on associe ‡ la bouteille, ce n'est pas innÈ, c'est acquis, il faut apprendre ‡ savoir ce que c'est qu'une bouteille.

Ce qu'a fait l'astronomie au cours des siËcles et jusqu'‡ maintenant, c'est toujours le mÍme sens du mot voir, mais c'est en allant plus loin c'est-‡-dire qu'il y a toujours l'úil qui fait partie du rÈcepteur final, mais ‡ l'úil on a rajoutÈ d'autres rÈcepteurs pour dÈtecter des choses qui viennent des objets et qui ne sont pas simplement la lumiËre visible, pour avoir des plus grands miroirs, on en a parlÈ, pour avoir d'autres longueurs d'ondes, pour avoir Èventuellement d'autres messagers, et Áa arrive toujours sur des rÈcepteurs physiques. Et ensuite, pour le traitement de l'image l‡ on a de nouveau notre cerveau, bien s˚r, mais Ègalement on lui a adjoint des traitements d'images ‡ base de traitements de donnÈes comme l'informatique, et en plus on lui a adjoint une Èducation qui est la physique derriËre, c'est-‡-dire la comprÈhension des phÈnomËnes, la relativitÈ gÈnÈrale, par exemple, la gravitation, mais d'autres phÈnomËnes qui nous permettent finalement de dire qu'on voit cet objet, et puis en dÈfinitive on en fait une image naÔve qu'on projette sur l'Ècran. Mais le sens du mot voir est toujours le mÍme, simplement on a adjoint ‡ l'úil et au traitement d'images des choses et des thÈories de plus en plus compliquÈes.

Au sujet du neutrino, est-ce qu'il est captÈ au hasard ou indirectement par l'ionisation ?

Michel Spiro
Par exemple, le soleil Èmet des milliards de neutrinos qui traversent le dÈtecteur que l'on met en face, que l'on met sur Terre et de temps, Áa c'est complËtement stochastique, c'est alÈatoire, de temps en temps il y a un neutrino qui veut bien faire une interaction, par hasard. Quand il fait une interaction, il casse un noyau, par exemple de votre dÈtecteur, et l‡ Áa va Ítre l'ionisation justement associÈ ‡ ces fragments du noyau qui va Ítre dÈtectÈe; donc on va voir apparaÓtre au milieu du dÈtecteur, alors qu'on a rien vu venir dessus, une petite ionisation, on Ètudie de cette ionisation qui est loin des bords; on n'a rien vu rentrer, c'est quelque chose d'invisible qui est rentrÈ, Áa ne peut pas Ítre de la lumiËre parce que la lumiËre elle s'arrÍte ‡ la surface des choses, de la mÍme maniËre qu'elle est Èmise ‡ la surface des choses ; par contre, au milieu de vos 50.000 tonnes d'eau vous avez une ionisation et donc effectivement c'est ‡ travers toute une thÈorie et tout un traitement qu'on se convainc que c'est bien un neutrino qui a interagi, et ce qu'on voit c'est donc l'ionisation, finalement c'est l'úil ‡ la fin qui voit quelque chose et qui dit que c'est un neutrino et qu'il vient de telle direction.

Est-ce que l'onde de gravitation est sphÈrique ou autre ?

Michel Spiro
Non, elle est Èmise dans une direction et c'est pour Áa qu'il va y avoir des antennes en Italie et Ègalement aux Etats-Unis et au Japon qui permettront de faire de la triangulation pour remonter ‡ la direction de l'onde. L'onde est Èmise de maniËre plus ou moins sphÈrique, mais ce qu'on voit c'est une direction, on est capable d'identifier la direction d'o˘ provient l'onde gravitationnelle. C'est comme pour la lumiËre, la lumiËre est Èmise dans toutes les directions, mais quand vous arrivez ‡ identifier quand vous la recevez de quelle direction elle vient, elle se propage en ligne droite, et l'onde gravitationnelle se propage en ligne droite.

Cyril Birnbaum
Une derniËre question ‡ nos deux intervenants, en fait vous allez essayer de voir dans les prochaines expÈriences, peut-Ítre le VLT ou ce nouveau tÈlescope spatial, ou bien cette expÈrience Virgo, puisque vous Ítes tous les deux des chercheurs, est-ce que vous Ítes comme des enfants en train d'attendre la grande dÈcouverte, et qu'attendez-vous chacun d'une des expÈriences sur lesquelles vous Ítes ?

Pierre Lena
En ce moment je me passionne pour les objets o˘ il y a de l'eau, c'est-‡-dire la recherche des exo-planËtes, il y a eu la dÈcouverte depuis cinq ans maintenant d'une cinquantaine de ces objets exo-planÈtaires, et il se trouve que depuis vingt ans j'ai travaillÈ ‡ ce que le VLT soit dotÈ de ce qu'on appelle un mode interfÈromÈtrique o˘ il est possible de combiner la lumiËre de plusieurs de ces tÈlescopes pour qu'ils aient une capacitÈ de distinguer les dÈtails, j'attends pour voir la mise en route et puis ensuite j'attends beaucoup de choses sur les exo-planËtes et puis sur d'autres sujets, bien s˚r, en particulier pour la voir et pour voir s'il y a de l'eau dessus.

Michel Spiro
Ce dont j'attends beaucoup c'est l'Ètude des rayons cosmiques de la plus haute Ènergie, je vous ai parlÈ de cet observatoire en Argentine qui va faire 3.000 km≤ pour recueillir ce qui nous arrive du cosmos aux Ènergies les plus extrÍmes. Pourquoi Áa m'intÈresse beaucoup, ce sont des particules d'une Ènergie considÈrable ; on espËre voir des choses nouvelles dans l'univers, des objets capables d'accÈlÈrer ‡ ces Ènergies-l‡, et en mÍme temps on espËre se servir de l'univers comme d'un laboratoire, puisque je vous ai dit que ces particules nous arrivent avec des Ènergies incroyablement plus grandes que tout ce qu'on peut faire, je suis ‡ l'origine physicien des particules donc travaillant avec les accÈlÈrateurs. Et l‡, ces Ènergies sont incommensurables, beaucoup plus grandes que celles que l'on peut faire en laboratoire, et il n'est pas impossible qu'on trouve que ces Ènergies-l‡ atteignent les lois de la physique, la mÈcanique quantique, la relativitÈ, et qu'on voit des dÈviations Èventuellement des lois de la physique ‡ des Ènergies de 1020 Èlectronvolts, elles sont tellement plus grandes que les Ènergies que l'on fait auprËs des accÈlÈrateurs.

J'attends donc beaucoup ces rÈsultats du dÈtecteur qui fera 3.000 km≤, et il y a mÍme un dÈtecteur plus ambitieux sur lequel maintenant j'essaie de me focaliser. Ces gerbes elles ont lieu dans l'atmosphËre et elles font de la lumiËre dans l'atmosphËre Ègalement, donc pourquoi pas aller sur la station spatiale et essayer de regarder l'ensemble de l'atmosphËre la nuit pour voir l'arrivÈe avec un flash lumineux de ces grandes gerbes cosmiques, et donc cette fois-ci avoir non pas accËs ‡ 3.000 km≤, mais ‡ presque un million de km≤, et avoir une quantitÈ d’événements cosmiques de cette nature suffisamment grande pour qu'on puisse voir si effectivement il y a des nouvelles lois de la physique et d'o˘ ils viennent ; il y a donc l‡ un champ qui me paraÓt extrÍmement prometteur. Le projet sur la station spatiale maintenant est retenu dans son principe, si tout va bien il devrait avoir lieu et prendre la suite de l'observatoire Pyrojet en Argentine vers 2005, 2006, donc je crois que dans les dix annÈes qui viennent des choses se passeront peut-Ítre dans ce domaine-l‡. Maintenant, vous savez les prÈdictions qu'on fait sont rarement validÈes.

Cyril Birnbaum
Je vous rappelle que Michel Spiro a Ècrit deux livres qui sont La matiËre espace-temps aux Èditions Fayard, et La lumiËre des neutrinos qu'ils ont fait ‡ trois, si je me souviens bien, qui est assez passionnant et trËs simple et trËs agrÈable ‡ lire. Quant ‡ Pierre Lena, il a notamment Ècrit L'espace pour l'homme paru derniËrement dans la collection Domino, une bible pour les Ètudiants qui est La science du Ciel, un ouvrage collectif qui est un peu un dictionnaire de l'astronomie, Paysages des sciences aux Èditions Le Pommier, il y a Ègalement toute la sÈrie des cassettes Tour du Monde.