Pendant des siècles, nous avons cru avec arrogance que nous avions trouvé presque toutes les réponses à nos questions les plus profondes. Les scientifiques pensaient que la mécanique newtonienne décrivait tout jusqu'à ce qu'ils découvrent la nature ondulatoire de la lumière. Les physiciens pensaient que lorsque Maxwell unifiait l'électromagnétisme, c'était la ligne d'arrivée, mais ensuite la relativité et la mécanique quantique sont arrivées. Beaucoup pensaient que la nature de la matière était parfaitement claire lorsque nous avons trouvé le proton, le neutron et l'électron, mais nous sommes ensuite tombés sur des particules de haute énergie. En seulement 25 ans, cinq découvertes incroyables ont remodelé notre compréhension de l'univers, et chacune promet une révolution épique. Nous vivons une époque incroyable: nous avons la possibilité de nous plonger dans les profondeurs mêmes des mystères de toutes choses.
Masse neutrino
Lorsque nous avons commencé à compter sur papier les neutrinos qui proviennent du Soleil, nous avons obtenu un nombre basé sur la fusion qui doit avoir lieu à l'intérieur. Mais quand nous avons commencé à compter les neutrinos provenant du Soleil, nous n'avons vu qu'un tiers de ce qui était attendu. Pourquoi? La réponse n'est apparue que récemment lorsqu'une combinaison de mesures des neutrinos solaires et atmosphériques a montré qu'ils pouvaient osciller d'un type à l'autre. Parce qu'ils ont de la masse.
Qu'est-ce que cela signifie pour l'astrophysique. Les neutrinos sont les particules massives les plus abondantes de l'Univers: il y en a un milliard de fois plus que des électrons. S'ils ont une masse, il s'ensuit que:
- ils constituent une fraction de la matière noire,
- tomber dans des structures galactiques, Vidéo promotionelle:
- éventuellement former un étrange état astrophysique connu sous le nom de condensat de fermion, - peut être associé à l'énergie noire.
Si les neutrinos ont une masse, ils pourraient aussi être des particules Majorana (plutôt que les particules de type Dirac plus courantes), fournissant un nouveau type de désintégration nucléaire. Ils peuvent aussi avoir des frères gauchers très lourds qui pourraient expliquer la matière noire. Les neutrinos transportent également la majeure partie de l'énergie dans les supernovae, sont responsables du refroidissement des étoiles à neutrons, affectent la rémanence du Big Bang (CMB) et sont une partie essentielle de la cosmologie et de l'astrophysique modernes.
L'univers accéléré
Si l'Univers commence par un Big Bang chaud, il aura deux propriétés importantes: un taux d'expansion initial et une densité initiale matière / rayonnement / énergie. Si la densité était trop grande, l'univers serait de nouveau réunifié; s'il était trop petit, l'univers s'étendrait pour toujours. Mais dans notre Univers, la densité et l'expansion ne sont pas seulement parfaitement équilibrées, mais une infime fraction de cette énergie se présente sous la forme d'énergie noire, ce qui signifie que notre Univers a commencé à s'étendre rapidement après 8 milliards d'années et s'est poursuivi dans le même esprit depuis lors.
Qu'est-ce que cela signifie pour l'astrophysique. Pour la première fois dans l'histoire de l'humanité, nous avons eu l'occasion d'en apprendre un peu plus sur le destin de l'univers. Tous les objets qui ne sont pas liés par gravitation les uns aux autres finiront par se disperser, ce qui signifie que tout ce qui se trouve en dehors de notre groupe local s'envolera un jour. Mais quelle est la nature de l'énergie noire? Est-ce vraiment une constante cosmologique? Est-ce lié au vide quantique? Serait-ce un champ dont la force change avec le temps? Des missions futures comme Euclid de l'ESA, WFIRST de la NASA et de nouveaux télescopes de 30 mètres permettront des mesures plus précises de l'énergie noire et nous permettront de caractériser avec précision l'accélération de l'univers. Après tout, si l'accélération augmente, l'Univers se terminera par un Big Rip; s'il tombe, avec une grosse compression. Le sort de l'univers entier est en jeu.
Exoplanètes
Il y a une génération, nous pensions qu'il y avait des planètes près d'autres systèmes stellaires, mais nous n'avions aucune preuve pour soutenir cette thèse. Actuellement, grâce en grande partie à la mission NASA Kepler, nous en avons trouvé et testé des milliers. De nombreux systèmes solaires sont différents des nôtres: certains contiennent des super-Terres ou des mini-Neptunes; certains contiennent des géantes gazeuses à l'intérieur des systèmes solaires; la plupart contiennent des mondes de la taille de la Terre à la bonne distance des minuscules étoiles naines rouges pâles pour que l'eau liquide existe à la surface. Pourtant, il reste encore beaucoup à voir.
Qu'est-ce que cela signifie pour l'astrophysique. Pour la première fois dans l'histoire, nous avons découvert des mondes qui pourraient être des candidats potentiels à la vie. Nous sommes plus près que jamais de détecter des signes de vie extraterrestre dans l'univers. Et beaucoup de ces mondes pourraient un jour abriter des colonies humaines si nous choisissons d'emprunter cette voie. Au 21e siècle, nous commencerons à explorer ces possibilités: mesurer les atmosphères de ces mondes et rechercher des signes de vie, envoyer des sondes spatiales à une vitesse significative, les analyser pour leur similitude avec la Terre en termes de caractéristiques telles que les océans et les continents, la couverture nuageuse, la teneur en oxygène dans l'atmosphère, les temps de l'année. Jamais dans l'histoire de l'univers il n'y a eu de moment plus propice à cela.
le boson de Higgs
La découverte de la particule de Higgs au début des années 2010 a finalement complété le modèle standard des particules élémentaires. Le boson de Higgs a une masse d'environ 126 GeV / s2, se désintègre après 10 à 24 secondes et se désintègre exactement comme prévu par le modèle standard. Il n'y a aucun signe de nouvelle physique en dehors du modèle standard dans le comportement de cette particule, et c'est un gros problème.
Qu'est-ce que cela signifie pour l'astrophysique. Pourquoi la masse de Higgs est-elle bien inférieure à la masse de Planck? Cette question peut être formulée de différentes manières: pourquoi la force gravitationnelle est-elle si faible que les autres forces? Il existe de nombreuses solutions possibles: supersymétrie, dimensions supplémentaires, excitations fondamentales (solution conforme), Higgs en tant que particule composite (technicolor), etc. Mais jusqu'à présent, ces solutions n'ont pas de preuves, et avons-nous suffisamment regardé?
À un certain niveau, il doit y avoir quelque chose de fondamentalement nouveau: de nouvelles particules, de nouveaux champs, de nouvelles forces, etc. Tous, de par leur nature, auront des conséquences astrophysiques et cosmologiques, et tous ces effets dépendent du modèle. Si la physique des particules, par exemple au LHC, ne fournit aucune nouvelle indication, peut-être que l'astrophysique le fera. Que se passe-t-il aux énergies les plus élevées et aux distances les plus courtes? Le Big Bang - et les rayons cosmiques - nous ont apporté les énergies les plus élevées que notre accélérateur de particules le plus puissant n'aurait jamais pu avoir. La prochaine clé pour résoudre l'un des plus gros problèmes de physique peut venir de l'espace, pas de la Terre.
Ondes gravitationnelles
Pendant 101 ans, cela a été le Saint Graal de l'astrophysique: la recherche de preuves directes de la plus grande prédiction non prouvée d'Einstein. Lorsque Advanced LIGO a été mis en ligne en 2015, il a pu atteindre la sensibilité nécessaire pour détecter les ondulations dans l'espace-temps à partir de la source d'ondes gravitationnelles la plus courte de l'univers: les trous noirs enroulés et fusionnés. Avec deux détections confirmées à son actif (et combien d'autres seront), Advanced LIGO a fait passer l'astronomie des ondes gravitationnelles de la fantaisie à la réalité.
Qu'est-ce que cela signifie pour l'astrophysique. Jusqu'à présent, toute l'astronomie dépendait de la lumière, des rayons gamma au spectre visible, en passant par les micro-ondes et les radiofréquences. Mais la détection des ondulations dans l'espace-temps est une toute nouvelle façon d'étudier les phénomènes astrophysiques dans l'univers. Avec les bons détecteurs avec la bonne sensibilité, nous pouvons voir:
- fusionner les étoiles à neutrons (et savoir si elles créent des sursauts gamma);
- la fusion des naines blanches (et nous leur associons des supernovae de type Ia);
- des trous noirs supermassifs dévorant d'autres masses;
- signatures d'ondes gravitationnelles des supernovae;
- signatures de pulsars;
- signatures résiduelles d'ondes gravitationnelles de la naissance de l'Univers, éventuellement.
Maintenant, l'astronomie des ondes gravitationnelles est au tout début de son développement, devenant à peine un domaine éprouvé. Les prochaines étapes consisteront à augmenter la gamme de sensibilité et de fréquences, ainsi qu'à faire correspondre ce qui est vu dans le ciel gravitationnel avec le ciel optique. L'avenir arrive.
Et nous ne parlons pas d'autres grandes énigmes. Il y a de la matière noire: plus de 80% de la masse de l'Univers est complètement invisible à la lumière et à la matière ordinaire (atomique). Il y a le problème de la baryogenèse: pourquoi notre univers est-il plein de matière et non d'antimatière, même si chaque réaction que nous avons jamais observée est complètement symétrique dans la matière et l'antimatière. Il existe des paradoxes de trous noirs, d'inflation cosmique et une théorie quantique réussie de la gravité n'a pas encore été créée.
Il est toujours tentant de penser que nos meilleurs jours sont derrière nous et que les découvertes les plus importantes et révolutionnaires ont déjà été faites. Mais si nous voulons comprendre les plus grandes questions de toutes - d'où vient l'Univers, en quoi il consiste réellement, comment il est apparu et où il va, comment il se terminera - nous avons encore beaucoup de travail à faire. Avec des télescopes sans précédent en termes de taille, de portée et de sensibilité, nous pouvons en apprendre plus que nous ne l'avons jamais su. La victoire n'est jamais garantie, mais chaque pas que nous faisons nous rapproche de notre destination. Peu importe où ce voyage nous mène, l'essentiel est que ce soit incroyable.
