Cet immense anneau blanc bleuté, révélé par le réseau international Alma autour de l’étoile HD 181327, est probablement un vaste réservoir de comètes et de petits corps glacés, comparable à celui qui tourne autour du Soleil, la ceinture de Kuiper. Cette image spectaculaire est représentée en fausses couleurs, bien sûr, puisque le réseau interférométrique Alma n’est sensible qu’aux ondes submillimétriques et millimétriques, mais le disque de gaz et de poussières qui entoure l’étoile HD 181327 avait déjà été photographié en 2011, en infrarouge et dans le domaine visible, par le télescope spatial Hubble.
L’étoile HD 181327 se trouve à environ 160 années-lumière de distance, dans la constellation du Peintre. Un peu plus massive et brillante que le Soleil, elle est surtout très jeune : une vingtaine de millions d’années seulement, quand le Soleil affiche un âge vénérable – le tiers de l’âge de l’Univers – de 4,6 milliards d’années…

L’équipe de Sebastian Marino et Luca Matra, de l’Université de Cambridge, en utilisant le réseau interférométrique Alma, a mesuré la composition du disque de l’étoile, et détecté, en particulier, un composant majeur des comètes : le monoxyde de carbone. D’après ces chercheurs, le disque de poussières et de gaz qui entoure HD 181327 ressemble à celui qui entourait notre propre étoile au moment de sa formation.
Très jeune étoile, HD 181327 est probablement entrain de former des planètes autour d’elle, planètes non découvertes jusqu’ici, et son disque de gaz et de poussières, encore très dense, est sujet à une infinité ou presque de collisions entre particules de poussières, météorites, astéroïdes et comètes.
Prochaine étape des scientifiques : découvrir les planètes de HD 181327. Plusieurs télescopes dotés d’optiques adaptatives performantes sont déjà sur les rangs, en particulier le Very Large Telescope et Gemini South, tous deux dotés de miroirs de 8,2 m de diamètre. Si ces deux géants échouent, le successeur de Hubble, le James Webb Space Telescope, qui doit être lancé en 2018, tentera sa chance dans quelques années, ou, dans les années 2020, les trois futurs télescopes géants terrestres, le GMT, le TMT et le E ELT..
Serge Brunier

Il s’agit là d’un mythe ! Il est en effet peu probable de distinguer sept couleurs dans un arc-en-ciel, trop étroit. Ce qui n’empêche pas cette idée de faire florès, et ce depuis la publication du Traité d’optique par Isaac Newton, en 1704.

En étudiant la diffraction (décomposition) de la lumière par un prisme, un bloc de verre taillé en triangle, le savant anglais avait en effet perçu sept couleurs : violet, indigo, bleu, vert, jaune orange, rouge. Il les répartissait en un “cercle chromatique”.

L’arc-en-ciel contient autant de nuances que de longueurs d’onde dans la lumière visible

Mais le spectre de la lumière blanche présente en fait autant de nuances qu’il existe de longueurs d’onde dans le blanc, soit une infinité ! L’arc-en-ciel, qui est le produit de la décomposition de la lumière dans une goutte de pluie, présente donc aussi un nombre infini de couleurs, qui échappent à notre regard.

Sans compter que chacun, dans sa perception personnelle, délimite différemment les parties du spectre de la lumière décomposée. Notre système visuel peut néanmoins être éduqué pour élargir les couleurs perçues, tel celui des peintres, jusqu’à distinguer 200 teintes !

—V.T.M.

D’après S&V Questions-Réponses n°15

 

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• Les yeux clairs sont-ils plus sensibles à la lumière ?
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• Ils ont résolu l’énigme des gouttes de pluie – S&V n°1104 (2009). C’est un mystère minuscule mais qui titillait la curiosité des savants depuis 1904 : la taille des gouttes d’eau. Désormais l’on sait pourquoi il y a peu de gouttes qui dépassent quelques millimètres de diamètre en arrivant au sol.

• Test : que savez-vous de la lumière ? – S&V n°1089 (2008). La lumière, c’est-à-dire les ondes électromagnétiques, est une force physique jouant un grand rôle dans l’Univers. Mais c’est aussi une présence qui alimente les êtres humains et tous les autres organismes biologiques. Que savez-vous d’elle ?

En 2014, nous avions consacré un dossier spécial à la révolution des drones, qui se sont échappés des laboratoires pour s’intégrer dans la société en un temps record. Et deux ans auparavant encore, un autre dossier aux nanorobots qui, eux, à l’échelle moléculaire, se préparent à envahir l’industrie. Or, voici qu’une nouvelle révolution pourrait s’opérer pile entre ces deux mondes, à l’échelle des insectes : la révolution des microrobots. Maturité des technologies, intérêt des applications, possibilité de les produire en masse… Notre enquête dans les laboratoires du monde entier nous a convaincus : il faut se préparer à cette nouvelle invasion.

Thomas Cavaillé-Fol

 t.cavaille@mondadori.fr

 

Tout a commencé par une surprise, une publication annonçant lire dans quelques lignes rédigées en hiérogly­phes égyptiens les prémices de l’alphabet… Un paradoxe, puisque ces deux types d’écriture fonctionnent sur des bases différentes. Les experts sont intrigués : tiennent-ils une pièce maîtresse du puzzle des origines de l’écriture ? Entre épigraphie et cognition, ces lignes nous plongent dans les méandres d’une des plus grandes inventions de l’humanité : la pensée alphabétique.

Emilie Rauscher

e.rauscher@mondadori.fr

 

Autant l’avouer une bonne fois pour toutes, même si ce n’est pas toujours facile à assumer : les grandes catastrophes nous fascinent. Mais ces drames absolus, qui pourraient abattre notre civilisation, n’intéressent pas seulement les journalistes en quête de sujets affriolants. Les scientifiques sont les premiers à se pencher sur les événements les plus extrêmes : méga­tsunamis, superséismes, éruptions volcaniques dantesques… Une liste glaçante à laquelle il faudrait peut-être ajouter désormais des éruptions solaires aux proportions jusqu’ici inimaginables.

Vincent Nouyrigat

 v.nouyrigat@mondadori.fr

Saviez-vous que votre bague en or est d’origine extraterrestre ? Dans cette chronique du Mag de la Science (Science & Vie TV), Jérôme Bonaldi et Valérie Greffoz, du magazine Science & Vie, lèvent le voile sur les mystérieuses productrices d’or qui peuplent l’Univers : les étoiles à neutrons.

 

 

Pour en savoir plus, consultez, dans Les grandes archives de Science & Vie :

“Tout l’or du monde vient d’étoiles à neutrons”, Science & Vie n°1177. Acheter le numéro en ligne ici.

 

Pour découvrir Science & Vie TV : http://www.science-et-vie.tv/

 

 

Comment fait-on pour oublier volontairement ? La question tient du paradoxe car comment effacer un souvenir précis sans l’évoquer et donc le renforcer dans notre cerveau ? Pourtant notre cerveau sait parfois faire ce tour de passe-passe quand on le lui demande. Et la recherche en psychologie expérimentale a montré que les souvenirs peuvent être atténués volontairement, par des techniques diverses, sans pour autant réussir à mettre au jour les mécanismes cognitifs sous-tendant ces processus.

Or, à grand renfort d’imagerie cérébrale portant sur 25 volontaires, des chercheurs américains de l’université de Princeton et de Dartmouth ont jeté quelque lumière sur la manière dont le cerveau organise l’oubli volontaire d’un souvenir. Comment ? En désactivant progressivement les informations secondaires (images, sons, odeurs, etc.) qui ont accidentellement accompagné ce souvenir, privant celui-ci de tout soutient contextuel. En d’autres termes, pour oublier l’arbre, il faut oublier la forêt qu’il cache…

Oublier des mots volontairement

L’expérience a consisté à soumettre les volontaires, chacun isolément, à une série d’exercices liés à la mémorisation de mots. En substance, il s’agissait de visionner à l’écran d’un ordinateur une liste de 16 mots en disant au volontaire de les mémoriser au mieux (3 secondes par mot) : « enseignant », « Chine », « enfant », etc.

Entre l’affichage de chaque mot, l’écran montrait 3 paysages (sans rapport avec le mot) pendant 1 seconde chacun… Et à la fin de l’exercice il lui était demandé, contrairement à l’instruction du début, d’oublier cette liste. Les processus cognitifs dans le cerveau du volontaire était suivi en temps réel par imagerie (IRMf) montrant l’activation des réseaux de neurones sollicités durant l’exercice.

Le cerveau torpille le paysage des souvenirs

Les chercheurs ont alors observé comment l’instruction d’oubli donné aux volontaires agissait sur ce réseau en atténuant l’activation des zones liées non pas au souvenir des mots eux-mêmes mais aux éléments contextuels (images) qui avaient accompagné la projection des mots, bien que ceux-ci n’avaient pas de rapport logique ou sémantique avec les mots.

Telle est donc la technique qu’utilise le cerveau pour surmonter le paradoxe d’un souvenir qu’on renforcerait en voulant l’oublier : ne pas s’attaquer de front au souvenir, mais plutôt torpiller son contexte.

Souvenez-vous de ceci mais oubliez cela !

En réalité, l’expérience était un peu plus complexe : chaque volontaire subissait 8 tests différents, chacun composé non pas d’une série de 16 mots (avec images) mais de deux séries, entrecoupées d’instructions d’oubli ou de mémorisation à la fin de chaque série – instructions données dans un ordre aléatoire afin que le volontaire ne puisse anticiper la tâche mentale à accomplir (se souvenir ou oublier).

Cela leur a permis de bien distinguer l’évolution dans le temps de l’activation des réseaux des informations contextuelles (images) dans le cas où la personne veut se souvenir des mots et dans le cas où il veut les oublier.

Un début d’éclaircissement du mécanisme

Dans tous les cas, les chercheurs ont observé que, statistiquement, l’activation des zones liées aux informations contextuelles (images) diminue quand le volontaire veut oublier et augmente quand il veut s’en rappeler.

Néanmoins, le mécanisme cognitif à la base de cette atténuation est méconnu. Notre système cognitif dirige-t-il l’attention sur d’autres informations de même nature que les informations contextuelles pour “assécher” celles-ci (principe de remplacement) ou bien arrive-t-il à diminuer leur activité sans invoquer d’autres pensées ? La route est encore longue pour percer le secret de la mémoire et de l’oubli…

–Román Ikonicoff

 

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• Votre cerveau vous trompe – S&V n°1044 – 2004 – Notre cerveau présente des failles : mémoire trompeuse, fausses perceptions, raisonnements biaisés… Comment l’univers de la publicité en exploitent certaines (+ 20 expériences qui vous feront douter de vous-même).

 

 

Depuis presque 100 ans, c’est un des plus grands mystères de l’univers. Galaxies, amas de galaxies, cosmos tout entier, il est impossible de rendre compte de leur dynamique et de leur structure sans postuler qu’ils renferment une gigantesque quantité de matière invisible, quasi indétectable, que les astrophysiciens, faute de mieux, ont baptisée « matière noire ».

Pire, cela fait une petite vingtaine d’années que les spécialistes en ont la certitude : aucune des particules décrites par le modèles standard ne peut prétendre au titre de matière noire, tant les caractéristiques de cette dernière déduites des observations astrophysiques diffèrent de celles des quarks, électrons, neutrinos et autres particules connues. Autrement dit, à ce jour, la nature de la matière noire est une énigme.

D’où l’espoir des spécialistes de l’infiniment petit de découvrir un jour dans les filets de leurs accélérateurs géants quelques grains de matière « non standard », permettant de donner corps à cette mystérieuse « masse manquante » de l’univers qui, aux dires des astrophysiciens, compte pour 85 % du contenu en matière du cosmos !

Ainsi, rien d’étonnant à ce que dès l’annonce de la possible détection d’une particule inconnue au LHC, le 15 décembre dernier, la question se soit immédiatement posée : le X est-il en passe de donner un visage à la matière noire ?

Disons-le d’emblée, à supposer que l’existence de cette hypothétique particule soit confirmée, le X ne peut en rien prétendre au titre de particule de matière noire. Il interagit bien trop fortement avec les particules standard, tel qu’en témoigne sa désintégration en deux photons, quand matière noire et matière ordinaire s’ignorent presque totalement l’une l’autre.

En revanche, au regard du signal observé au LHC, Mihailo Backovic, à l’Université catholique de Louvain, estime que le X, outre sa désintégration en deux particules de lumière, pourrait également se désintégrer en particules de matière noire ne laissant aucune trace dans les détecteurs. De son côté, Abdelhak Djouadi, au Laboratoire de physique théorique d’Orsay a étudié la possibilité que le X soit ce que les spécialistes de la matière élémentaires appellent un médiateur de la matière noire. Soit une particule dans laquelle la matière noire serait susceptible de se désintégrer avant que cette dernière ne se désintègre à son tour en particules standard. Dans les deux cas, les calculs conduisent à des caractéristiques pour la matière noire compatibles avec celles déduites des observations astrophysiques.

Cela dit, comme le fait remarquer Adam Falkowski, également au Laboratoire de physique théorique d’Orsay :

« Ce n’est pas très compliqué d’intégrer la particule compatible avec le signal observé au LHC dans un modèle qui rende compte de la matière noire. Pour autant, il est important d’ajouter que tous ces modèles peuvent très bien se passer d’une telle particule. Autrement dit, ce n’est pas une prédiction générique de ceux-ci, mais plutôt un ajout à la main. »

D’un mot, il est trop tôt pour conclure… Comme il est trop tôt pour affirmer qu’une nouvelle particule inconnue s’est manifestée dans les détecteurs géants de l’accélérateur du Cern, près de Genève. Pour autant, comment le nier : les perspectives potentiellement ouvertes par le X sont gigantesques. A commencer par celle qui verra peut-être la résolution du plus grand mystère cosmologique contemporain.

— par Mathieu Grousson

Mathieu Grousson est un journaliste collaborateur de Science & Vie spécialiste de la physique fondamentale. Suivez son blog “Particule X” :

La fameuse “flemme printanière” a bien une explication biologique. Dès l’équinoxe de printemps, le métronome qu’est la lumière bat une mesure très soutenue que l’organisme ne peut suivre. Et pour cause, dès le 20 mars, le temps d’ensoleillement augmente de quatre minutes chaque jour. Pour être en phase, il faudrait donc se lever quatre minutes plus tôt chaque jour !

“A la fin de la semaine, cela fait près d’une demi-heure. L’organisme doit donc s’adapter, et cela le fatigue”, explique Martine Perret, du département écologie et gestion de la biodiversité au CNRS de Brunoy.

Le regain des hormones explique aussi cette fatigue

De plus, sous l’effet du soleil, les hormones ”bouillonnent”, qu’elles soient sécrétées par les glandes du cerveau, les surrénales et les gonades. Or, les équilibres entre celles qui éveillent et celles qui endorment, comme la mélatonine, se déplacent. Toutes ces réactions chimiques grignotent notre énergie.

Dans le même temps, sous l’effet des premières chaleurs, notre vascularisation augmente et la tension artérielle chute, ce qui accentue encore un peu la fatigue. Heureusement, en trois semaines, l’équilibre hormonal et métabolique est adapté à ce nouveau rythme.

–K.J.

D’après S&V Questions-Réponses n°15

 

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• Comment le printemps nous fait revivre – S&V QR n°15 (2015). Le retour du soleil après l’hiver met en éveil tout notre organisme, du cerveau aux muscles en passant par les organes sexuels. Tous les détails dans ce dossier.

 

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• Test : que savez-vous de la lumière ? – S&V n°1089 (2008). La lumière, c’est-à-dire les ondes électromagnétiques, est une force physique jouant un grand rôle dans l’Univers. Mais c’est aussi une présence qui alimente les êtres humains et tous les autres organismes biologiques. Que savez-vous d’elle ?

 

Alma est un instrument unique au monde actuellement, seul dans sa catégorie de domaine d’observation et de puissance, comme le télescope Hubble dans l’espace. Alma – Atacama Large Millimeter/submillimeter Array – est un réseau de 66 antennes de 7 et 12 mètres de diamètre, observant toutes ensemble dans le même domaine de rayonnement électromagnétique, les ondes submillimétriques et millimétriques, au delà de la lumière et de l’infrarouge observés par les télescopes classiques, sur Terre, ou Hubble, dans l’espace. Aucun autre instrument ne rivalise actuellement avec ce gigantesque réseau, d’autant qu’Alma est installé dans un site unique, le plateau de Chajnantor, dans les Andes chiliennes, à plus de 5000 m d’altitude. Aucune concurrence, donc, et des observations inédites, que nous évoquons souvent ici : environnements stellaires, naissances de systèmes planétaires, cosmologie, les images obtenues par Alma sont radicalement nouvelles.

La caractéristique principale d’Alma, c’est son pouvoir de résolution, c’est à dire sa capacité à percevoir des détails sur les astres. Elle égale, ou dépasse, celle des plus puissants télescopes du monde, Hubble y compris.
En témoigne la toute dernière observation du réseau interférométrique : une galaxie, NGC 1332, située dans la constellation de l’Eridan, à 72 millions d’années-lumière de la Voie lactée. Au cœur de cette galaxie trône un trou noir géant, que les astronomes étudient depuis des années. Impossible à observer directement, la galaxie étant trop lointaine et le trou noir bien trop petit par rapport aux possibilités des télescopes actuels, ce trou noir se matérialise seulement par les effets qu’il provoque sur son environnement.

Et c’est là que Alma entre en scène. Le réseau d’antennes a été utilisé par Aaron Barth, Benjamin Boizelle, Jeremy Darling, Andrew Baker, David Buote, Luis Ho et Jonelle Walsh pour observer le disque de gaz qui tourne autour du trou noir, avec une précision identique à celle de Hubble – les spécialistes évoquent une résolution de 0.044 seconde d’arc – mais dans une longueur d’onde, 1,3 millimètre, permettant d’observer uniquement le gaz, et non pas les étoiles, comme le télescope spatial. Alma a permis de mesurer précisément la vitesse du gaz qui tourne autour du trou noir, 500 kilomètres par seconde à une distance de 80 années-lumière du centre de NGC 1332 ! Cette vitesse énorme – 1,8 million de kilomètres-heure – correspond à une masse centrale de 660 millions de masses solaires, c’est celle du trou noir géant de cette galaxie.
Le réseau Alma va être utilisé par les astronomes pour mesurer la masse exacte de nombreux trous noirs galactiques, afin de mieux comprendre leur origine et leur évolution.
En attendant, dans quelques années, qu’il participe à l’observation du trou noir central de la Voie lactée, et en obtienne… la première image directe.
Serge Brunier

Pour l’heure, la particule X n’a pas encore fini de prendre forme dans les tréfonds du LHC, l’accélérateur géant de particules du Cern, près de Genève. Mais une chose est déjà certaine, si elle est bientôt confirmée, sa découverte fera l’effet d’une déflagration comme il en survient rarement en physique.

Certes, la découverte du boson de Higgs, en 2012 au LHC, a constitué un véritable triomphe de la pensée. Avec lui, les physiciens mettaient la main sur la dernière pièce manquante du modèle standard, l’actuelle théorie des particules élémentaires. Pour autant, cette particule qui donne leur masse à toutes les autres était prédite et attendue depuis 1964. L’inverse d’une surprise ! Idem avec les bosons W et Z, vecteurs de l’interaction faible, mis en évidence en 1983 au Cern, et qui ont valu à Simon van der Meer et Carlo Rubbia le Nobel l’année suivante. S’ils constituaient l’une des preuves les plus éclatantes de la validité du modèle standard, c’est plutôt leur absence qui aurait suscité l’étonnement. A l’inverse, le X n’était attendu par personne.

De ce point de vue, sa découverte ressemble davantage à celle du quark beauté, en 1977 au Fermilab, aux Etats-Unis. A l’époque, les physiciens avaient identifié l’ensemble des membres des deux premières générations de particules de matière, chacune constituée de deux quarks, un lepton lourd, tel l’électron, et un neutrino. Et rien n’indiquait qu’il en exista d’autres. Mais rapidement, le quark beauté s’est avéré être le premier représentant d’une troisième génération identique aux deux autres et aujourd’hui complète. Quand il apparaît clairement que le X n’entre dans aucune case prédéfinie.

Depuis plus de 40 ans, aucune détection de particule n’a bouleversé le monde des physiciens

Ainsi, il faut remonter à 1974 pour voir la détection d’une nouvelle particule mettre sans dessous-dessous la petite communauté des théoriciens pour lui forger une identité sur le papier. Les expérimentateurs du SLAC, l’accélérateur de l’Université de Stanford, et leurs collègues du Laboratoire national de Brookhaven, près de New York, venaient de mettre simultanément la main sur une mystérieuse particule baptisée J/psi. Cela dit, il n’a pas fallu longtemps pour réaliser que le J/psi était constitué d’un quark charmé et de son antiparticule. Or leur existence avait été prédite quatre ans plus tôt afin de parfaire l’élégance formelle des équations du modèle standard. Une découverte qui a permis de désigner ce dernier comme théorie des particules élémentaires en titre, et de reléguer ses concurrents d’alors dans les oubliettes de l’histoire.

En fait, aux dires de nombreux physiciens, seule la mise en évidence du muon dans les rayons cosmiques, en 1936, par Carl Anderson, se rapproche de celle du X par son caractère stupéfiant. Ainsi, à l’annonce de la découverte, à une époque où les spécialistes pensaient avoir mis la main sur la totalité des particules élémentaires qui se résumait alors au proton, au neutron et l’électron, le physicien Isidor Isaac Rabi se serait exclamé : « Mais qui a commandé ça !? » Cela dit, soupçonné un temps d’être responsable de la cohésion des protons et des neutrons au sein du noyau atomique, le muon s’est vite avéré être un cousin obèse de l’électron.

Quatre ans plus tôt, Carl Anderson avait par ailleurs découvert une autre particule dans les rayons cosmiques : le positron, semblable en tous points à l’électron, mais muni d’une charge électrique opposée. L’existence de cette antimatière, miroir de la matière, était une conséquence immédiate de l’équation proposée par Paul Dirac en 1928, et imposa la vision d’un univers particulaire régi par des équations « élégantes ». Alors que le X nous parle d’un monde plus compliqué, plus inaccessible. Comme nous le confiait un physicien à propos du X pour paraphraser Rabi, « mais qui a fait les plans !? »

La particule X laisse béantes bon nombre de failles de la physique fondamentale

De fait, les centaines d’articles théoriques consacrés au X depuis le 15 décembre en sont la preuve : il n’est a priori la conséquence naturelle d’aucune théorie proposée depuis 40 ans pour résoudre les problèmes internes du modèle standard. De plus, il semble laisser béantes bon nombre de failles de la physique fondamentale. A l’inverse, en 1923, la découverte du photon, particule de lumière, par Arthur Compton, contribuait à dégager l’horizon que la mécanique quantique alors naissante était en train de révéler. Tout comme la découverte de l’électron, en 1897, marquait le début enthousiaste de l’ère de l’exploration de la structure intime de la matière.

A l’inverse, avec le X, les physiciens sont désormais fébriles : Quelle est sa nature ? Pourquoi ne ressemble-t-il à rien de connu ? De quels messages est-il finalement porteur ? Une chose est certaine, si son existence est confirmée, on peut s’attendre à un bouleversement dans notre connaissance de l’infiniment petit, dont les conséquences, à l’aune des découvertes passées, sont impossibles à mesurer.

— Mathieu Grousson

 

Mathieu Grousson est un journaliste collaborateur de Science & Vie spécialiste de la physique fondamentale. Suivez son blog “Particule X” :

> En savoir plus :

• L’Univers n’est pas ce que l’on croit – Au sommaire de Science&Vie n°1184
• Acheter en ligne S&V n°1184

> Lire aussi dans les Grandes Archives de S&V :

• Une nouvelle physique va naître — S&V n°1152 (2013) – acheter ce numéro. La découverte du boson de Higgs au LHC a ouvert plus d’interrogations qu’elle n’a apporté de réponses.

• La matière va enfin parler — S&V n°1129 (2011). Moment clou : tout le monde a les yeux rivés sur le LHC, qui confirmera enfin l’existence du boson de Higgs, des décennies après sa théorisation.

• LHC, l’accélérateur de l’extrême — S&V n°1013 (2002). L’impatience règne chez les physiciens : en cours de construction à cheval entre la France et la Suisse, le grand collisionneur de hadrons est le plus grand outil scientifique jamais réalisé, qui repoussera les frontières de la physique.