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Physique
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ATLAS observe un phénomène rare faisant du LHC un collisionneur de photons de haute énergie
L'expérience ATLAS observe des collisions de photons produisant des particules porteuses de la force faible, apportant un nouvel éclairage sur les interactions de ces particules.
À l'occasion de la conférence internationale sur la physique des hautes énergies (ICHEP 2020), la collaboration ATLAS a fait état de la première observation de collisions de photons produisant des paires de bosons W - des particules élémentaires porteuses de la force faible, l'une des quatre forces fondamentales qui régissent l'Univers. Ce résultat montre que le LHC peut être utilisé d'une nouvelle manière, en tant que collisionneur de photons de haute énergie, pour une étude directe des interactions électrofaibles. Il confirme l'une des principales prédictions de la théorie électrofaible, à savoir que les particules porteuses de force peuvent interagir avec elles-mêmes, et ouvre la voie à de nouveaux moyens d'exploration.
"Cette observation ouvre de nouvelles perspectives d'expérimentation auprès du LHC au moyen de photons dans leur état initial, explique Karl Jakobs, porte-parole de la collaboration ATLAS. Elle est inédite dans la mesure où elle fait intervenir uniquement des couplages entre particules porteuses de la force électrofaible dans l'environnement du LHC, dominé par l'interaction forte. En disposant de plus gros volumes de données, il sera possible de sonder de façon distincte la structure de jauge électrofaible et d'étudier de possibles contributions d'une nouvelle physique."
Ce nouveau résultat confirme en effet l'une des principales prédictions de la théorie électrofaible, à savoir que les particules porteuses de force, également appelées bosons de jauge (le boson W, le boson Z et le photon), en plus d'interagir avec les particules ordinaires de la matière, interagissent également les unes avec les autres. Les collisions de protons offriront un nouveau moyen de mettre à l'épreuve le Modèle standard et d'explorer une nouvelle physique, afin de mieux comprendre notre Univers.
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traduction google
RÉSUMÉ
HUBBLE DÉTECTE UN MATÉRIAU DENSE ET CHAUFFÉ SE DÉPLAÇANT DANS L'ATMOSPHÈRE DE L'ÉTOILE
L'étoile supergéante vieillissante et rouge vif Bételgeuse a captivé les observateurs du ciel depuis l'Antiquité. L'ancien astronome Ptolémée fut l'un des premiers à noter la couleur rouge de l'étoile monstre. C'est l'une des étoiles les plus brillantes du ciel nocturne et semble encore plus lumineuse car elle est si proche de la Terre, à seulement 725 années-lumière.
Mais l'étoile change également périodiquement de luminosité, ce qui a été noté pour la première fois dans les années 1830 par l'astronome britannique John Herschel. Les astronomes savent maintenant que l'étoile se dilate et se contracte, s'éclaircit et s'assombrit, sur un cycle de 420 jours.
Cependant, en octobre 2019, l'étoile s'est considérablement atténuée et a continué de s'affaiblir. À la mi-février 2020, l'étoile monstre avait perdu plus des deux tiers de son éclat.
Cette gradation soudaine a mystifié les astronomes, qui se sont précipités pour développer plusieurs théories pour le changement brusque. Les observations ultraviolettes du télescope spatial Hubble suggèrent que la gradation inattendue a probablement été causée par une immense quantité de matériau superhot éjecté dans l'espace. Le matériau s'est refroidi et a formé un nuage de poussière qui a bloqué la lumière des étoiles provenant d'environ un quart de la surface de Bételgeuse.
Hubble a capturé des signes de matière dense et chauffée se déplaçant dans l'atmosphère de l'étoile en septembre, octobre et novembre 2019. Puis, en décembre, plusieurs télescopes au sol ont observé l'étoile diminuant de luminosité dans son hémisphère sud.
L'étoile géante est destinée à mettre fin à sa vie dans une explosion de supernova. Certains astronomes pensent que la gradation soudaine peut être un événement pré-supernova. Bételgeuse réside à Orion, l'une des constellations les plus reconnaissables du ciel. L'étoile mammouth marque l'épaule droite du chasseur.
Les observations du télescope spatial Hubble de la NASA montrent que la gradation inattendue de l'étoile super géante Bételgeuse était très probablement causée par une immense quantité de matière chaude éjectée dans l'espace, formant un nuage de poussière qui bloquait la lumière des étoiles provenant de la surface de Bételgeuse.
Les chercheurs de Hubble suggèrent que le nuage de poussière s'est formé lorsque le plasma super chaud libéré par une remontée d'une grande cellule de convection à la surface de l'étoile a traversé l'atmosphère chaude vers les couches externes plus froides, où il s'est refroidi et a formé des grains de poussière. Le nuage de poussière résultant a bloqué la lumière d'environ un quart de la surface de l'étoile, à partir de la fin de 2019. En avril 2020, l'étoile est revenue à sa luminosité normale.
Bételgeuse est une étoile supergéante rouge vieillissante qui a gonflé de taille en raison de changements complexes et évolutifs dans son four de fusion nucléaire au cœur. L'étoile est si énorme maintenant que si elle remplaçait le Soleil au centre de notre système solaire, sa surface extérieure s'étendrait au-delà de l'orbite de Jupiter.
Le phénomène sans précédent de la grande gradation de Bételgeuse, éventuellement perceptible même à l'œil nu, a commencé en octobre 2019. À la mi-février 2020, l'étoile monstre avait perdu plus des deux tiers de son éclat.
Cette gradation soudaine a mystifié les astronomes, qui se sont précipités pour développer plusieurs théories pour le changement brusque. Une idée était qu'une "tache étoilée" énorme, fraîche et sombre recouvrait une large zone de la surface visible. Mais les observations de Hubble, dirigées par Andrea Dupree, directeur associé du Centre d'astrophysique | Harvard & Smithsonian (CfA), Cambridge, Massachusetts, suggèrent un nuage de poussière recouvrant une partie de l'étoile.
Plusieurs mois d'observations spectroscopiques de la lumière ultraviolette de Hubble sur Bételgeuse, à partir de janvier 2019, donnent un calendrier menant à l'assombrissement. Ces observations fournissent de nouveaux indices importants sur le mécanisme derrière la gradation.
Hubble a capturé des signes de matière dense et chauffée se déplaçant dans l'atmosphère de l'étoile en septembre, octobre et novembre 2019. Puis, en décembre, plusieurs télescopes au sol ont observé l'étoile diminuant de luminosité dans son hémisphère sud.
«Avec Hubble, nous voyons le matériau alors qu'il quittait la surface visible de l'étoile et se déplaçait à travers l'atmosphère, avant que la poussière ne se forme qui a fait que l'étoile semble s'assombrir», a déclaré Dupree. «Nous avons pu voir l'effet d'une région dense et chaude dans la partie sud-est de l'étoile se déplaçant vers l'extérieur.
"Ce matériau était deux à quatre fois plus lumineux que la luminosité normale de l'étoile", a-t-elle poursuivi. "Et puis, environ un mois plus tard, la partie sud de Bételgeuse s'est obscurcie de façon visible alors que l'étoile s'estompait. Nous pensons qu'il est possible qu'un nuage sombre résulte de l'écoulement détecté par Hubble. Seul Hubble nous donne cette preuve qui a conduit à la atténuation."
L'équipe de papier apparaîtra en ligne le 13 août dans l'Astrophysical Journal .
Les étoiles supergéantes massives comme Bételgeuse sont importantes car elles expulsent des éléments lourds tels que le carbone dans l'espace qui deviennent les éléments constitutifs des nouvelles générations d'étoiles. Le carbone est également un ingrédient de base de la vie telle que nous la connaissons.
Tracer une explosion traumatique
L'équipe de Dupree a commencé à utiliser Hubble au début de l'année dernière pour analyser l'étoile géante. Leurs observations font partie d'une étude Hubble de trois ans visant à surveiller les variations de l'atmosphère extérieure de l'étoile. Bételgeuse est une étoile variable qui se dilate et se contracte, s'éclaircit et s'assombrit, sur un cycle de 420 jours.
La sensibilité à la lumière ultraviolette de Hubble a permis aux chercheurs de sonder les couches au-dessus de la surface de l'étoile, qui sont si chaudes - plus de 20000 degrés Fahrenheit - qu'elles ne peuvent pas être détectées aux longueurs d'onde visibles. Ces couches sont chauffées en partie par les cellules de convection turbulentes de l'étoile qui remontent à la surface.
Les spectres Hubble, pris au début et à la fin de 2019 et en 2020, ont sondé l'atmosphère extérieure de l'étoile en mesurant les raies de magnésium II (magnésium ionisé individuellement). De septembre à novembre 2019, les chercheurs ont mesuré des matériaux se déplaçant à environ 200000 miles par heure passant de la surface de l'étoile à son atmosphère extérieure.
Cette matière chaude et dense a continué à voyager au-delà de la surface visible de Bételgeuse, atteignant des millions de kilomètres de l'étoile bouillonnante. À cette distance, le matériau s'est suffisamment refroidi pour former de la poussière, ont déclaré les chercheurs.
Cette interprétation est cohérente avec les observations de la lumière ultraviolette de Hubble en février 2020, qui ont montré que le comportement de l'atmosphère extérieure de l'étoile était revenu à la normale, même si les images en lumière visible montraient qu'elle diminuait toujours.
Bien que Dupree ne connaisse pas la cause de l'explosion, elle pense que cela a été aidé par le cycle de pulsation de l'étoile, qui s'est poursuivi normalement tout au long de l'événement, tel qu'enregistré par des observations en lumière visible. Le co-auteur de l'article, Klaus Strassmeier, du Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam, a utilisé le télescope automatisé de l'institut appelé STELLar Activity (STELLA), pour mesurer les changements de vitesse du gaz à la surface de l'étoile à mesure qu'il montait et descendait pendant la pulsation. cycle. L'étoile était en expansion dans son cycle en même temps que la remontée de la cellule convective. L'ondulation de la pulsation vers l'extérieur de Bételgeuse a peut-être aidé à propulser le plasma sortant dans l'atmosphère.
Dupree estime qu'environ deux fois la quantité normale de matériel de l'hémisphère sud a été perdue au cours des trois mois de l'explosion. Bételgeuse, comme toutes les étoiles, perd tout le temps de la masse, dans ce cas à un rythme 30 millions de fois plus élevé que le Soleil.
Bételgeuse est si proche de la Terre et si grande que Hubble a été en mesure de résoudre les caractéristiques de la surface - ce qui en fait la seule étoile de ce type, à l'exception de notre Soleil, où les détails de la surface peuvent être vus.
Les images Hubble prises par Dupree en 1995 ont d'abord révélé une surface marbrée contenant des cellules de convection massives qui rétrécissent et gonflent, ce qui les fait s'assombrir et s'éclaircir.
Un précurseur de supernova?
La supergéante rouge est destinée à mettre fin à sa vie dans une explosion de supernova. Certains astronomes pensent que la gradation soudaine peut être un événement pré-supernova. L'étoile est relativement proche, à environ 725 années-lumière, ce qui signifie que la gradation se serait produite vers l'an 1300. Mais sa lumière atteint juste la Terre maintenant.
"Personne ne sait ce qu'une étoile fait juste avant qu'elle ne devienne supernova, parce qu'elle n'a jamais été observée", a expliqué Dupree. "Les astronomes ont échantillonné des étoiles peut-être un an avant qu'elles ne deviennent supernova, mais pas quelques jours ou semaines avant que cela ne se produise. Mais les chances que l'étoile devienne supernova de si tôt est assez petite."
Dupree aura une autre chance d'observer l'étoile avec Hubble fin août ou début septembre. En ce moment, Bételgeuse est dans le ciel de jour, trop près du Soleil pour les observations de Hubble. Mais l' observatoire des relevés solaires de la NASA (STEREO) a pris des images de l'étoile monstre depuis son emplacement dans l'espace. Ces observations montrent que Bételgeuse s'est à nouveau atténuée de la mi-mai à la mi-juillet, mais pas aussi dramatiquement qu'au début de l'année.
Dupree espère utiliser STEREO pour d'autres observations de suivi afin de surveiller la luminosité de Bételgeuse. Son plan est d'observer à nouveau Betelgeuse l'année prochaine avec STEREO lorsque l'étoile s'est à nouveau étendue vers l'extérieur dans son cycle pour voir si elle déclenche une autre explosion pétulante.
CRÉDITS:
Oeuvre d'art: NASA , ESA et E. Wheatley ( STScI )
Science: A. Dupree (CfA)
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