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Étudier les supernovae… 2000 mètres sous terre

Le détecteur de neutrinos SNO+

Le détecteur de neutrinos SNO+ est situé deux kilomètres sous terre à Sudbury.

Photo : SNOLAB

Radio-Canada
Prenez note que cet article publié en 2017 pourrait contenir des informations qui ne sont plus à jour.

À des dizaines d'années-lumière du système solaire, une étoile meurt dans une imposante explosion lumineuse. C'est une supernova, l'objet d'étude du physicien Clarence Virtue, de l'Université Laurentienne, dans le Nord de l'Ontario, qui tente de comprendre ce phénomène stellaire plus de deux kilomètres sous la surface du sol.

Un texte de Miriane Demers-Lemay

« Étudier les supernovae permet de répondre à plusieurs questions sur l’Univers », affirme le physicien de l'Université Laurentienne, à Sudbury, Clarence Virtue, qui étudie ce phénomène depuis 20 ans.

Une supernova crée et disperse les éléments lourds dans l’Univers.

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Photo : Institut Weizmann/Ofer Yaron

Parmi ces éléments se trouvent entre autres la silice, le sodium, le potassium, le calcium et le fer.

Ces éléments ont été intégrés à la formation d’autres étoiles et de planètes. Ils ont permis l’apparition de la vie sur Terre, ajoute le chercheur.

La nébuleuse du Crabe, dans notre galaxie, est constituée de la matière éjectée lors d'une supernova.
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La nébuleuse du Crabe, dans notre galaxie, est constituée de la matière éjectée lors d'une supernova.

Photo : Reuters / NASA

Une supernova peut être aussi brillante qu’une galaxie pendant des mois, explique le chercheur.

Et pourtant, cette lumière constitue moins de 1 % de l’énergie libérée par l’explosion.

Plus de 99 % de l’énergie est libérée dans les 10 premières secondes de l’explosion, sous forme de neutrinos.

« La lumière nous permet d'étudier ce qui se passe à la surface de la supernova. Les neutrinos nous permettent de comprendre ce qui se passe à l’intérieur. »

— Une citation de  Clarence Virtue, physicien à l'Université Laurentienne
Le physicien Clarence Virtue dans le laboratoire souterrain du SNOLAB, devant le détecteur de neutrinos HALO
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Le physicien Clarence Virtue dans le laboratoire souterrain du SNOLAB, devant le détecteur de neutrinos HALO.

Photo : SNOLAB

Les neutrinos, ces messagers de l’espace

Les neutrinos sont des particules infiniment légères et sans charge électrique. Ils n’interagissent pratiquement pas avec la matière, contrairement à la lumière et à d'autres rayons cosmiques.

Cela signifie que les neutrinos traversent pratiquement tous les obstacles célestes sur leur passage sans être altérés.

« Le Soleil émet 100 milliards de neutrinos par centimètre carré par seconde. Tous ces neutrinos traversent notre corps sans s’arrêter », explique M. Virtue.

Grâce à cette propriété, les neutrinos arrivent pratiquement intacts de leur voyage cosmique à la surface de la Terre.

Ils constituent donc d’excellentes sources d’information pour décoder l’Univers.

Un scientifique travaille à l'intérieur du détecteur de neutrinos SNO+, dans le Grand Sudbury.
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Un scientifique travaille à l'intérieur du détecteur de neutrinos SNO+ du Grand Sudbury.

Photo : SNOLAb

Mais ces mêmes propriétés rendent ces particules incroyablement difficiles à détecter.

La Terre est aussi assaillie de particules et de rayons cosmiques qui créent un « bruit de fond », qui couvre les faibles signaux émis par les neutrinos.

Étudier les neutrinos implique donc de travailler avec des détecteurs très puissants situés sous terre.

Étudier le ciel sous la terre

Deux de ces détecteurs souterrains de neutrinos sont situés dans l’Observatoire de neutrinos de Sudbury, le SNOLAB, dans le Nord de l’Ontario.

Deux kilomètres de roche bloquent ainsi la majeur partiee du « bruit de fond », facilitant le captage des neutrinos d’éventuelles supernovae.

Le SNO+ est une grosse sphère de 12 mètres de diamètre remplie d’eau pure, laquelle sera bientôt remplacée par un autre liquide plus sensible aux neutrinos, selon M. Virtue.

Le détecteur de neutrinos SNO+ pourrait détecter les neutrinos d'une supernova dans notre galaxie.
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Le détecteur de neutrinos SNO+ pourrait détecter les neutrinos d'une supernova dans notre galaxie.

Photo : SNOLAB

Le HALO (Helium and Lead Observatory) est constitué de 80 tonnes de plomb.

« Ces détecteurs permettent de recueillir des informations comme l’intensité, l’énergie et le type de neutrinos provenant des supernovae », précise le physicien.

Des scientifiques lors de la construction du détecteur de neutrinos HALO de l'Observatoire de neutrinos (SNOLAB) de Sudbury
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Des scientifiques lors de la construction du détecteur de neutrinos HALO de l'Observatoire de neutrinos (SNOLAb) de Sudbury.

Photo : SNOLAB

« Ces informations pourraient nous permettre de valider des modèles sur le processus de création des supernovae », ajoute-t-il.

Si ces détecteurs sont à la fine pointe de la technologie, ils ne sont toutefois pas assez puissants pour détecter les supernovae lointaines. Or, les supernovae ont lieu environ trois fois chaque siècle dans notre galaxie.

La dernière d'entre elles a eu lieu il y a 30 ans, selon le chercheur.

C’est également cette supernova, nommée 1987-A, qui a permis de détecter pour la première fois des neutrinos provenant d’une supernova. La prochaine pourrait aussi bien avoir lieu demain que dans 40 ans.

« C’est le rêve, d’observer une nouvelle supernova. »

— Une citation de  Clarence Virtue, physicien à l'Université Laurentienne
Le détecteur de neutrinos SNO+ permettra de recueillir de précieuses informations sur les supernovae lors du prochain phénomène dans notre galaxie.
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Le détecteur de neutrinos SNO+ permettra de recueillir de précieuses informations sur les supernovae lors du prochain phénomène dans notre galaxie.

Photo : SNOLAB

En attendant, Clarence Virtue collabore à la construction de détecteurs de neutrinos plus grands et plus performants.

Le prochain projet en lice consiste en la construction d'un détecteur de plus de 1000 tonnes de plomb en Italie.

« C’est fascinant, la quantité d’informations qu’on a réussi à tirer de la dernière supernova au cours des dernières années », dit-il avec satisfaction.

Pour exercer ce métier, il faut néanmoins être « astronomiquement » patient.

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