Observer les quasars à travers le Soleil !
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Malcolm Fairbairn, un physicien du CERN, vient de proposer d’observer la lumière en provenance des quasars… à travers le Soleil ! Ni lui ni ses collègues Russe et Allemand n’ont perdu la tête en publiant un article dans lequel ils étudient la possibilité de détecter des rayons gamma, très énergétiques, à travers le Soleil avec l’aide du satellite GLAST. Notre étoile pourrait en effet être transparente pour ce type de rayonnement, si l’hypothétique particule proposée par le Prix Nobel Franck Wilczek, l'axion, fait bien partie du zoo des particules élémentaires.
L'effet Primakoff de conversion d'un photon en pion dans le champ électromagnétique d'un noyau suivie de la désintégration du pion neutre en deux photons. Un processus similaire existe avec le même nom et où l'axion remplace le pion (Crédit : David Lawrence).
Rappelons que l’axion est une particule très légère, se couplant faiblement avec la matière, qui a été proposée dans les années 70 pour résoudre certains problèmes phénoménologiques dans la théorie des interactions fortes, la QCD. C’est un bon candidat au titre de composante importante de la matière noire, mais ses implications dans les domaines des astroparticules sont aussi nombreuses. Les scientifiques sont partis à sa chasse depuis longtemps déjà et notre Soleil lui-même devrait en produire de façon importante.
Lorsqu’un champ magnétique est suffisamment fort, un photon assez énergétique peut être converti en axion et inversement. Une idée proposée pour les produire et les détecter est d’envoyer un rayon laser dans une zone où règne un fort champ magnétique juste devant un mur. Une partie des photons se changerait alors en axions qui, du fait de leur faible couplage avec la matière, traverseront le mur sans aucun problème pour pénétrer juste après dans une seconde région possédant, elle aussi, un champ magnétique intense. Un processus de conversion inverse se produirait et le laser éclairerait donc une zone située derrière le mur !
Plus généralement, un faisceau laser passant dans un champ magnétique verrait certaines de ses caractéristiques altérées. Ainsi, dans le cadre de l’expérience PVLAS en Italie, une modification de la polarisation des photons émis par une source laser a été détectée. Cette expérience est en accord avec les prédictions donnant une certaine constante de couplage de l’axion avec le champ électromagnétique. Le problème est que, si l’on admet bien l’existence de cette particule avec ce couplage, on entre en conflit avec les données sur la matière noire. Si cette dernière était vraiment composée de cette particule, elle se couplerait avec la matière ordinaire beaucoup plus fortement que ce qui est observé. Pire, le télescope à axions CAST, du CERN, aurait dû détecter ceux en provenance du Soleil depuis longtemps !
Le principe de l’expérience est le même que celui indiqué précédemment. Il y a 15 ans, à Brookhaven, le physicien Pierre Sikivie avait déjà proposé d’utiliser l’effet Primakoff de conversion des photons en axions, par diffusion dans le champ magnétique du plasma solaire, en sens inverse. Dans le cadre d’une expérience terrestre utilisant le champ magnétique produit par un électro-aimant puissant, des photons X seraient produits à partir des axions solaires. Rien n’a été observé par CAST, en contradiction avec le taux de conversion prédit à partir des données de PVLAS. Donc, une des expériences est probablement fausse dans l’hypothèse où les axions soient bien une réalité.
Un moyen de trancher est alors d’observer les photons gamma très énergétiques en provenance d’un quasar situé à 4 milliards d’années-lumière du Soleil, 3C279. En pénétrant à l’intérieur du Soleil ces photons seront convertis en partie en axions qui pourront traverser notre étoile et se retransformer en photons gamma à sa sortie. Lors de l’occultation de ce quasar par le Soleil, quelques photons gamma, que le Soleil produit rarement de façon énergétique, pourront alors être détectés par le satellite GLAST qui sera bientôt lancé.
Malcolm Fairbairn a déjà effectué ce test à partir des données concernant 3C279 enregistrées en 1991 par EGRET. Malheureusement, celles-ci sont trop pauvres pour aboutir à une conclusion dans un sens ou un autre. Le prochain alignement entre la Terre, le Soleil et 3C279 est prévu pour Octobre 2007.
GLAST sera encore au sol mais les télescopes à rayons gamma en orbite seront peut être suffisamment sensibles pour aboutir à une conclusion ferme. A moins que l’expérience ALPS, du laboratoire DESY à Hambourg et conçue pour vérifier PVLAS, ne tranche déjà la question pendant cet été !
Images de galaxies avec un quasar en leur centre.
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