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Une ceinture d'antiprotons autour de la Terre ?

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Les calculs décrivant le flux de rayons cosmiques entrant en collision avec les noyaux de la haute atmosphère prédisent que des antiprotons doivent s'accumuler dans certaines parties de la ceinture de Van Allen. Les observations du satellite russe équipé de l'expérience Pamela le confirment.

Cartographie du flux de protons perçu par les CCD de Corot derrière blindage. La trajectoire du satellite est représentée en jaune. On y voit les huit passages par l’anomalie magnétique de l'Atlantique sud. Les couleurs indiquent une intensité de radiations croissante du bleu au rouge. © Cnes

La découverte de la ceinture de Van Allen s'est faite en 1958 grâce aux instruments du satellite Explorer 1. Cette ceinture de radiation est célèbre et l'on doit en tenir compte lorsque l'on construit des satellites, notamment parce qu'elle contient des électrons tueurs. Une région particulière de la magnétosphère associée à la ceinture de Van Allen fait l'objet de l'attention des géophysiciens depuis longtemps. Il s'agit de l'anomalie magnétique de l'Atlantique sud, Amas, SAA en anglais (South Atlantic Anomaly) qui est la partie interne de la ceinture de Van Allen la plus proche de la surface de la Terre.

Les lobes de la ceinture de Van Allen sont disposés symétriquement par rapport à l'axe du magnétisme terrestre, qui est décalé d'environ 11° par rapport à l'axe de rotation de la Terre. Comme cet axe magnétique est décalé d'environ 450 km par rapport à l'axe de rotation, la ceinture de Van Allen est plus proche de la Terre au niveau de la partie sud de l'Atlantique, et plus éloignée dans la partie nord du Pacifique.

Il en résulte que pour une altitude donnée, le niveau de radiations en provenance de l'espace est plus élevé dans cette région qu'en d'autres points du globe, ce qui perturbe fortement les instruments des satellites passant régulièrement dans l'Amas. Ainsi, le télescope spatial Hubble cesse ses observations lorsqu'il y pénètre et il faut tenir compte d'un signal parasite dans les capteurs CCD de Corot lorsqu'il fait de même.

Il y a plus grave lorsqu'il s'agit de vols habités, le niveau de radiations est dangereux. Ceci explique pourquoi la Station spatiale internationale a été équipée d'un blindage particulier pour supporter ces radiations.

James Alfred Van Allen (7 septembre 1914 - 9 août 2006) est un physicien et astronome américain qui étudia les propriétés de la magnétosphère terrestre. © Nasa

Les instruments du Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics (Pamela) sont en orbite à bord d'un satellite russe, de type Resurs-DK1. C'est une version modifiée du satellite de reconnaissance militaire Yantar-4KS1. DK est l'acronyme de Dmitry Kozlov, concepteur en chef du premier satellite de la classe Yantar-2K et Resurs signifie « ressources » en russe.

Des antiprotons piégés par les champs magnétiques

Tout comme RadioAstron, Pamela permet une collaboration internationale entre chercheurs et ses buts sont multiples. Le principal est sans doute de tenter de découvrir la nature exacte de la matière noire mais l'espoir est aussi celui d'une meilleure compréhension de la ceinture de Van Allen.

Un groupe de chercheurs russes et italiens vient d'annoncer dans un article sur Arxiv(voir le lien ci-dessous) que les observations de Pamela au niveau de l'Amas accréditent bel et bien l'idée qu'une véritable ceinture d'antimatière existe autour de la Terre.

Cette ceinture est composée d'antiprotons dont on vient de montrer récemment qu'ils avaient une masse identique à celle des protons, à la précision des mesures actuelles, en accord avec la relativité restreinte jointe aux lois de la mécanique quantique.

Sur une période de 850 jours, entre juillet 2006 et décembre 2008, les capteurs embarqués par Pamela ont détecté 28 antiprotons, ce qui est environ trois fois plus que ce qui serait trouvé à partir d'un échantillon aléatoire du vent solaire. On est donc en présence de la source la plus abondante d'antiprotons jamais vue près de la Terre. Elle s'explique par la création de paires de proton-antiproton lors des chocs des particules cosmiques avec les noyaux des couches supérieures de l'atmosphère.