Le sol lunaire, c'est-à-dire le régolite, vu de près. Crédit : Nasa

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Y a-t-il des fragments d'étoiles à neutrons dans le sol lunaire ?

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La matière dite étrange, un état hypothétique, se trouverait à l'intérieur des étoiles à neutrons ou sous forme de « pépites de quarks », créées au tout début de l'histoire de l'Univers. Une telle matière pourrait aussi être piégée dans le sol lunaire. Mais des recherches récentes, à l'aide d'un spectromètre de masse restent pour l'instant négatives.

Nous venons juste de célébrer les 40 ans du premier alunissage d'êtres humains sur la Lune. Le programme Apollo a été une mine scientifique à l'origine d'une meilleure compréhension de l'origine du système solaire mais le filon des découvertes est encore loin d'être épuisé. Déjà, au début des années 1970, Hubert Reeves et Johannes Geiss s'étaient servi d'une feuille d'aluminium emportée par une mission Apollo pour piéger des noyaux d'hélium 3 dans le vent solaire. Ramenée sur Terre, la feuille d'aluminium avec ses noyaux d'3He avait permis de mesurer indirectement l'abondance du deutérium cosmologique et ainsi d'en déduire la valeur de la densité de baryons dans l'Univers.

Le sol lunaire, formé de régolite, peut lui aussi piéger des particules et une équipe de physiciens de différentes universités, dont celle de Yale, du MIT aux Etats-Unis et de Aarhus au Danemark est partie à la chasse aux strangelets. Ces particules hypothétiques ont beaucoup fait parler d'elles il y a quelques années car on pensait que leur éventuelle production dans un collisionneur d'ions lourds risquait de détruire la Terre.

Il ne s'agit pas à proprement parler de particules mais plutôt d'amas de quarks formés d'un tiers de quarks u d'un autre de quarks d et enfin d'un dernier tiers de quarks étranges. Contrairement aux hadrons bien connus qui sont formés de 3 quarks pour les baryons et de deux quarks pour les mésons, les strangelets, tout en étant stables, pourraient comporter un très grand nombre de quarks.

Leur possible existence a été prédite en 1984 par l'un des extraterrestres de la physique théorique, Edward Witten, le grand théoricien des supercordes. Ce dernier pensait même que d'importantes quantités de strangelets pouvaient avoir été créées au tout début de l'histoire de l'Univers observable, lorsque celui-ci s'est refroidi suffisamment pour que le quagma se condense en hadrons. Le plasma de quarks-gluons n'aurait alors pas seulement laissé des gouttes de liquide hadronique sous forme de protons et de neutrons mais aussi des strangelets massives. Bien évidemment, Witten suggérait que la matière noire elle-même pouvait être constituée de ces strangelets.

Bombardement de matière étrange

Lorsqu'elles sont stables ces véritables pépites de quarks se présentent comme des noyaux lourds chargés positivement pouvant s'entourer d'électrons. Dans cet ensemble de quarks, cependant, aucun proton ou neutron n'est présent. Toutefois, ces strangelets apparaîtraient bel et bien, dans des détecteurs de particules ou à l'analyse avec un spectromètre de masse, comme des noyaux très lourds avec une faible charge électrique. Récemment, un prototype du détecteur AMS qui avait volé dans l'espace a même observé un candidat ressemblant à un noyau d'oxygène mais presque 4 fois plus lourd.

En effet, si ces objets étranges ont bien été formés lors du Big Bang, ils doivent se retrouver dans le flux de rayons cosmiques tombant sur Terre et donc sur la Lune.

L'Univers très primordial n'est pas la seule source possible de strangelets. On pense que de la matière étrange peut se former au cœur des étoiles à neutrons et même que de véritables étoiles étranges existent peut-être dans le cosmos. Or, des systèmes d'étoiles à neutrons ne sont pas rares dans la Galaxie et des collisions pourraient se produire, ce qui est d'ailleurs l'explication invoquée pour certains sursauts gamma. Des fragments de matière étrange seraient alors projetés dans le milieu interstellaire et se retrouveraient donc, là encore, dans le rayonnement cosmique traversant la Voie lactée.

On peut penser qu'un flux de strangelets bombarde la Lune et, comme sa surface constitue un environnement remarquablement stable et dépourvu d'atmosphère, il est permis d'imaginer que des milliards d'années d'exposition à un flux de strangelets ont enrichi le sol lunaire en matière étrange.

Le spectromètre de masse de l'université de Yale a donc été mis à contribution pour rechercher dans les échantillons de sol lunaire ramenés par les missions Apollo des stangelets de faibles masses.

Les résultats ont été doublements négatifs. Non seulement aucun strangelet n'a été détecté mais la nouvelle borne sur le flux de rayonnement cosmique les contenants peut-être rend désormais très peu crédible l'observation d'un candidat par le prototype d'AMS. Cela ne veut pas dire que les strangelets n'existent pas et les recherches vont se poursuivre à l'aide d'AMS quand il sera sur l'ISS.

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