{"id":5386,"date":"2023-09-29T14:10:00","date_gmt":"2023-09-29T12:10:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.ganil-spiral2.eu\/?p=5386"},"modified":"2023-10-02T14:17:10","modified_gmt":"2023-10-02T12:17:10","slug":"le-ganil-sur-la-piste-du-sodium-22-pour-mieux-comprendre-les-novae","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.ganil-spiral2.eu\/fr\/2023\/09\/29\/le-ganil-sur-la-piste-du-sodium-22-pour-mieux-comprendre-les-novae\/","title":{"rendered":"Le GANIL sur la piste du Sodium 22 pour mieux comprendre les novae"},"content":{"rendered":"\n

A l’aide d’un montage exp\u00e9rimental innovant, une \u00e9quipe de physiciens nucl\u00e9aires du GANIL a pu scruter avec une pr\u00e9cision in\u00e9dite le processus de disparition du Na 22, un isotope radioactif du sodium. Cet isotope, que les scientifiques esp\u00e8rent d\u00e9tecter dans la d\u00e9flagration des nov\u00e6, pourrait jouer un r\u00f4le cl\u00e9 dans la validation des th\u00e9ories expliquant le d\u00e9roulement de ces colossales d\u00e9tonations.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

A Caen, dans le Grand acc\u00e9l\u00e9rateur national d\u2019ions lourds (GANIL) s\u2019est produit un \u00e9v\u00e8nement qui n\u2019arrive que quelques dizaines de fois par an dans notre Galaxie. Au c\u0153ur de cette installation \u00e0 la pointe de la recherche en physique nucl\u00e9aire, une \u00e9quipe de scientifiques a reproduit \u00e0 des \u00e9chelles microscopiques une \u00e9tape de l\u2019un des \u00e9v\u00e8nements les plus violents du Cosmos : les novae.<\/p>\n\n\n\n

Un ph\u00e9nom\u00e8ne explosif tr\u00e8s rare dans notre Univers proche<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Comme les supernovae, les novae sont des explosions d\u2019\u00e9toiles et font partie, \u00e0 ce titre, des \u00e9v\u00e8nements les plus violents de l\u2019Univers. Cependant contrairement aux premi\u00e8res qui explosent compl\u00e8tement lors d\u2019un effondrement gravitationel, les novae n\u2019explosent que superficiellement. En effet, seule leur surface d\u00e9tone et elles nous apparaissent dans le ciel comme une nouvelle \u00e9toile, d\u2019o\u00f9 l\u2019origine de leur nom \u00ab nova \u00bb. L\u2019explication, qui fait consensus aujourd\u2019hui, met en jeu un processus d\u2019\u00e9change de mati\u00e8re au sein de couples d\u2019\u00e9toiles.  L\u2019un des deux astres accumulerait progressivement une couche superficielle de plus en plus importante \u00e0 mesure qu\u2019il pi\u00e9gerait la mati\u00e8re de son compagnon. Pass\u00e9 une certaine masse critique, la pression deviendrait si forte qu\u2019elle finirait par d\u00e9clencher des r\u00e9actions de fusion nucl\u00e9aire et s\u2019embraser en une gigantesque explosion thermonucl\u00e9aire. Mais \u00e0 quel point ce mod\u00e8le est-il valide ?<\/p>\n\n\n\n

\"Vue
Vue d’artiste d’une nova. Selon les mod\u00e8les, ce ph\u00e9nom\u00e8ne se produit dans des couples d’\u00e9toiles. L’une des deux arrachant de la mati\u00e8re \u00e0 son compagnon, jusqu’\u00e0 l’explosion. Le ph\u00e9nom\u00e8ne engendrerait alors de nombreuses r\u00e9actions nucl\u00e9aires qu’il est possible de reconstituer et d’\u00e9tudier en laboratoire. Cr\u00e9dit image : Michel Deconinck<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Faute de pouvoir filmer l\u2019\u00e9v\u00e9nement en d\u00e9tails, tant il est lointain et rare, tels des inspecteurs, les scientifiques vont s\u2019int\u00e9resser aux d\u00e9bris de l\u2019explosion. Et c\u2019est l\u00e0 que la physique nucl\u00e9aire entre dans la danse. Durant le cataclysme, de nombreuses r\u00e9actions nucl\u00e9aires se produisent, donnant naissance \u00e0 des kyrielles de nouveaux noyaux, qui sont autant de signatures des conditions qui ont r\u00e9gn\u00e9 dans la nova. Selon le mod\u00e8le actuel, certaines de ces traces atomiques devraient \u00eatre abondamment produites, tandis que d’autres pourraient \u00eatre absentes. L’analyse de ces signatures est donc un bon moyen de tester la solidit\u00e9 du sc\u00e9nario propos\u00e9 par les physiciens. En somme, l’\u00e9tude des noyaux form\u00e9s lors de ces explosions pourrait confirmer ou remettre en question notre compr\u00e9hension actuelle des novae.<\/p>\n\n\n\n

Le sodium 22 pour sonder les m\u00e9canismes nucl\u00e9aires des novae<\/strong><\/p>\n\n\n\n

L\u2019une des traces explor\u00e9es par les physiciens, pour mener cette enqu\u00eate, est le sodium 22 (22Na), un isotope radioactif du sodium. Sa radioactivit\u00e9 s\u2019accompagne d\u2019un rayonnement gamma tr\u00e8s caract\u00e9ristique qui a l\u2019avantage d\u2019\u00eatre facilement discernable par certains t\u00e9lescopes spatiaux. En somme, la formation et la disparition du sodium 22 sera scrut\u00e9e avec une attention toute particuli\u00e8re le jour o\u00f9 une nova explosera dans notre zone galactique, mais d\u2019ici l\u00e0, il est n\u00e9cessaire de d\u00e9crire avec pr\u00e9cision en laboratoire les m\u00e9canismes de sa formation, pour faire le lien entre l\u2019intensit\u00e9 observ\u00e9e et les m\u00e9canismes nucl\u00e9aires \u00e0 l\u2019oeuvre. C\u2019est \u00e0 ce travail que s\u2019est attel\u00e9e l\u2019\u00e9quipe du GANIL.<\/p>\n\n\n\n

Plus pr\u00e9cis\u00e9ment, les chercheurs se sont int\u00e9ress\u00e9s au magn\u00e9sium 23, un \u00e9l\u00e9ment qui se forme lorsque le sodium 22 absorbe un proton. Au cours de cette transition, le magn\u00e9sium 23 adopte un \u00e9tat excit\u00e9 qui peut alors \u00e9voluer dans deux directions. Soit il se d\u00e9sexcite par la perte d\u2019un proton et reforme du 22 Na, soit il le fait en \u00e9mettant un rayon gamma sans possibilit\u00e9 de redonner naissance \u00e0 du 22 Na. La dur\u00e9e de vie de l\u2019\u00e9tat excit\u00e9 du 23 Mg permet donc d\u2019avoir acc\u00e8s \u00e0 la vitesse de la disparition du 22 Na dans la nova.<\/p>\n\n\n\n

\"D\u00e9tecteur
Le d\u00e9tecteur AGATA, utilis\u00e9 lors de l’exp\u00e9rience, capte le rayonnement gamma \u00e9mis par les noyaux de 23Mg lors de leur transition de l’\u00e9tat excit\u00e9 vers un \u00e9tat stable. L’analyse fine des traces laiss\u00e9es dans les cristaux de germanium du d\u00e9tecteur permettent de remonter aux caract\u00e9ristiques fondamentales du noyau \u00e9metteur. Cr\u00e9dit image : Emmanuel Cl\u00e9ment GANIL<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

\u00c0 la mani\u00e8re de ce qui se produit dans les novae, les physiciens ont bombard\u00e9 une cible d\u2019h\u00e9lium 3 (3He) avec un faisceau de noyaux de magn\u00e9sium 24 (24 Mg) pour produire de l\u2019h\u00e9lium 4 et du 23Mg excit\u00e9 dont ils ont guett\u00e9 la d\u00e9sexcitation. Cette derni\u00e8re se traduit par l\u2019\u00e9mission de rayons gamma ou de protons \u00e0 des angles et \u00e9nergies bien connus. Les physiciens ont utilis\u00e9 l\u2019instrument AGATA afin d\u2019\u00e9tudier les \u00e9missions gamma et le spectrom\u00e8tre magn\u00e9tique VAMOS++ pour suivre les particules d\u2019h\u00e9lium 4. Ils ont pu ainsi remonter jusqu\u2019\u00e0 une estimation tr\u00e8s pr\u00e9cise de la dur\u00e9e de l\u2019\u00e9tat excit\u00e9 du Mg 23, et donc de sa capacit\u00e9 \u00e0 consommer le 22Na.<\/p>\n\n\n\n

Par sa qualit\u00e9, cette mesure valide sans ambigu\u00eft\u00e9 les pr\u00e9c\u00e9dentes \u00e9tudes r\u00e9alis\u00e9es par d’autres \u00e9quipes, et confirme l’\u00e9cart trouv\u00e9 avec les pr\u00e9dictions des mod\u00e8les. Mais les scientifiques sont all\u00e9s plus loin encore. Ils ont \u00e9galement d\u00e9montr\u00e9 que cette tension entre exp\u00e9rience et mod\u00e8le n’\u00e9tait sans doute qu’un artefact d\u00fb \u00e0 l’impr\u00e9cision des mod\u00e8les pour ces r\u00e9actions. Ce doute maintenant lev\u00e9, il ne reste plus qu’\u00e0 attendre qu’une nova vienne s’embraser dans la proche banlieue de notre syst\u00e8me solaire. L’\u00e9v\u00e9nement n’a qu’une faible probabilit\u00e9 de se produire, mais les physiciens seront pr\u00eats. Ils pourront alors compter sur le t\u00e9lescope spatial en cours de construction, COSI, et peut-\u00eatre un jour sur ASTROGAM, qui seront \u00e9quip\u00e9s pour d\u00e9tecter ce fameux signal du sodium 22.<\/p>\n\n\n\n

\"Aire
Les rayons de d\u00e9tection des futurs t\u00e9lescopes spatiaux ASTROGAM et COSI seront beaucoup plus \u00e9tendus que leurs pr\u00e9d\u00e9cesseurs. Avec un peu de chance, une nova se produira suffisamment proche de la Terre pour \u00eatre observ\u00e9e par ces instruments. Ce sera alors l’occasion pour les physiciens de tester leurs mod\u00e8les en observant l’\u00e9volution du sodium 22.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

En savoir plus :<\/h3>\n\n\n\n