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Communiqué de presse

Confirmation et réfutation de galaxies très lumineuses dans l’Univers primordial

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Au cours des 300 premiers millions d’années de l’histoire cosmique, les premières étoiles1 se sont formées, et elles ont commencé à ensemencer l’Univers en éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium2. Dans la quête des premières étoiles, des premiers éléments chimiques plus lourds que l’hélium, et des premiers grains de poussières apparus dans l’Univers, une équipe internationale comprenant des chercheurs du CNRS-INSU (voir encadré), confirme la grande abondance de galaxies lumineuses dans l’Univers primordial.  

Le JWST a découvert un grand nombre de candidates galaxies avec des « redsfhits » (z, qui mesure la distance, z) aussi grand que z = 16, estimés à partir de la photométrie multi-bande (redshift photométrique). Mais une mesure spectroscopique est nécessaire pour valider le redshift de ces sources. La mesure des redshifts avec des codes adaptés comme le code CIGALE3 qui peut combiner des données photométriques et spectroscopiques provenant du Hubble Space Telescope et du James Webb Space Telescope a permis de confirmer et parfois d’infirmer les redshifts photométriques. L’équipe de recherche présente des mesures sûres qui confirment les redshifts de deux galaxies à z > 11, mais démontre aussi qu’une autre candidate à z = 16 (250 millions d’années après le Big Bang) erroné se trouve en fait à z = 4,9 (1.2 milliard d’années).

Les analyses de galaxies candidates massives à z = 9 – 12 ont montré que leur abondance est plus élevée que celle prévue par les modèles de formation des galaxies. Cela pourrait indiquer que des hypothèses doivent être modifiés. Parmi ces hypothèses : la possibilité d’atténuation négligeable de la poussière, une efficacité accrue de conversion du gaz en étoiles, ou une distribution différente de la masse des étoiles à ces premières époques. En effet, le fait de détecter trop de galaxies massives implique que les modèles sous-estiment la formation stellaire dans ces galaxies. Cela pourrait indiquer des lacunes dans notre connaissance actuelle de la formation des galaxies, ou bien suggèrerait que les hypothèses dérivées de notre connaissance de l’Univers à plus bas redshift que nous connaissons mieux ne s’appliquerait pas à l’Univers primordial. Elle souligne aussi les risques scientifiques de tirer des conclusions avant de confirmer les décalages spectraux vers le rouge (redshifts) à partir de mesures spectroscopiques.

Source : https://www.insu.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/confirmation-et-refutation-de-galaxies-tres-lumineuses-dans-lunivers-primordial

1. Ces premières étoiles sont souvent appelées Population III, ce sont les toutes premières. Le Soleil s’est formé plus récemment. C’est une étoile Population I.
2. Ces éléments chimiques plus lourds que l’hydrogène et l’hélium sont appelés « Métaux » par les astronomes. Ils comprennent le carbone, l’oxygène, l’azote et d’autres éléments chimiques qui forment la Terre et sont nécessaires au développement de la vie.
3. CIGALE (http://cigale.lam.fr) a été développé au Laboratoire d’Astronomie de Marseille, et c’est l’un des codes d’analyse de l’émission des galaxies le plus rapide au monde (voir : Boquien et al. 2019, Astronomy & Astrophysics, 622, 103).

CNRS : les cinq lauréats 2023 de la médaille de la médiation scientifique

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La médiation scientifique vise à partager les connaissances scientifiques disponibles avec des non-spécialistes, dans les écoles, les lycées ou tout simplement avec les citoyens et citoyennes. Cette transmission des connaissances est une des missions du CNRS ; il était donc naturel de reconnaître et valoriser celles et ceux qui s’engagent dans cette démarche qui nécessite un investissement particulier. Pour Antoine Petit, président-directeur général du CNRS, « parler de science à un large public et expliquer la démarche scientifique doit permettre de donner à chacun les éléments pour se forger sa propre conviction éclairée, sur la base de ce que l’on sait, et de ce que l’on ne sait pas, ou pas encore. ». « La science n’est pas de la croyance mais un ensemble de connaissances acquises par une méthode rigoureuse et collective. Développer la médiation scientifique est aussi une action essentielle pour lutter contre les fake-news et toutes les formes d’obscurantismes. Je tiens à féliciter chaleureusement les lauréates et lauréats 2023 de la médaille de la médiation scientifique du CNRS. Ils sont les visages d’une science ouverte, intégrée et partagée que le CNRS et ses partenaires construisent au quotidien. »

Parmi les lauréats :

  • Wiebke Drenckhan : l’art comme support à la médiation scientifique
  • MATH en JEANS et la découverte de la recherche en mathématiques
  • Le climat et ses enjeux à la portée de toutes et tous
  • Criminocorpus : un musée virtuel et une revue sur l’histoire de la justice
  • David Louapre : quand la science étonne sur YouTube

Le climat et ses enjeux à la portée de toutes et tous

« En cette période où tout se vaut sur les réseaux sociaux, nous avons voulu redonner de la visibilité aux chercheurs, à leurs travaux et à leur parole », souligne Anne Brès, responsable de communication à l’Institut national des sciences de l’Univers du CNRS. Dans la bataille de l’information sur le climat, l’objectif est de faire remonter les pages scientifiques, longtemps diluées dans les résultats des moteurs de recherche par les trop nombreux contenus climatosceptiques. Pour cela, un collectif, coordonné par Anne Brès, a rassemblé le blogueur Bon Pote, ainsi qu’une vingtaine de climatologues pour rédiger des articles répondant à diverses fake news climatiques. Ces textes étaient également transformés, avec l’aide de l’illustratrice Claire Marc, en schémas illustrés. Ces sketchnotes ont depuis été publiés dans le livre « Tout savoir (ou presque) sur le climat », un des best-sellers de CNRS Éditions.

Claire Marc est issue du Master Médiation en Environnement et Communication Scientifique d’Aix-Marseille Université promo 2016 – 2018.

 

Source : https://www.cnrs.fr/fr/presse/cnrs-les-cinq-laureats-2023-de-la-medaille-de-la-mediation-scientifique

Repousser les limites !

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Pour repousser les limites de la connaissance, nos chercheurs se dépassent !

À travers l’exposition, « Chercher l’inconnu, découvrir l’extrême » l’Institut Pythéas vous invite à découvrir des terrains de recherche exceptionnels auxquels sont confrontés certains de ses scientifiques.
Ces environnements extrêmes nécessitent une préparation physique relativement intense… Alors, quels sont les contraintes et les enjeux de telles expéditions ?
Capsules audio imagées, photos et textes vous emmènent sur les traces de ces chercheuses et chercheurs « de l’extrême ».

Écoutez les podcasts romancés, issus de leurs interviews :

01. Expédition Sargasses. Sandrine Ruitton et Thierry Thibault sont enseignant-chercheurs AMU et exercent leurs activités de recherche au MIO.
02. Vincent Jomelli. Il est directeur de recherche CNRS au CEREGE.
03. Yannick Garcin. Il est chargé de recherche IRD au CEREGE.
04. Pierre Chevaldonné. Il est chercheur en biologie et écologie marine au CNRS.
05. Lars-Eric Heimbürger. Il est chargé de recherche CNRS au MIO.
06. Guilaine Lagache. Elle est enseignante-chercheuse AMU au LAM.
07. Jérôme Gattacceca. Il est directeur de recherche CNRS au CEREGE.

Le chlore 36, un nouvel outil pour l’évaluation de la dynamique du carbone des sols

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Le carbone organique du sol est un élément clé de la santé des sols du fait de son rôle sur leur structure, leur fertilité et sur l’atténuation des émissions anthropiques annuelles de CO2, le carbone organique du sol étant l’un des plus grands réservoirs de carbone terrestre que l’homme peut gérer.
Or un élément important pour évaluer la capacité du sol à stocker du carbone est son âge, qui peut être évalué par modélisation ou expérimentalement à l’aide d’isotopes du carbone. Mais les résultats obtenus pas les différentes méthodes ne sont pas cohérents et présentent même des différences très importantes. Par exemple la méthode bien connue qu’est la datation au carbon-14 fournit des âges du carbone des sols supérieurs d’un facteur 6 à 10 à ceux estimés par la modélisation et par l’utilisation des isotopes stables du carbone.

Une méthode totalement indépendante est donc nécessaire. Nous proposons une méthode alternative et indépendante basée sur la mesure du 36Cl dans les sols. Le 36Cl est un radionucléide produit naturellement dans l’atmosphère sous l’effet du rayonnement cosmique mais il est également produit de façon anthropique par l’industrie nucléaire. Sa production a augmenté de trois ordres de grandeur lors des essais de bombes nucléaires dans les années 50-70. Dans les sols, une partie du chlore, dont le 36Cl, est retenue par la matière organique du sol sous forme de molécules organochlorées.

Ainsi, nous montrons que l’arrivée massive de 36Cl dans les sols lors des essais nucléaires et son stockage dans les sols peuvent être utilisés afin d’évaluer l’âge du carbone organique des sols. En effet, nous avons mesurés les stocks de 36Cl retenus dans les différentes couches d’un sol forestier échantillonné dans l’une des stations du site atelier de l’Observatoire Pérenne de l’Environnement (OPE) en Meuse/Haute-Marne. Le Cl et 36Cl des sols ont été extrait par un protocole d’hydropyrolyse mis au point au CEREGE. Les mesures de Cl et de 36Cl ont été faites avec une grande précision à l’instrument national ASTER qui est un accélérateur spectromètre de masse.Ces données sont comparées aux flux entrants (pluie, végétation) et sortants (drainage) en 36Cl (Figure 1) et permettent de déterminer le temps de rétention du 36Cl dans les sols. Nos résultats montrent que ce temps augmente avec la profondeur avec des durées allant de 20 ans en surface à 322 ans à 60 cm de profondeur. Ces durées de rétention du 36Cl dans les sols sont comparables aux âges moyens estimés par les approches basées sur la modélisation ou les isotopes stables du carbone. Ce travail suggère donc que la durée de rétention du 36Cl dans un sol peut être utilisé comme un indicateur de l’âge du carbone organique du sol.

Utilisé pour estimer la durée de rétention de 36Cl dans le sol. A gauche : Les différentes boites représentent les couches du sol, et la taille est proportionnelle aux stocks de 36Cl mesurés dans différentes couches du sol. Les flèches représentent les flux entre ces différentes couches. Au sein de chaque couche, une petite fraction du flux de 36Cl est fixée dans la matière organique de la couche. Cette fraction est estimée à 5 % du flux en surface et décroit exponentiellement avec la profondeur. À cette décroissance des quantités retenues, correspond une augmentation de la durée de rétention avec la profondeur (figure de droite).

La plus importante éruption solaire jamais connue…

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  • Un pic de radiocarbone atmosphérique sans précédent a été mesuré dans les cernes d’arbres subfossiles découverts dans les Alpes françaises (région de Gap) datés d’il y a 14300 ans.
  • Cette augmentation brutale du radiocarbone dans l’atmosphère a été probablement causée par une éruption solaire exceptionnelle, la plus grande jamais identifiée.
  • Des éruptions solaires similaires seraient aujourd’hui catastrophiques pour notre société moderne, anéantissant les systèmes satellitaires et les réseaux électriques, détruisant les télécommunications et engendrant des dégâts aux coûts exorbitants.
  • Pour le futur, il est crucial de comprendre ces phénomènes solaires pour mieux nous préparer et tenter d’atténuer leurs effets sur nos sociétés dépendantes des infrastructures technologiques avancées.
Illustration artistique d’événements survenant sur le soleil et modifiant les conditions dans l’espace proche de la Terre. Crédit : NASA

Les variations de l’activité solaire peuvent avoir un impact sur le climat de la terre, mais elles peuvent aussi engendrer de graves risques technologiques. En libérant d’importantes quantités de particules et d’ondes électromagnétiques, les éruptions solaires peuvent détruire les réseaux d’électricité, de télécommunication et notamment les satellites de navigation GPS, paralysant ainsi les transports aériens, maritimes et terrestres.

Les mesures systématiques de l’activité solaire ont commencé au début du XVIIe siècle, avec l’observation des taches solaires à l’aide de lunettes astronomiques. Dès le XIXe siècle, les astronomes ont montré que l’activité solaire fluctue selon des cycles de 11 ans et que son intensité peut connaître des baisses durant plusieurs décennies, comme le minimum de Maunder (1645-1715). Au cours du siècle dernier, les enregistrements des taches solaires ont été complétés par d’autres données provenant d’observatoires terrestres, de sondes spatiales et de satellites. Cependant, ces enregistrements instrumentaux à court terme sont insuffisants pour documenter et comprendre le comportement du soleil et prévoir son activité future. Les isotopes cosmogéniques tels que le carbone-14 (14C) dans les cernes d’arbres et le béryllium-10 (10Be) dans les glaces polaires sont produits dans la haute atmosphère par le rayonnement cosmique modulé par l’activité solaire. Ces isotopes sont en fait les meilleurs indicateurs pour reconstituer l’activité solaire avant la période des mesures instrumentales.

Cette nouvelle étude, impliquant trois équipes de recherches, se base sur l’analyse de la teneur en 14C d’arbres subfossiles découverts dans les Alpes françaises du sud. Depuis 25 ans, l’IMBE réalise des campagnes de terrain régulières le long des rivières et torrents de la région de Gap et a rassemblé à Aix en Provence une collection exceptionnelle de troncs subfossiles parfaitement préservés. Leur étude dendrochronologique a permis de bâtir des chronologies flottantes couvrant les 15000 dernières années. Parmi elles, la chronologie du torrent du Drouzet couvre la période 14400-13700 cal BP (années calendaires avant le présent, celui-ci étant défini en 1950 de notre ère). La mesure de la teneur en 14C des cernes de croissance annuels de cette chronologie a été réalisée grâce au spectromètre AixMICADAS de l’unité radiocarbone du CEREGE. Cette unité inaugurée en 2016 produit des résultats précis et fiables, ce qui a été confirmé en 2020 et en 2023 dans le cadre d’intercomparaisons internationales spécifiques sur la datation du bois.

Les chercheurs ont découvert un pic de 14C remarquable qui a eu lieu au sein d’une seule année entre 14300 et 14299 ans cal BP. En comparant ces résultats avec les enregistrements de 10Be dans les carottes de glace du Groenland grâce à des calculs de modélisation du cycle du carbone effectués au CEREGE et à une analyse statistique sophistiquée réalisée à l’Université de Leeds au Royaume-Uni, les chercheurs attribuent cette anomalie de 14C à une éruption solaire d’une ampleur exceptionnelle, la plus importante jamais enregistrée. De plus, une autre anomalie avec une durée plus longue est détectée entre 14000 et 13900 ans cal. BP. Elle peut être attribuée à un phénomène solaire de type Maunder lié à la modulation des particules cosmiques galactiques par le champ héliomagnétique.

Les recherches antérieures avaient permis de détecter neuf anomalies du 14C probablement liées à des éruptions solaires majeures durant les 15000 dernières années. Parmi elles, les plus importantes datent de 774 de notre ère ainsi que de 660, 5259 et 7176 avant notre ère. L’événement solaire de 14300 cal BP découvert par cette nouvelle étude est d’intensité nettement supérieure. Il est 10 à 100 fois plus intense que les tempêtes solaires connues pour la période instrumentale, comme le célèbre événement de Carrington en 1859 qui a provoqué des perturbations majeures dans les réseaux de télégraphe et des aurores boréales jusqu’à des latitudes proches de l’équateur, ou encore celui de mars 1989 qui avait plongé la province de Québec au Canada dans le chaos pendant plusieurs heures.

Cette découverte ouvre de nouvelles perspectives pour la compréhension de l’histoire de l’activité solaire et de ses impacts sur la Terre. Elle illustre également le rôle crucial que jouent les archives naturelles telles que les cernes d’arbres dans la recherche scientifique moderne. Les implications de ces résultats pour notre compréhension du climat et notre capacité à prévoir les événements solaires futurs sont fascinantes et suscitent un intérêt croissant dans la communauté scientifique et le grand public.

Les recherches sur le radiocarbone au CEREGE d’Aix-en-Provence (UMR Aix-Marseille Université, CNRS, IRD, INRAE, Collège de France) sont soutenues par le Collège de France et l’Agence Nationale de la Recherche (EQUIPEX ASTER-CEREGE, projets ANR CARBOTRYDH et MARCARA).

Surveillez les champs magnétiques stellaires : ils sont changeants

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Le cycle d’activité solaire de 11 ans est un phénomène bien connu, au cours duquel l’intensité du champ magnétique du Soleil varie et ses polarités s’inversent. Au cours des 30 dernières années, les astronomes ont identifié un comportement similaire pour plusieurs étoiles semblables au Soleil. Mais jusqu’à présent, aucune inversion de polarités magnétiques n’a été observée pour leurs homologues plus froides, les étoiles naines rouges. 

Une équipe internationale incluant des scientifiques du CNRS (voir encadré) vient de montrer que le champ magnétique de la naine rouge extrêmement active AD Leonis pourrait s’approcher d’un renversement de polarités. Ces données ont été obtenues à l’aide des instruments ESPaDOnS1 et SPIRou2 au Télescope Canada-France-Hawaii (TCFH) ainsi que NARVAL3 au Télescope Bernard Lyot (TBL). 

AD Leonis est une étoile naine rouge notoirement active, qui possède un champ magnétique environ 1000 fois plus intense que celui du Soleil. Bien que des indices de cycles d’activité existent, on ne sait pas encore si les naines rouges peuvent présenter des cycles magnétiques.

AD Leonis a été observée depuis 2006 avec les instruments ESPaDOnS et NARVAL, et depuis 2019 avec SPIRou. L’étude menée par Stefano Bellotti, doctorant à l’IRAP, montre que non seulement l’intensité du champ magnétique diminue continûment sur cette période, mais également que les pôles magnétiques de l’étoile ont commencé à basculer. Bien qu’une inversion de polarités n’ait pas eu lieu pendant les observations SPIRou, ces résultats indiquent que les naines rouges comme AD Leonis pourraient subir des cycles magnétiques, comme le Soleil. 

Ce résultat permet donc de mieux comprendre la génération du champ magnétique des étoiles plus froides que le Soleil. En outre, l’étude du champ magnétique des naines rouges ‒ cibles privilégiées pour la détection d’exoplanètes rocheuses semblables à la Terre ‒ est essentielle pour comprendre l’environnement spatial dans lequel les exoplanètes rocheuses orbitent. 

Le système optique du spectrographe SPIRou dans la salle blanche de l’IRAP/OMP à Toulouse. Crédit : S. Chastanet – Service communication OMP.
1. Le spectropolarimètre stellaire de nouvelle génération ESPaDOnS est un projet financé dans le cadre d'un partenariat entre la France (CNRS/INSU, Ministère de la Recherche, LATT - Observatoire Midi Pyrénées, Laboratoire d'Etudes Spatiales et d'Instrumentation en Astrophysique - Observatoire de Paris), le Canada (NSERC), le Télescope Canada-France-Hawaii et l'ESA (ESTEC/RSSD).
2. SPIRou est à la fois un spectropolarimètre et un velocimètre de haute précision fonctionnant dans le proche IR (0.98-2.35µm). SPIRou est un projet international, géré par un consortium réparti sur France, Canada, Suisse, Taiwan, Portugal, Brésil et Hawaii. Coté français 4 laboratoires sont impliqués au niveau technique : IRAP (Toulouse), IPAG (Grenoble), OHP/LAM (Marseille) et LESIA (Meudon).
3. Comme son jumeau ESPaDOnS, NARVAL est spectropolarimètre stellaire, développé au sein de l’Observatoire Midi-Pyrénées (OMP – CNES/CNRS/Météo France/IRD/UT3 Paul Sabatier), par les équipes scientifiques et techniques de l’Institut de recherche en astrophysique et planétologie (Irap/OMP – CNRS / CNES / UT3 Paul Sabatier), du Télescope Bernard Lyot (TBL) et les services communs de l’OMP.