Les rayons cosmiques qui endommagent l'ADN humain sont un risque grave de l'exploration spatiale. Les physiciens peuvent-ils trouver la source des rayons et réduire le danger ?
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00:00Un danger invisible fonce vers la Terre, à une vitesse proche de celle de la lumière.
00:12Il y a des intrus intergalactiques dans la voie lactée.
00:16Les rayons cosmiques.
00:19Être touché par un de ces rayons, c'est comme se prendre une balle cosmique.
00:24Leur énergie est des milliards de fois supérieure à celle des autres types de particules,
00:29bien supérieure à toutes celles qu'on peut créer en laboratoire,
00:32par exemple dans un réacteur de fusion nucléaire.
00:35Ils traversent les vaisseaux spatiaux et menacent les astronautes.
00:39Mais la source de leur puissance est un mystère.
00:42Viennent-ils d'autres galaxies ? D'objets entre les galaxies ?
00:46D'où viennent-ils ? Le fait est que pour les plus énergétiques, on n'en sait rien.
00:50Résoudre le mystère des particules les plus rapides de l'univers est une des priorités des scientifiques.
01:11Si je devais établir une liste des dangers de l'espace, elle serait longue,
01:15entre l'ultra-vide, les variations colossales de température, les micro-météorites, etc.
01:21Mais une chose est sûre, en numéro un, il y aurait les rayons cosmiques.
01:26Ces envahisseurs de l'espace ne sont pas ce qu'on croit.
01:29Quand on entend « rayons cosmiques », on imagine un truc du genre rayon laser.
01:34Non, non, non, non, non. C'est une petite particule de la mort.
01:40Pour s'en protéger, encore faut-il comprendre ce que c'est.
01:46Avril 2019.
01:50La sonde solaire Parker de la NASA ne s'est jamais approchée aussi près du Soleil.
01:55Les chercheurs savent que notre étoile produit une partie des rayons cosmiques qui remplissent le système solaire.
02:01Mais ils ignorent encore comment.
02:04De loin, notre Soleil est une étoile magnifique qui fournit à la Terre l'énergie et la lumière et permet à la vie de s'épanouir.
02:15Mais quand on l'étudie de plus près, on voit qu'il est le siège de phénomènes très violents.
02:21La quantité d'énergie émise par le Soleil à chaque seconde équivaut à celle dégagée par 100 milliards de bombes d'une mégatonne.
02:28C'est un voisin dangereux.
02:32La sonde Parker se trouve en plein sur la trajectoire d'une explosion cataclysmique.
02:40Idéalement placée pour l'observer de l'intérieur.
02:45Le tiers extérieur du Soleil est une sorte de chaudron de plasma bouillonnant brassé par les champs magnétiques qui le soulèvent, le tordent et emmagasinent de l'énergie.
02:55Leurs lignes de force montent vers la surface où elles se reconfigurent, se reconnectent, s'enroulent sur elles-mêmes.
03:02Et quand elles se rompent, l'énergie emmagasinée est libérée brutalement, hors de l'atmosphère.
03:08Parfois, cette libération d'énergie est explosive.
03:12Il en résulte des éruptions solaires, c'est-à-dire de gigantesques flashes de lumière.
03:18La sonde Parker a observé qu'après une éruption solaire, la surface du Soleil emmagasinait des particules chargées.
03:26Mais parfois, il se produit une seconde explosion, appelée éjection de masse coronale, qui libère du plasma un gaz brûlant et ionisé.
03:35Les boules géantes de plasma qui s'échappent de la surface du Soleil contiennent des particules chargées électriquement.
03:46Mais ces particules éjectées à toute allure se heurtent à un barrage, un nuage qui entoure le Soleil.
03:56Il est constitué de particules qui se déplacent moins rapidement, le vent solaire.
04:03Au moment de la collision, l'éjection de masse coronale a une vitesse bien supérieure à celle du vent solaire.
04:08L'impact entre les deux provoque une onde de choc aux extrémités de laquelle les particules s'entassent.
04:15Au moment de la collision avec l'onde de choc, les particules gagnent en énergie et sont accélérées, exactement comme une balle de baseball frappée par la batte.
04:26C'est alors qu'elles se transforment en quelque chose de beaucoup plus puissant.
04:31Des rayons cosmiques solaires.
04:34Ils sont légers, mais leur vitesse de propagation est hallucinante.
04:39En moyenne, la Terre se situe à 149,6 millions de kilomètres du Soleil.
04:44Or, ils nous atteignent en une heure, plus de 149 millions de kilomètres par heure. C'est rapide.
04:51Les rayons cosmiques foncent vers la Terre. L'attaque est imminente.
04:56Les rayons cosmiques sont de loin les particules les plus énergétiques que nous connaissions dans l'univers.
05:03Or, quand des objets à très haute énergie, quelle que soit leur taille, heurtent autre chose, ils déposent cette énergie.
05:10C'est pourquoi ces rayons sont extrêmement dangereux.
05:14Mais ce n'est pas le seul danger qui nous menace.
05:17D'autres balles cosmiques se forment au-delà de notre système solaire.
05:22Il y a différents types de rayons cosmiques, tout comme il y a différents types de projectiles.
05:27Tout en bas du spectre, on trouve les rayons cosmiques solaires.
05:31C'est l'équivalent des billes d'acier de calibre 4,5 millimètres, les BB.
05:36Ça pique un peu, mais c'est pas dramatique.
05:39C'est une toute autre affaire avec les rayons cosmiques galactiques, plus rapides et plus énergétiques.
05:46Si les rayons cosmiques solaires sont des BB, leurs cousins galactiques sont des balles de fusil.
05:53Ils sont bien plus dangereux, bien plus rapides, mais aussi plus rares.
05:59Ils sont pourtant moins rapides que les pires tueurs de l'univers, les rayons cosmiques d'ultra haute énergie.
06:05Vous pensiez que les rayons cosmiques galactiques étaient meurtriers ?
06:08Vous ne connaissez pas les rayons cosmiques d'ultra haute énergie.
06:12Ce sont les plus gros, les plus dangereux et les plus malfaisants de l'univers.
06:19Les rayons cosmiques d'ultra haute énergie sont de véritables missiles hypersoniques.
06:24Ils sont produits par des événements parmi les plus énergétiques de l'univers.
06:32Ces missiles d'ultra haute énergie sont les plus rares, mais aussi les plus rapides.
06:38Ils se propagent extrêmement vite.
06:42Disons que ces particules mystérieuses se déplacent presque à la vitesse de la lumière.
06:46Pas à 99 % de la vitesse de la lumière.
06:50Elles filent à travers l'espace à 99,99...
06:5599,99...
06:5899,21 fois 9, c'est rapide.
07:02C'est dingue, et ça fait peur.
07:04Les trois types de rayons cosmiques sillonnent le système solaire à toute allure.
07:12Si je tenais une balle de golf au beau milieu de l'espace,
07:16près de 100 particules la traverseraient à chaque seconde.
07:23C'est un déluge mortel de projectiles cosmiques.
07:26Or, dans l'espace, les astronautes sont des cibles faciles.
07:31Les rayons cosmiques constituent un des plus grands dangers pour les vols habités.
07:38La NASA a prévu de renvoyer des astronautes sur la Lune
07:41où les niveaux de radiation des rayons cosmiques sont 200 fois plus élevés que sur la Terre.
07:46Et ce n'est pas tout.
07:48Un des grands objectifs de la NASA est d'envoyer des hommes sur Mars.
07:52Mais la route est longue, 6 mois minimum et le plus souvent 9 mois de voyage.
07:57Ça va poser un gros problème.
08:01J'espère qu'un jour je ferai partie des astronautes qui iront sur Mars,
08:05mais j'ai très peur des rayons cosmiques.
08:08Plus je lis des choses sur eux et plus ils m'apparaissent comme une menace.
08:13La NASA et les autres agences spatiales vont donc devoir travailler à la protection des astronautes
08:19qui seront confrontés à ce danger.
08:23Un seul groupe d'individus a déjà été exposé à de tels niveaux de rayons cosmiques.
08:29L'équipage des missions Apollo.
08:34Juillet 1969.
08:44Un des trois astronautes, Buzz Aldrin, fait une expérience étrange.
08:50Pendant la mission Apollo 11, Buzz Aldrin a raconté avoir vu des petits éclairs lumineux,
08:54ce qui est bizarre en soi.
08:56Mais le plus curieux est qu'il les a vus alors qu'il avait les yeux fermés.
09:02C'est également arrivé à plusieurs membres des autres missions Apollo.
09:13Tous décrivent l'apparition de points lumineux, de traînées et de taches.
09:19Le commandant d'Apollo 15, David Scott, avait vu un éclair bleu entouré de blanc, comme un diamant.
09:26C'est ce qu'il se passe quand un rayon cosmique traverse le globe oculaire.
09:30Sur son passage, il entre en collision avec des molécules et le choc provoque un éclair lumineux.
09:37D'après une autre théorie, le passage des rayons cosmiques déclenche la couche de cellules photosensibles de la rétine,
09:43ce qui expliquerait qu'on perçoive une traînée lumineuse, bien qu'il n'y ait aucune émission de lumière.
09:50Ils peuvent provoquer des dégradations à long terme.
09:53À l'intérieur du cristallin se trouvent des cellules fibreuses transparentes.
09:57En les traversant, les rayons cosmiques les endommagent et provoquent l'opacification du cristallin, c'est-à-dire la cataracte.
10:04En examinant le casque des astronautes, la NASA a découvert qu'ils étaient entaillés de marques infimes,
10:09les impacts des rayons cosmiques.
10:12Quand on dit que les rayons cosmiques sont des projectiles minuscules, on ne plaisante pas.
10:19Et si certains ont traversé les casques, ça veut dire qu'ils ont aussi traversé le cerveau des astronautes.
10:25Ça me met mal à l'aise, rien qu'd'y penser.
10:30Quels pourraient être les effets à long terme des radiations sur notre cerveau ?
10:34Sur notre aptitude à raisonner et à résoudre des problèmes dans un des environnements les plus dangereux pour l'homme ?
10:42Les rayons cosmiques représentent peut-être la plus grande menace pour les missions d'exploration spatiale habitées.
10:49La vision hollywoodienne des dangers de l'espace, ce sont des extraterrestres armés de pistolets à rayons,
10:56des trous noirs ou des pluies d'astéroïdes.
10:59En réalité, le pire danger pour les astronautes est invisible, ce sont les radiations cosmiques.
11:05Les rayons cosmiques ont affecté les yeux des astronautes d'Apollo après quelques jours d'exposition seulement.
11:12Or, un aller simple pour Mars durera neuf mois.
11:16À l'avenir, les missions passeront beaucoup plus de temps dans l'espace.
11:20Il va donc falloir étudier les conséquences des rayons cosmiques sur notre organisme.
11:25On ne comprend pas encore les effets à long terme d'un bombardement régulier de rayons cosmiques.
11:31Mais on sait que les astronautes y seront confrontés.
11:35Alors, pour en savoir plus, les scientifiques ont bombardé des cellules humaines de particules chargées artificielles.
11:43Ils ont découvert qu'en traversant l'ADN, elles le déchiquetaient.
11:51Les lésions causées à l'ADN de nos cellules sont les pires, et de loin.
11:57Parce que l'ADN est le mode d'emploi des cellules, le manuel qui leur indique comment fonctionner normalement.
12:06Par exemple, on peut transformer une cellule saine en une cellule cancéreuse.
12:12En 2019, des chercheurs ont poussé l'expérience encore plus loin,
12:16et simulé un voyage vers Mars,
12:20avec des souris qu'ils ont bombardées pendant six mois d'un flux constant de particules chargées produites en laboratoire.
12:29L'expérience a révélé des altérations profondes du comportement normal des souris.
12:35Elles apprenaient de nouvelles tâches beaucoup plus lentement.
12:38Leur mémoire était affectée et elles oubliaient des choses qu'elles savaient déjà.
12:43Les souris étaient aussi plus peureuses et abandonnaient les tâches qu'elles auraient terminées en temps normal.
12:49Par exemple, si on leur faisait faire un test aquatique, au lieu de nager pour se mettre en sécurité,
12:55beaucoup se laissaient couler.
12:59C'est important parce que les astronautes devront être parfaitement opérationnels.
13:04Après tout, on lance des missions habitées parce que le cerveau humain est bien meilleur qu'un ordinateur.
13:11Il suffit qu'un astronaute ait un problème pour que la mission et la vie de l'équipage soient en danger.
13:17D'autres études ont montré que les rayons cosmiques pouvaient accélérer le vieillissement,
13:22modifier les gènes et provoquer des maladies cardiovasculaires.
13:26Comme si ce n'était pas assez grave, il y a aussi un danger plus immédiat.
13:31En traversant les vaisseaux spatiaux, les rayons cosmiques peuvent griller les composants des systèmes électroniques,
13:37ce qui pourrait compromettre une mission.
13:40Nos activités dans l'espace reposent sur l'électronique, sur les ordinateurs.
13:45Le pire du pire serait que le mauvais rayon cosmique traverse au mauvais moment le mauvais circuit,
13:53ce qui entraînerait une cascade de défaillances techniques qui mettraient la mission en péril.
14:00L'ampleur des dégâts est visible sur les caméras des sondes.
14:05Si on utilise un télescope spatial comme Hubble comme détecteur de particules,
14:10on voit que les images brutes ne ressemblent en rien à celles magnifiques qu'on montre au grand public.
14:15Elles sont zébrées par le passage des particules qui finissent par détruire l'instrument, lentement mais sûrement.
14:22Mais alors comment protéger les astronautes et leurs équipements ?
14:26La réponse évidente est une couche protectrice supplémentaire.
14:31C'est bien joli de dire « on rajoute des trucs ».
14:34Mais vous avez déjà vu le lancement d'une fusée ?
14:37Vous savez ce que ça coûte d'envoyer des engins dans l'espace ?
14:43Mais la NASA a un plan et la capsule du programme spatial lunaire Artemis sera équipée des meilleurs systèmes de protection possible.
14:52Une des façons de contourner le problème de la limite de poids est d'appliquer le principe de double usage à tout.
14:58Ainsi le ravitaillement, le carburant, l'eau pourraient servir de bouclier.
15:03Ce n'est pas aussi simple que ça.
15:05De même que les munitions plus puissantes pénètrent un blindage,
15:08les rayons cosmiques plus énergétiques traversent le bouclier protecteur des vaisseaux spatiaux.
15:13Pour les rayons cosmiques solaires, il suffit de mettre en place une protection et en général ça les bloque.
15:19Mais les rayons à plus haute énergie vont passer à travers.
15:23Et s'ils heurtent un atome du bouclier qui protège les astronautes, ça risque de créer une pluie de particules secondaires.
15:31Si tant est qu'aucune de ces particules n'ait touché la moindre de vos cellules,
15:35le choc avec votre corps a déclenché des radiations secondaires qui déchiquettent absolument tout dans le vaisseau.
15:41C'est comme ça que le bouclier se transforme en une arme que les rayons cosmiques utilisent contre nous.
15:47Les objets en mouvement transportent de l'énergie, ce qu'on appelle l'énergie cinétique.
15:52Et lors d'une collision, ils transforment cette énergie.
15:57Quand je frappe ma main, l'énergie cinétique de mon poing se transforme en son, en chaleur et en vibrations.
16:06Et ma main est un peu douloureuse sous l'effet de l'impact de la transformation de l'énergie.
16:12Le principe est le même avec les rayons cosmiques.
16:15Lors d'un choc avec un cerveau humain ou une puce informatique, il dépose de l'énergie, ce qui engendre des dégradations.
16:23L'ampleur de celles-ci dépend de l'énergie cinétique des particules qui résultent elles-mêmes de deux choses, leur masse et leur vitesse.
16:32On pense évidemment que dans le cas d'objets qui se déplacent à la même vitesse, plus ils sont massifs et plus ils transportent d'énergie.
16:39Un gros astéroïde qui percute la Terre fera plus de dégâts qu'un objet plus petit.
16:44Quand la masse d'un objet double, son énergie cinétique double aussi.
16:50Et si la masse est importante, la vitesse l'est encore plus.
16:57La vitesse compte encore plus que la masse.
17:00L'énergie cinétique dépend directement de celle-ci, mais aussi de la vitesse au carré.
17:06Ça veut dire que si on multiplie la masse par deux, la vitesse est multipliée par deux et l'énergie cinétique par quatre.
17:14En matière de vitesse, les rayons cosmiques sont des champions.
17:18Une particule d'ultra haute énergie détectée en 1991 a pénétré dans l'atmosphère à une telle vitesse que les scientifiques l'ont baptisée la particule Oh My God, au bon sens.
17:32Elle avait une énergie supérieure à tout ce que les chercheurs pensaient jamais pouvoir déceler.
17:36Avant l'observation de cette traînée fluorescente dans l'Utah, personne ne croyait qu'une particule atteindrait la Terre à une vitesse aussi proche de celle de la lumière.
17:45Les rayons cosmiques s'avèrent finalement bien plus dangereux qu'on ne le pensait.
17:50À une telle vitesse, l'énergie, la dynamique et la masse commencent à se comporter un peu différemment.
17:56Les équations d'Einstein sur la relativité deviennent importantes parce que les principes de la relativité,
18:02Les équations d'Einstein sur la relativité deviennent importantes parce que les principes physiques changent et que l'énergie est beaucoup beaucoup plus puissante.
18:11Une particule qui se déplace à une vitesse proche de celle de la lumière a une énergie presque au maximum autorisée par les lois de la physique.
18:22C'est fou qu'un corpuscule aussi petit qu'un proton puisse être aussi dangereux pour l'homme.
18:26Étonnamment, le proton se déplace tellement vite qu'il transporte autant d'énergie qu'une balle de baseball lancée à 160 km heure.
18:34Une balle de baseball contient plus d'un million de milliards de milliards de protons.
18:38Alors imaginez que toute cette énergie soit transportée dans une seule particule.
18:42Ça donne une idée de leur dangerosité.
18:46Les rayons cosmiques d'ultra haute énergie, comme la particule Oh My God, sont des missiles supersoniques.
18:51Les plus rapides, mais aussi tellement rares qu'il y a peu de risques pour que des astronautes soient touchés par l'un d'eux.
18:58Comme des bébés, les rayons cosmiques solaires sont abondants, mais nos engins spatiaux peuvent les arrêter.
19:06La principale menace pour les astronautes, ce sont donc les rayons cosmiques galactiques qui proviennent d'une autre source dans la voie lactée.
19:13C'est l'association de leur vitesse et de leur abondance qui les rend aussi dangereux.
19:18Les rayons cosmiques galactiques sont bien plus puissants que les rayons cosmiques solaires et parcourent des distances colossales pour vous pourrir la vie.
19:31Heureusement, les astronautes ont un protecteur inattendu, le gardien de notre système, le Soleil lui-même.
19:38Le Soleil éjecte non seulement des rayons cosmiques solaires de haute énergie, mais aussi des flux de particules nettement moins énergétiques qui constituent le vent solaire.
19:50Le vent solaire éjecté vers l'espace interplanétaire agit comme un champ de force contre lequel les rayons cosmiques doivent lutter pour atteindre la Terre protégée par cette bulle.
20:00En effet, le vent solaire s'étend sur environ 17 milliards de kilomètres autour du système solaire et génère un champ magnétique qui repousse les rayons cosmiques galactiques.
20:12Il fonctionne presque comme le bouclier déflecteur du vaisseau Enterprise dans Star Trek.
20:18Le champ magnétique du Soleil protège la Terre et les astronautes des flux de radiation.
20:24Il y a quelques années, les sondes Voyager ont atteint la région située à la limite entre la bulle solaire et la galaxie et l'ont étudiée.
20:32Ce qui nous a permis de voir la différence entre ce qu'il se passe à l'intérieur et à l'extérieur de cette bulle.
20:38De fait, le Soleil nous protège sur des milliards de kilomètres de distance et ça, c'est super.
20:44Les sondes Voyager ont été développées pour protéger la Terre et les astronautes des flux de radiation.
20:50Et ça, c'est super.
20:52Les sondes Voyager ont découvert un champ de bataille mouvant.
20:58Car le vent solaire se comporte un peu comme un front orageux sur la Terre.
21:02Parfois, il avance et parfois, il recule.
21:07Au moment de ces pics d'activité, le Soleil éjecte une plus grande quantité de protons.
21:13Mais comme ces rayons cosmiques solaires sont bien moins nocifs que leurs cousins galactiques, c'est tout bénéfice pour nous.
21:21Paradoxalement, il se pourrait que pour la sécurité des astronautes,
21:27il vaille mieux lancer des missions vers Mars pendant une période d'activité solaire plus intense,
21:33car bien que les flux de radiation soient plus nombreux, le vent solaire nous protégera plus efficacement.
21:40L'activité solaire suit un cycle de 11 ans qui va crescendo jusqu'à un pic avant de redescendre.
21:46La bulle protectrice suit le même cycle, ce qui permet à la NASA de prédire la meilleure période pour un lancement.
21:53C'est un problème épineux sur lequel planchent des gens très intelligents,
21:58parce qu'on veut explorer l'espace tout en limitant le plus possible les risques pour les astronautes.
22:08A chaque seconde, des millions de milliards de minuscules shrapnels célestes foncent vers la Terre à une vitesse proche de celle de la lumière.
22:17Les rayons cosmiques galactiques.
22:20Les rayons cosmiques galactiques sont des balles de fusil. Personne n'a envie d'en prendre une.
22:26Ces envahisseurs viennent d'au-delà du système solaire, produit par une source très puissante au sein de notre galaxie.
22:34Ça ne devrait donc pas être difficile de la détecter.
22:39A priori, quand l'un d'eux frappe un détecteur sur Terre,
22:42on devrait pouvoir ensuite tirer une ligne jusqu'à un point précis dans l'espace en disant « s'est-il passé quelque chose ? »
22:49Par exemple, une supernova qui en sera la source.
22:52Le problème est que les rayons cosmiques sont déviés de leur route par les champs magnétiques.
22:59Du fait de sa charge électrique, un rayon cosmique se comporte comme un petit aimant.
23:04Or, la voie lactée est remplie d'autres aimants.
23:07Imaginons que je sois un rayon cosmique qui file à travers la galaxie et que je croise un champ magnétique.
23:13Je vais changer légèrement de direction par ici, par ici ou par là.
23:18Ma trajectoire sera légèrement modifiée.
23:22Résultat, au bout de quelques millions d'années, toutes les informations sur la source de ce rayon cosmique sont perdues
23:28puisqu'il se déplace dans une direction complètement aléatoire.
23:31Heureusement, les rayons cosmiques galactiques ont des comparses beaucoup moins fuyants.
23:36Les rayons gamma.
23:40Quand un rayon cosmique frappe un atome normal dans l'espace, le choc entraîne une réaction.
23:48Il se crée une gerbe de particules secondaires, dont des rayons gamma, c'est-à-dire des photons extrêmement énergétiques.
23:54Ce qui est important, c'est que le rayonnement gamma n'est pas dévié par les champs magnétiques parce qu'il n'est pas chargé.
24:00Autrement dit, il les traverse tout droit et continue dans la direction que le rayon cosmique suivait au départ.
24:06En cherchant l'origine du rayonnement gamma dans le ciel, on peut ainsi remonter jusqu'à la zone où de nombreux rayons cosmiques entrent en collision.
24:16Cette piste nous a conduits sur les traces de suspects sérieux.
24:19Les supernovées.
24:25Une supernova est une des explosions les plus violentes qui se produisent dans l'univers.
24:29C'est donc un milieu propice à la création de ces particules très énergétiques et extrêmement rapides.
24:35Quand une étoile massive a épuisé tout son carburant, elle ne peut plus supporter son propre poids.
24:41Elle s'effondre alors sur elle-même.
24:43Ce qui déclenche une explosion cataclysmique assez puissante pour fragmenter les atomes.
24:49L'explosion éjecte un immense nuage de gaz et de poussière qui se propage vers l'extérieur, le reste de supernovas.
24:57Ce nuage de matière qui se dilate à la vitesse de 1600 kilomètres par seconde génère une onde de choc d'une puissance incroyable.
25:05C'est peut-être dans cette onde que les supernovae se produisent.
25:08Les champs magnétiques à l'intérieur du nuage retiennent les particules subatomiques.
25:13Les rayons cosmiques à l'intérieur du reste de supernovas sont secoués comme dans un flipper.
25:20Si l'onde de choc est le flipper, alors les champs magnétiques sont les bumpers qui empêchent les rayons cosmiques de s'échapper.
25:28Les rayons magnétiques sont les bumpers qui empêchent les rayons cosmiques de s'échapper.
25:32Ils rebondissent d'avant en arrière dans cette onde extrêmement énergétique.
25:36Et à chaque rebond, ils emmagasinent un peu plus d'énergie.
25:41Quand un rayon cosmique galactique a acquis une énergie suffisante, les champs magnétiques ne parviennent plus à le retenir et ils s'échappent.
25:52La théorie de la supernova explique la création de ces champs magnétiques.
25:55Mais les scientifiques ont découvert un super rayon gamma si puissant qu'il a forcément une origine très différente.
26:03Ce rayon gamma était extrêmement énergétique.
26:06Ce qui veut dire qu'il avait été créé par un rayon cosmique probablement de très haute énergie.
26:11Une boule qu'on lance dans un flipper ne rebondira pas d'avant en arrière.
26:15C'est-à-dire qu'il n'aurait pas été créé par un rayon cosmique de très haute énergie.
26:19C'est-à-dire qu'il n'aurait pas été créé par un rayon cosmique de très haute énergie.
26:22Une boule qu'on lance dans un flipper ne rebondira pas d'avant en arrière.
26:27Elle va simplement descendre tout droit.
26:30Le problème est que ces particules sont incomparablement plus énergétiques.
26:34Il est impossible qu'elles aient acquis toute cette énergie en rebondissant dans le flipper cosmique que sont les supernovae.
26:45Par conséquent, il y a autre chose dans la voie lactée qui crée les rayons cosmiques galactiques.
26:51Quelque chose de plus puissant qu'une supernova ?
26:54Mais quoi ?
26:59Janvier 2021.
27:02Dans un observatoire accroché à la pente d'un volcan au Mexique,
27:06une lumière bleue apparaît dans des cuves remplies d'eau, signe du passage de rayons gamma.
27:11Leurs pistes remontent à des milliards de kilomètres de l'autre côté de la voie lactée avant de disparaître.
27:18Au lieu de prendre sa source dans une explosion colossale,
27:22elle se perd dans un nuage de poussière froid et diffus.
27:29À première vue, les nuages moléculaires sont un des endroits les plus barbants et les plus paisibles de l'univers.
27:36C'est tout juste si on les utilise.
27:38Ce ne sont pas des événements qui libèrent une énergie colossale comme les supernovae.
27:42On imagine donc mal qu'ils donnent naissance à des particules super énergétiques.
27:47Il faut donc que le nuage cache quelque chose d'assez puissant pour accélérer les rayons cosmiques.
27:54Mais on ignore quoi ?
27:56On ne peut pas voir à l'intérieur des nuages moléculaires.
28:00Mais il se pourrait que dans leurs régions les plus denses,
28:02ils cachent des amas de jeunes étoiles qui émettent ces rayons cosmiques.
28:06Mais on ignore si même les étoiles les plus excentriques
28:09sont capables de produire des rayons cosmiques aussi énergétiques.
28:14Deux mois plus tard, en mars 2021, les scientifiques trouvent un nouvel indice.
28:20Des rayons gamma en provenance de la nébuleuse du cocon dans la constellation du Côte d'Azur.
28:25C'est un nuage moléculaire dense, pas comme les autres.
28:29Au centre se trouve une cavité dans laquelle des centaines d'étoiles repoussent la poussière et le gaz.
28:36Parmi elles, des étoiles très massives et lumineuses de type spectral O et B.
28:43Les étoiles de type spectral O et B comptent pour la plupart des étoiles de type spectral A et B.
28:48Or, ces étoiles massives éjectent des vents stellaires bien plus forts que le vent solaire.
28:54Ces étoiles se forment en même temps et émettent tout un flux de particules de haute énergie provenant de leurs surfaces respectives.
29:01Or, la collision de ces vents entre eux génère d'immenses ondes de choc entre les jeunes étoiles.
29:06Il y a une collision de particules de haute énergie entre les jeunes étoiles.
29:10Les étoiles émettent des rayons gamma et des rayons gamma.
29:13La collision de ces vents entre eux génère d'immenses ondes de choc entre les jeunes étoiles.
29:18Il y a une telle énergie engendrée par une telle quantité de vent qui souffle dans toutes les directions possibles
29:24que l'ensemble crée une masse bouillonnante d'ondes de choc et de champs magnétiques.
29:29Dans ce flipper gigantesque, les champs magnétiques sont plus forts que ceux d'une supernova.
29:34Et ils piègent et accélèrent les rayons cosmiques les plus énergétiques pendant plus longtemps.
29:40L'important dans les amas stellaires est qu'ils ont une durée de vie de millions d'années.
29:45Ce ne sont pas des événements uniques comme les supernovées.
29:48Les champs magnétiques, plus les chocs qui se produisent sur de grandes périodes de temps,
29:54voilà peut-être ce qui accélère les rayons cosmiques.
29:58Il est possible que les nuages moléculaires éjectent des rayons cosmiques galactiques,
30:03mais qu'est-ce qui peut bien tirer les missiles spatiaux hypersoniques que sont les rayons cosmiques d'ultra haute énergie ?
30:10Ils semblent provenir d'au-delà de la voie lactée.
30:15Notre galaxie mesure 100 000 années-lumière de diamètre.
30:19Notre voisine la plus proche est à 2 millions d'années-lumière.
30:22Par conséquent, ces particules parcourent des milliards d'années-lumière avant d'arriver jusqu'à nous.
30:29Comment accélère-t-on cette minuscule particule à des vitesses aussi folles ?
30:36Quel est son moteur ? Qu'est-ce qui est capable de faire ça dans l'univers ? Elle est où, l'étoile de la mort ?
30:44Leur vitesse les rend dangereux, mais facilite aussi la recherche de leurs sources.
30:51Les rayons cosmiques d'ultra haute énergie se déplacent si vite qu'ils sont peu sensibles à l'influence des champs magnétiques.
30:58C'est comme si une balle traversait un filet de pêcheur.
31:01C'est pour ça qu'ils filent sur une trajectoire quasi linéaire.
31:04Ce qui nous permet de remonter jusqu'à leur origine et d'essayer de comprendre par quoi et comment ils sont accélérés.
31:15Construit dans la Pampa argentine, l'observatoire Pierre Auger est le plus grand détecteur de rayons cosmiques du monde.
31:23Il vient de terminer une étude étalée sur 12 ans qui confirme la présence d'un trou noir supermassif au centre de la majorité des galaxies.
31:33Peu d'entre eux expulsent de l'énergie, mais ceux qui sont actifs éjectent aussi des rayons cosmiques d'ultra haute énergie.
31:42Les trous noirs supermassifs sont déjà très puissants.
31:46Ça me paraîtrait donc logique qu'ils soient la source des rayons cosmiques d'ultra haute énergie.
31:53La galaxie M87 est à 54 millions d'années-lumière de la Terre.
31:58Elle est devenue célèbre depuis qu'on a photographié son trou noir supermassif.
32:04Sur l'image prise par l'Event Horizon Telescope du disque d'accrétion de gaz qui tourbillonne autour du trou noir,
32:11cette ombre qu'on ne peut pas voir pourrait être le site de l'accélération énergétique absolument incroyable des rayons cosmiques.
32:19En mars 2021, les scientifiques ont procédé à des analyses plus poussées des données.
32:26Cette nouvelle image de M87 étoile montre des lignes très nettes de champs magnétiques.
32:31Ça laisse deviner la quantité d'énergie faramineuse qui pourrait être retenue près du trou noir supermassif.
32:37Les trous noirs sont incroyablement puissants.
32:40Mais comment font-ils pour transférer une fraction de leur énergie à une particule minuscule ?
32:45Il y a plusieurs façons dont un trou noir supermassif pourrait accélérer les rayons cosmiques très énergétiques.
32:51Entre autres, il pourrait entraîner ou capturer dans son champ gravitationnel des rayons cosmiques normaux,
32:57déjà très énergétiques, et les accélérer à des énergies encore plus élevées.
33:04Les trous noirs supermassifs courbent la structure de l'espace-temps autour d'eux, et même les particules légères sont attirées.
33:12Les rayons cosmiques ne réagissent pas différemment.
33:15Eux aussi peuvent être attirés dans l'orbite d'un trou noir supermassif.
33:20Il paraît logique que le trou noir capture les rayons cosmiques qui passent à sa portée.
33:24Mais alors, comment ces particules finissent-elles par échapper à ces griffes et foncer vers nous ?
33:31Il se trouve que M87 étoile possède une arme redoutable, des jets gigantesques d'énergie qui jaillissent des pôles.
33:40« Les jets de M87 étoile sont spectaculaires. Ils sont bien plus grands que la galaxie qui abrite le trou noir. »
33:48Ces jets extrêmement puissants pourraient donner aux rayons cosmiques un coup d'accélérateur
33:52et transformer de simples balles galactiques en missiles hypersoniques d'ultra haute énergie.
34:01« Imaginez que vous tiriez une balle normale à une vitesse élevée,
34:06et qu'un petit moteur enfermé dans la balle se mette en marche et accélère le projectile.
34:13C'est sensiblement la même chose qui se passe avec les rayons cosmiques dans ces jets. »
34:19Ainsi, le trou noir supermassif de la galaxie M87 pourrait fonctionner comme un accélérateur de particules.
34:26C'est une théorie fascinante, mais difficile à vérifier.
34:30« Les rayons cosmiques d'ultra haute énergie sont excessivement rares.
34:34Si on disposait d'un détecteur de 1600 mètres de long et de large, il en décèlerait moins d'un par an. »
34:41« Pour identifier des phénomènes constants dans le ciel, il faut établir des statistiques.
34:47Prenez la photographie.
34:49Si la lumière est faible, il n'y a pas assez de photons et l'image ne sera pas très bonne.
34:55Il faut une lumière plus vive ou un temps de pose plus long
34:59de manière à stocker suffisamment de photons pour réussir la photo.
35:03C'est pareil avec les rayons cosmiques d'ultra haute énergie.
35:07Il faut construire un détecteur plus grand et plus perfectionné
35:11ou observer le ciel pendant un laps de temps plus long pour se faire une idée de la source de ces particules. »
35:17Ce n'est pas le seul problème.
35:19La plupart des trous noirs supermassifs sont trop éloignés de la Terre
35:22pour être la source de tous les rayons cosmiques d'ultra haute énergie que nous détectons.
35:27En effet, les particules perdraient trop d'énergie avant d'atteindre notre planète.
35:31« Certains rayons cosmiques d'ultra haute énergie proviennent peut-être de trous noirs supermassifs.
35:35Mais pas tous. »
35:37L'univers cache peut-être un accélérateur de rayons cosmiques encore plus puissant.
35:42« Il faut des circonstances très particulières pour créer une particule aussi énergétique.
35:47On ne sait toujours pas s'il existe un endroit dont les astrophysiciens pourraient dire « c'est là que ça se passe ». »
35:54Certes, les trous noirs sont peut-être les super-méchants que nous traquons,
35:58ceux qui tirent les balles cosmiques les plus rapides,
36:01mais les rayons cosmiques aussi ont un rôle.
36:03Ils voyagent dans le temps.
36:09Les rayons cosmiques filent à travers l'univers à une vitesse proche de celle de la lumière.
36:14Véritables balles subatomiques, ils traversent la paroi des vaisseaux spatiaux et sont nocifs pour les astronautes.
36:23Sur la Terre, en revanche, nous sommes protégés.
36:28« De toutes les planètes telluriques du ciel,
36:31de toutes les planètes telluriques du système solaire interne,
36:35la nôtre est la seule qui génère son propre bouclier déflecteur contre le rayonnement cosmique. »
36:43« C'est incroyable et justement, c'est là que la vie s'est développée. Ce n'est pas une coïncidence. »
36:49En effet, la Terre possède son propre champ magnétique.
36:52« Le noyau externe de la Terre est constitué de métal liquide et très actif.
36:56Ce métal est en mouvement permanent et c'est ce brassage qui génère un champ magnétique puissant.
37:02Les rayons cosmiques chargés suivent le champ magnétique et celui-ci en dévie la plus grande partie. »
37:10Cependant, le champ n'est pas parfait et une certaine quantité de particules passent à travers.
37:16Mais elles se heurtent à notre seconde ligne de défense, l'atmosphère.
37:20« Heureusement qu'elle est là. Non seulement elle nous apporte l'air qu'on respire, mais elle nous protège aussi des balles cosmiques. »
37:27L'atmosphère terrestre est une sorte de système de défense anti-missiles.
37:32Les rayons cosmiques entrent en collision avec les molécules de l'air
37:36et se désintègrent en gerbes de particules plus petites et moins dangereuses.
37:40Les plus répandues sont les muons.
37:44« Les muons sont les enfants des rayons cosmiques.
37:48Les collisions de hautes énergies qui se produisent dans la haute atmosphère
37:53donnent naissance à des pluies de muons qui arrosent alors la surface terrestre. »
37:58« Quatre rayons cosmiques passent à travers ma main chaque seconde, de même qu'ils vous traversent en ce moment. »
38:04Les muons sont tellement abondants qu'on n'a pas besoin d'un observatoire de pointe pour les détecter.
38:09On y arrive très bien avec du matériel qu'on trouve dans les laboratoires des lycées.
38:13« Voici un petit aquarium dont j'ai tapissé le fond d'un morceau de feutre,
38:19du dioxyde de carbone solide, ce qu'on appelle de la glace sèche, d'où les gants,
38:25une feuille métallique comme celle-ci et de l'alcool isopropylique.
38:33Puis je retourne l'aquarium sur le tout et j'attends.
38:38L'alcool dont j'ai imbibé le feutre s'évapore.
38:42La couche du fond est tellement froide à cause de la glace sèche
38:47qu'elle provoque la formation d'un brouillard sursaturé de vapeur d'alcool. »
38:54En traversant cette vapeur glacée, les particules chargées créent d'infimes traînées éphémères.
38:59« Ce qui nous intéresse, ce sont les muons, les particules subatomiques
39:04produites par l'interaction des rayons cosmiques et de la haute atmosphère. »
39:10Chaque traînée argentée dans la chambre à brouillard est la trace du passage d'un rayon cosmique.
39:16Ces muons n'auraient jamais dû arriver jusqu'à la Terre car ils ne vivent que 2,2 microsecondes avant de se désintégrer.
39:23C'est trop peu pour parcourir près de 10 km.
39:27« On pourrait bêtement penser qu'un muon ne peut pas parvenir jusqu'à nous sans se désintégrer.
39:33Or, il s'avère qu'ils en sont capables parce qu'ils voyagent dans le temps. »
39:39Les muons se déplacent à 98% de la vitesse de la lumière.
39:44Ils filent tellement vite qu'ils bénéficient de ce que Einstein appelait la dilatation du temps.
39:50« Albert Einstein nous a appris que nous vivions dans un espace-temps
39:54où toutes les mesures de distance et les durées temporelles sont relatives. »
40:00Du point de vue du muon, les humains se déplacent extrêmement lentement.
40:06Les particules vont tellement vite que, pour elles, le temps est étiré.
40:12« En mesurant l'énergie de l'espace-temps, les particules se déplacent très lentement.
40:16Le temps est étiré. »
40:19« En mesurant l'énergie et la durée de vie des muons,
40:23on a découvert qu'à mesure qu'ils s'approchent de la vitesse de la lumière,
40:27leur durée de vie augmente parce que, pour eux, le temps ralentit comme Einstein l'avait prédit. »
40:36De notre point de vue, leur durée de vie est allongée de plus de 20 fois,
40:40ce qui leur permet de parvenir jusqu'à la surface de la Terre.
40:44Les muons peuvent traverser des matériaux solides de plusieurs mètres d'épaisseur,
40:49ce qui leur permet de remplir une tâche très inattendue, celle d'archéologues subatomiques.
40:55« Ce qui est étonnant, c'est que les rayons cosmiques sont très dangereux,
40:58en particulier pour les astronautes dans l'espace.
41:03Mais ils ont aussi une utilisation très pratique sur la Terre. »
41:082017, en Égypte.
41:12Les archéologues soupçonnent que la pyramide de Khéops abrite une chambre funéraire cachée,
41:17peut être remplie d'objets précieux.
41:20Mais l'immense pyramide mesure 146 mètres de haut et compte plus de 2 millions de blocs de calcaire.
41:28Alors, plutôt que de creuser, les scientifiques ont fait travailler les muons.
41:33« S'il y a bien une chambre vide à l'intérieur de la pyramide,
41:37un plus grand nombre de muons descendront jusqu'au détecteur,
41:41un peu comme les rayons du soleil s'infiltrant par une trouée dans les nuages. »
41:46En pénétrant dans la pyramide, les muons perdent de l'énergie et sont déviés ou absorbés.
41:52Mais s'il y a un vide à l'intérieur de la pyramide, ils le traverseront, et les scientifiques le verront.
41:59« De fait, ils se sont aperçus qu'un endroit sous la pyramide de Khéops
42:03était traversé par un flux de muons plus important que prévu,
42:07par un plus grand nombre de muons qu'il aurait dû y avoir si la zone juste au-dessus avait été de la pierre.
42:14C'était une anti-chambre dont on ignorait l'existence dans la pyramide de Khéops.
42:20Quelle découverte archéologique extraordinaire ! Que contient-elle ? »
42:24Les rayons cosmiques n'endommagent pas la pyramide.
42:28« La Terre est arrosée en permanence par une pluie de muons.
42:32C'est une particule qui n'est pas invasive, qui ne détruit pas la pyramide pendant cette phase d'exploration.
42:38C'est la nature qui mène l'expérience. »
42:41On a aussi utilisé des rayons cosmiques pour localiser le combustible fondu dans le réacteur de Fukushima,
42:47et pour étudier les entrailles des volcans.
42:50Désormais, les chercheurs espèrent pouvoir s'appuyer sur ces images pour prédire les éruptions.
42:59« Les rayons cosmiques nous donnent la possibilité extraordinaire de voir à l'intérieur de choses inaccessibles ou mortelles.
43:10C'est comme si on parvenait à faire une radiographie de l'intérieur d'un volcan. »
43:16Les rayons cosmiques sont des voyageurs spatiaux par excellence.
43:20Leur vitesse sidérante nous permet de comprendre des processus mystérieux et de vérifier nos théories en physique.
43:28« Puisqu'ils sont plus énergétiques que tout ce qu'on peut créer dans un laboratoire,
43:32on va pouvoir explorer et comprendre d'autres domaines de la physique des énergies les plus hautes et les plus extrêmes. »
43:38Les rayons cosmiques sont notre lien le plus solide avec les régions les plus lointaines du cosmos.
43:43« C'est absolument fascinant.
43:45Ce sont des échantillons de matière, des étoiles et des galaxies lointaines qui parviennent jusqu'à nous et qu'on va pouvoir étudier. »
43:57« L'univers est le théâtre de phénomènes extrêmement violents.
44:01La naissance des trous noirs, les supernovées, etc.
44:04Or, les rayons cosmiques sont des messagers de ces phénomènes.
44:07Et d'une certaine manière, ils nous relient à eux à des millions d'années-lumière de distance. »
44:14Ces messagers de l'univers nous enseignent comment ils fonctionnent.