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    Nouvelle preuve que notre voisinage dans l'espace est bourré d'hydrogène

    Vue globale des couleurs améliorée de Pluton, prise lorsque le vaisseau spatial New Horizons de la NASA avait 280, 000 milles (450, 000 kilomètres) loin. Crédit :NASA/JHUAPL/SwRI

    Seuls les deux vaisseaux spatiaux Voyager y sont déjà allés, et il a fallu plus de 30 ans de voyages supersoniques. Il se trouve bien au-delà de l'orbite de Pluton, à travers la ceinture rocheuse de Kuiper, et sur quatre fois cette distance. Ce royaume, marqué uniquement par une frontière magnétique invisible, est l'endroit où se termine l'espace dominé par le Soleil :les limites les plus proches de l'espace interstellaire.

    Dans ce no man's land stellaire, les particules et la lumière émises par les 100 milliards d'étoiles de notre galaxie se heurtent aux vestiges antiques du big bang. Ce mélange, les trucs entre les étoiles, est connu comme le milieu interstellaire. Son contenu enregistre le passé lointain de notre système solaire et peut prédire son avenir.

    Les mesures du vaisseau spatial New Horizons de la NASA révisent nos estimations d'une propriété clé du milieu interstellaire :son épaisseur. Les conclusions publiées aujourd'hui dans le Journal d'astrophysique partagent de nouvelles observations selon lesquelles le milieu interstellaire local contient environ 40 % plus d'atomes d'hydrogène que certaines études antérieures ne le suggéraient. Les résultats unifient un certain nombre de mesures par ailleurs disparates et jettent un nouvel éclairage sur notre voisinage dans l'espace.

    Traverser le brouillard interstellaire

    Tout comme la Terre tourne autour du Soleil, donc tout notre système solaire dévale la Voie lactée, à des vitesses supérieures à 50, 000 milles à l'heure. Alors que nous naviguons à travers un brouillard de particules interstellaires, nous sommes protégés par la bulle magnétique autour de notre Soleil connue sous le nom d'héliosphère. De nombreux gaz interstellaires circulent autour de cette bulle, mais pas tout.

    Notre héliosphère repousse les particules chargées, qui sont guidés par des champs magnétiques. Mais plus de la moitié des gaz interstellaires locaux sont neutres, ce qui signifie qu'ils ont un nombre équilibré de protons et d'électrons. Alors que nous les enfonçons, les neutres interstellaires s'infiltrent à travers, ajouter du volume au vent solaire.

    "C'est comme si tu courais dans une brume épaisse, ramasser de l'eau, " a déclaré Eric Christian, physicien de l'espace au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, MARYLAND. " Pendant que tu cours, vos vêtements sont tout détrempés et cela vous ralentit."

    Peu de temps après la dérive de ces atomes interstellaires dans notre héliosphère, ils sont zappés par la lumière du soleil et claqués par les particules du vent solaire. Beaucoup perdent leurs électrons dans le tumulte, devenir des "ions de ramassage" chargés positivement. Cette nouvelle population de particules, bien que changé, portent avec eux les secrets du brouillard au-delà.

    "Nous n'avons pas d'observations directes d'atomes interstellaires de New Horizons, mais nous pouvons observer ces ions de ramassage, " dit Pawel Swaczyna, chercheur postdoctoral à l'Université de Princeton et auteur principal de l'étude. "Ils sont dépouillés d'un électron, mais nous savons qu'ils nous sont parvenus en tant qu'atomes neutres de l'extérieur de l'héliosphère."

    Une animation de l'héliosphère. Crédit :Centre de vol spatial Goddard de la NASA/Laboratoire d'images conceptuelles/Walt Feimer

    Le vaisseau spatial New Horizons de la NASA, lancé en janvier 2006, est celui qui convient le mieux pour les mesurer. Maintenant cinq ans après son rendez-vous avec Pluton, où il a capturé les premières images de près de la planète naine, aujourd'hui, il s'aventure à travers la ceinture de Kuiper au bord de notre système solaire où les ions de captage sont les plus frais. Le vent solaire du vaisseau spatial autour de Pluton, ou instrument SWAP, peut détecter ces ions de captage, les distinguant du vent solaire normal par leur énergie beaucoup plus élevée.

    La quantité d'ions de captage détectée par New Horizons révèle l'épaisseur du brouillard que nous traversons. Tout comme un jogger devient plus mouillé en courant dans un brouillard plus épais, plus les ions de captage observés par New Horizons, plus le brouillard interstellaire doit être dense à l'extérieur.

    Mesures divergentes

    Swaczyna a utilisé les mesures de SWAP pour dériver la densité d'hydrogène neutre au choc de terminaison, où le vent solaire bute contre le milieu interstellaire et ralentit brutalement. Après des mois de contrôles et de tests minutieux, le nombre qu'ils ont trouvé était de 0,127 particules par centimètre cube, ou environ 120 atomes d'hydrogène dans un espace de la taille d'un litre de lait.

    Ce résultat a confirmé une étude de 2001 qui a utilisé Voyager 2 - à environ 4 milliards de kilomètres de distance - pour mesurer à quel point le vent solaire avait ralenti au moment où il est arrivé sur le vaisseau spatial. Le ralentissement, en grande partie à cause des particules intermédiaires du milieu interstellaire, a suggéré une densité d'hydrogène interstellaire correspondante, environ 120 atomes d'hydrogène dans un espace de la taille d'un quart.

    Mais des études plus récentes ont convergé autour d'un nombre différent. Des scientifiques utilisant les données de la mission Ulysse de la NASA, à une distance légèrement plus proche du Soleil que Jupiter, mesuré les ions de captage et estimé une densité d'environ 85 atomes d'hydrogène dans un quart d'espace. Quelques années plus tard, une étude différente combinant les données d'Ulysse et de Voyager a trouvé un résultat similaire.

    "Tu sais, si vous découvrez que quelque chose de différent du travail précédent, la tendance naturelle est de commencer à chercher vos erreurs, " dit Swaczyna.

    Mais après avoir creusé un peu, le nouveau numéro a commencé à ressembler au bon. Les mesures de New Horizons correspondent mieux aux observations basées sur des étoiles lointaines. Les mensurations d'Ulysse, d'autre part, présentaient un défaut :ils étaient beaucoup plus proches du Soleil, où les ions de captage sont plus rares et les mesures plus incertaines.

    "Les observations d'ions de captage de l'héliosphère interne passent par des milliards de kilomètres de filtrage, " Christian a dit. " Étant la plupart du temps là-bas, où se trouve New Horizons, fait une énorme différence."

    Le ruban reste l'une des plus grandes découvertes d'IBEX. Il fait référence à un vaste, bande diagonale de neutres énergétiques, peint sur le devant de l'héliosphère. Crédit :NASA/IBEX

    Quant aux résultats combinés Ulysse/Voyager, Swaczyna a remarqué que l'un des nombres dans le calcul était obsolète, 35% inférieur à la valeur consensuelle actuelle. Le recalcul avec la valeur actuellement acceptée leur a donné une correspondance approximative avec les mesures de New Horizons et l'étude de 2001.

    "Cette confirmation de notre ancien, le résultat presque oublié est une surprise, " a déclaré Arik Posner, auteur de l'étude de 2001 au siège de la NASA à Washington, D.C. « Nous pensions que notre méthodologie assez simple pour mesurer le ralentissement du vent solaire avait été dépassée par des études plus sophistiquées menées depuis, mais pas ainsi."

    Une nouvelle configuration du terrain

    Passer de 85 atomes dans un litre de lait à 120 peut sembler peu. Pourtant, dans une science fondée sur des modèles comme l'héliophysique, un ajustement à un nombre affecte tous les autres.

    La nouvelle estimation peut aider à expliquer l'un des plus grands mystères de l'héliophysique de ces dernières années. Peu de temps après que la mission Interstellar Boundary Explorer ou IBEX de la NASA ait renvoyé son premier ensemble de données complet, les scientifiques ont remarqué une étrange bande de particules énergétiques provenant du bord avant de notre héliosphère. Ils l'ont appelé le "ruban IBEX".

    "Le ruban IBEX a été une grande surprise - cette structure au bord de notre système solaire d'un milliard de kilomètres de large, 10 milliards de kilomètres de long, que personne ne savait était là, " Christian a dit. "Mais alors même que nous développions les modèles pour expliquer pourquoi il était là, tous les modèles montraient qu'il ne devrait pas être aussi brillant qu'il l'est."

    "La densité interstellaire 40% plus élevée observée dans cette étude est absolument critique", a déclaré David McComas, professeur de sciences astrophysiques à l'Université de Princeton, chercheur principal de la mission IBEX de la NASA et co-auteur de l'étude. "Non seulement cela montre que notre Soleil est encastré dans une partie beaucoup plus dense de l'espace interstellaire, cela peut également expliquer une erreur significative dans nos résultats de simulation par rapport aux observations réelles d'IBEX."

    Surtout, bien que, le résultat donne une meilleure image de notre voisinage stellaire local.

    "C'est la première fois que nous avons des instruments qui observent des ions de captage aussi loin, et notre image du milieu interstellaire local correspond à celles d'autres observations astronomiques, " dit Swaczyna. " C'est bon signe. "


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