Vous voyez, ce n'est pas un télescope à balayage d'étoiles ordinaire. Plutôt que de chasser des objets cosmiques lointains, l'observatoire ANTARES utilise des dispositifs extrêmement sensibles à la lumière pour détecter quelque chose de l'espace, ici même sur Terre: la lumière émise par un neutrino cosmique, une particule subatomique, un peu comme un électron sans charge à travers l'eau de mer.
Les physiciens d'ANTARES savaient, au début, qu'ils pourraient voir un peu de lumière provenant d'autres sources, comme les poissons d'eau profonde. Mais la lueur qu'ils voyaient était suffisamment intense pour entraver leur travail. D'où pourrait-il provenir?
Heureusement, contrairement à la plupart des observatoires, ANTARES emploie des océanographes, des géologues, des biologistes marins et des climatologues, en plus des astrophysiciens. Après une étude plus approfondie, ces experts ont découvert que la lumière provenait d’une prolifération massive de bactéries bioluminescentes des grands fonds, provoquée par l’eau qui était transportée de la surface vers les profondeurs..
Ce qui semblait être un obstacle au départ s’est avéré être une avancée décisive: pour leur étude de la prolifération des grands fonds marins, la collaboration ANTARES a reçu un prix spécial du magazine scientifique La recherche, qui récompense chaque année une recherche scientifique exemplaire en 2014. Il s’agit de la plus longue observation jamais réalisée sur une telle prolifération dans les grands fonds marins. Sans ANTARES, les scientifiques l’auraient probablement manqué.
ANTARES est situé dans la mer Méditerranée au large de Toulon, présenté ici. David.Monniaux / CC BY-SA 3.0C'est ce qui rend cet observatoire si extraordinaire. c'est une véritable collaboration interdisciplinaire, fournissant des données pour un groupe de champs qui pourraient autrement sembler complètement déconnectés.
«C’est la partie amusante de ce travail, car quand on parle de mon projet avec les océanographes, ils disent:« un télescope, vraiment? », Déclare Séverine Martini, chercheuse à l’Institut de recherche de Monterey Bay, qui a utilisé ANTARES pour ses études sur le bioluminescent bactéries. Elle faisait partie du groupe qui a étudié la prolifération bactérienne en haute mer. «En attendant, lorsque nous parlons de bioluminescence et de phénomènes océanographiques à des astrophysiciens, nous obtenons en quelque sorte des regards vides. Mais c’est le bon côté de travailler avec différents domaines. Nous essayons de résoudre différents problèmes, mais nous travaillons ensemble. ”
Le fond de l'océan peut sembler un choix étrange d'emplacement pour un télescope. Mais lorsque vous recherchez des neutrinos, la mer profonde est en fait le lieu idéal pour effectuer une recherche..
Les astrophysiciens sont intrigués par les neutrinos cosmiques, vraisemblablement produits par des phénomènes de haute énergie et de violence dans l'espace; Les deux seules sources confirmées sont le soleil et une supernova lointaine, mais les physiciens ont hâte de découvrir d'où proviennent ces particules. Le problème est que les neutrinos ne sont que l'une des nombreuses particules bombardant constamment la Terre. Contrairement à beaucoup d'autres particules, comme les rayons X ou les rayons cosmiques, les neutrinos n'interagissent que très faiblement avec la matière, ce qui les rend particulièrement difficiles à détecter dans le bruit..
Pour aggraver les choses, des neutrinos sont également produits dans l'atmosphère et peuvent être difficiles à distinguer de leurs homologues cosmiques..
ANTARES a été utilisé pour l’étude des bactéries bioluminescentes. Séverine MartiniC’est là que l’océan entre en jeu. Les neutrinos sont les seules particules capables de traverser directement la Terre. ANTARES utilise donc la Terre comme un bouclier, à la recherche de muons «ascendants» très semblables aux électrons, mais sans masse - les neutrinos produire comme ils passent à travers la terre. Pour détecter ces muons, les photomultiplicateurs de l'observatoire recherchent une minuscule rafale de lumière appelée rayonnement Chérenkov, produite lorsqu'une particule chargée se déplace plus rapidement que la vitesse de la lumière dans l'eau..
Placer un télescope à neutrinos au fond de la mer revient donc à le placer entre deux filtres, qui ne filtrent que ce qui est intéressé par l’enregistrement..
Donc, placer le télescope au fond de la mer le rend théoriquement plus utile pour observer l'espace, mais aussi beaucoup plus pour observer le fond de la mer. «Au sens large, nous ouvrons une nouvelle fenêtre sur l'univers», déclare Antoine Kouchner, professeur et chercheur en cosmologie à l'Université Paris Diderot et porte-parole de la collaboration ANTARES. «Mais être un observatoire câblé à terre permet des données et une surveillance en temps réel. Et c’est là que cela devient intéressant pour la science de la mer. "
La plupart des informations provenant de la mer profonde se présentent sous forme de petites piqûres; généralement, les instruments ou les véhicules ne sont envoyés au fond que quelques heures à la fois. Les informations sur la mer profonde sont donc généralement dispersées et déconnectées, à la fois spatialement et temporellement.
Un prototype de DOM KM3NeT installé sur la chaîne d’instrumentation du télescope à neutrinos ANTARES. Edewolf / CC BY-SA 3.0En revanche, l'observatoire ANTARES a transmis des données de manière constante, jour après jour, au cours des années. Cette information pourrait s'avérer particulièrement pertinente pour les scientifiques qui étudient le changement climatique, qui ont besoin d'ensembles de données couvrant plusieurs années afin de déterminer ce qui change dans un océan en réchauffement..
«En gros, disposer d’une prise électrique et d’un câble Ethernet à une profondeur de 2 500 m constitue un grand pas en avant pour les études scientifiques en sciences de la Terre et de la Mer», a plaisanté Paschal Coyle, astrophysicien des particules et ancien porte-parole de la collaboration. «J'ai été surpris de constater que cette communauté ne faisait pas déjà ce que nous faisions.»
Grâce aux nombreux capteurs fournis par ANTARES (surveillance de l'oxygène, de la température, de la pression, de la salinité, de l'activité sismique et bien plus encore), la portée des projets non physiques d'ANTARES est maintenant vaste, allant du suivi du flux de sédiments sur le fond de la mer à l'enregistrement d'appels de cachalots comme ils chassent dans les profondeurs.
Et ils étudient encore ces minuscules points de lumière qui étaient du bruit pour les astrophysiciens. Au cours de son doctorat À l'Institut méditerranéen d'océanographie, Martini a découvert une nouvelle forme de bactérie bioluminescente qu'elle observe presque continuellement dans les profondeurs à l'aide d'ANTARES. Dans son dernier article, en novembre, Martini a décrit l'activité de bioluminescence de ces bactéries pour une année consécutive à l'aide des données ANTARES. Elle a découvert que les bactéries émettaient de la lumière même dans des conditions stables et que les bactéries bioluminescentes étaient plus actives que les bactéries, suggérant ainsi que l'émission de lumière procure une sorte d'avantage écologique..
"Je pense que c'est intéressant parce que nous avons découvert quelque chose que personne n'aurait jamais cherché", a déclaré Martini. "Le rôle écologique de la bioluminescence est bien décrit pour de nombreux macro-organismes, mais pour les bactéries, nous ne savons toujours pas vraiment pourquoi elles émettent de la lumière." Une théorie suggère que la bactérie luit lorsque plusieurs s'attachent aux particules espoirs d'attirer un animal plus gros et affamé comme un poisson. Pour une bactérie, être mangé est une bonne chose, car être excrété plus tard peut contribuer à sa propagation dans de nouveaux environnements..
Vue d'artiste du nouveau télescope à neutrinos KM3NeT, qui sera implanté en France, en Sicile et en Grèce. Edewolf / CC BY-SA 3.0La prochaine étape pour ANTARES est une étape importante: la collaboration construit un nouvel observatoire, baptisé KM3NeT. Le nouvel observatoire sera 50 fois plus grand que ANTARES et sera situé sur trois sites, en France, en Sicile et en Grèce. Au cours de ses dix années d’exploitation, ANTARES n’a pas réussi à détecter les neutrinos cosmiques; avec le nouvel observatoire, les collaborateurs espèrent enfin résoudre le problème de l'origine des particules et en apprendre davantage sur leurs propriétés fondamentales.
De plus, la communauté des sciences de la mer et de la terre a été impliquée dans le développement de KM3NeT depuis le début. Les nouvelles stations hébergeront encore plus de capteurs, y compris une caméra conçue pour détecter la vie, des détecteurs de radioactivité et un véhicule télécommandé, ce que Coyle, qui est le porte-parole du nouvel observatoire, comparera au robot Disney Wall-E. qui sera en mesure d'explorer le fond marin et de filmer ce qu'il trouve.
«Le potentiel de la science interdisciplinaire et synergique avec des observatoires marins en haute mer câblés est énorme», a déclaré Coyle. "ANTARES a ouvert la voie, et je suis convaincu que de nombreuses surprises à cet égard seront à venir."
Les océans absorbant d'énormes quantités de chaleur et acidifiant le dioxyde de carbone, les changements semblent presque certains. Mais avec ces observatoires collaboratifs, comme le dit Coyle, la surveillance agit constamment, en tant que «gardiens de l'abîme» - ils ne seront peut-être pas si surprenants.