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Sommes-nous seuls dans l'univers ?

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Un gel reconstructeur

© Wiki Commons

 

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Mars a tremblé

© Wiki Commons 

 

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Une nouvelle espèce d’hominidé découverte aux

© Wiki Commons 

Découverts sur l’île de Luzon, dans la grotte de Callao aux Philippines, des fossiles vieux de plus de 50 000 ans ont entraîné une véritable effervescence. Menées par l'University of the Philippines, l'Australian National University et le Muséum National d'Histoire Naturelle à Paris, les recherches ont permis de mettre au jour des restes fossiles appartenant à deux adultes et un enfant : des dents, des phalanges d’orteils et de doigts, un fémur d’enfant.

Un nouvel hominidé et de nouvelles questions

« En 2007 à Callao, un niveau d’occupation humaine a été découvert à près de 3 mètres sous la surface. Il y avait beaucoup d’ossements et de dents d’animaux et également un os de pied de morphologie humaine. Une publication est écrite en 2010. D’autres fouilles sont menées en 2009, 2011 et 2015. La plupart des fossiles ont été découverts lors des fouilles de 2011. Les analyses, comme les datations et les comparaisons des fossiles faisant appel aux techniques d’imagerie 3D, ont ensuite été réalisées. Cela prend énormément de temps. Nous avons soumis notre article à Nature en décembre 2017, et il a été publié en avril 2019» explique Florent Détroit paléontologue, maître de conférence au Muséum National d’Histoire Naturelle et l’un des découvreurs d’Homo luzonensis.

« Les fossiles humains retrouvés sont très différents de ce que l’on connaissait déjà, cela justifie la création d’une nouvelle espèce. Ils montrent en effet un Homme petit, ce qui est à l’opposé des Hommes de la même époque » explique Antoine Balzeau, chercheur au CNRS et au Muséum National d’Histoire Naturelle en Histoire naturelle de l’Homme préhistorique. De telles informations ont notamment pu être tirées des dents retrouvées, très petites et présentant une morphologie très particulière.

Homo luzonensis n’est pas un ancêtre direct de l’Homme moderne, mais les restes de pieds et de mains ressemblent fortement à ceux des Australopithèques. Or, ceux-ci ont disparu d’Afrique il y plus de deux millions d’années. Homo luzonensis est-il un descendant des Australopithèques ou ses caractères s’expliquent-ils par leur évolution caractérisée par un long isolement sur l’île ? « Il existe une ressemblance morphologique avec l’Australopithèque, notamment au niveau des phalanges. Il reste de nombreux travaux à faire pour mieux comprendre cette ressemblance. Mais l’Australopithèque et Homo luzonensis sont totalement déconnectés dans le temps et l’espace, ils n’ont pas de relation directe» selon Antoine Balzeau.

Une carcasse fossile de rhinocéros portant des marques de boucherie et des outils en pierre datés de 700 000 ans ont également été découverts près de la grotte de Callao, confirmant la présence très ancienne de l’Homme sur l’île de Luzon.  « La vision de l’évolution de l’Homme en Asie est totalement modifiée avec les récentes découvertes. Celle-ci est plus complexe mais surtout bien plus intéressante » ajoute Florent Détroit.

La méthode de datation

Les restes ont été datés grâce à la méthode des séries de l’uranium. L’uranium est soluble dans l’eau, il se désintègre lentement pour se transformer en un de ses isotopes. Celui-ci se désintègre ensuite en thorium, insoluble dans l’eau. L’eau contient donc de l’uranium et de son isotope, mais pas de thorium. Lorsqu’un objet est en contact avec de l’eau, il piège l’uranium dissout dans l’eau. A l’origine, ce matériau contient seulement de l’uranium. La dégradation de l’uranium et de son isotope entraîne la formation de thorium. On peut donc dater un objet en calculant la quantité de thorium présent.

Florent Détroit est l’un des découvreur d’Homo luzonensis : « La seule technique de datation qui a fonctionné est la technique des séries de l’uranium, notamment parce que l’âge des fossiles se situe au-delà de la limite de la méthode du carbone 14 (environ 40 000 ans). Elle a été appliquée à certains fossiles humains, mais aussi à deux dents de cervidés de la même couche» .

 

 

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Une demi-vie qui dépasse l'âge de l'univers
Les scientifiques du projet XENON1T ont pu déterminer la demi-vie du xénon 124, plus longue que l'âge de l'Univers.

Construit 1500 m sous le sol italien, le Laboratoire National de San Grasso (LNSG) accueille le détecteur XENON1T, résultat de la collaboration internationale de plus de 160 chercheurs venus d'Europe, des États-Unis et du Moyen Orient. Le 29 avril 2019, ils annonçaient l'observation de la désintégration du xénon 124.

A la recherche de la matière noire

Construit à partir de 2012, le détecteur XENON1T a commencé ses mesures dès 2016. Aujourd'hui, alors qu'il est démonté pour permettre la construction de son successeur, les chercheurs traitent encore les données qu'il a récoltées. Ce détecteur est assigné à la recherche directe et à l'observation de la matière noire. « Il y cinq à six fois plus de matière noire dans l’Univers que de matière ordinaire. L’estimation de la quantité de la matière noire se fait avec les modèles théoriques comme celui du Big Bang. Tous les modèles supposent la présence de matière noire » explique Dominique Thers, chef d'équipe du groupe XENON du laboratoire Subatech. Pourtant, elle n'a jamais été observée directement. On suppose qu'elle est composée de particules neutres et insensibles aux forces électromagnétiques car elle n'émet pas de lumière. « Les modèles théoriques les plus probables sont ceux qui décrivent la matière noire constituée de particules élémentaires lourdes et lentes, nouvelles et encore inconnues » ajoute le chercheur. « Les chercheurs tentent d’observer la matière noire depuis plus de deux générations déjà, sans succès. Elle interagit très faiblement avec la matière ordinaire, donc il faut construire des expériences de plus en plus grandes et de plus en plus silencieuses et sensibles pour pouvoir l'observer ».

Un détecteur ultra-sensible

Du fait de ces interactions très faibles, le détecteur doit également être le plus isolé possible des bruits. Il est donc enfoui sous terre pour limiter l'impact de la radioactivité et c'est le xénon qui est utilisé, un gaz noble qui est très peu réactif. Cela fait de lui le détecteur le plus sensible au monde.

Selon les modèles théoriques, la matière noire ne devrait que très rarement entrer en contact avec les atomes de xénon du détecteur. Celui-ci, cylindrique, mesure un mètre de long et contient près de 3500 kg de xénon liquide à -95°C. « Le détecteur est conçu comme un oignon : plus on va au coeur du détecteur plus l’appareil est fiable et efficace. Au centre se trouve une tonne de xénon, celle qui détecte la matière noire. Deux tonnes de xénon viennent ensuite blinder le détecteur pour l’isoler des bruits » nous apprend Julien Masbou enseignant chercheur au Laboratoire de Physique Subatomique et des Technologies Associées. Lorsqu'un atome de xénon rencontre une particule de matière noire, celle-ci transfère de l'énergie au noyau de l'atome qui excite à son tour d'autres atomes de xénon. Ce mécanisme produit in fine des courants électriques et aussi l'émission de rayonnement UV. Ces rayonnements sont ensuite détectés par des photodétecteurs placés aux extrémités de la zone active.

Des mesures complexes

XENON1T est aussi capable de mesurer la double capture électronique, permettant de calculer la désintégration du xénon 124. « La double capture électronique n’était pas le but de l’expérience, c’est une découverte due au hasard » commente Julien Masbou. Ce phénomène est très difficile à détecter car il st masqué par la radioactivité ambiante mais aussi parce que « la désintégration du xénon 124 est un processus très faible en amplitude et en intensité, et donc difficilement observable » explique Dominique Thers. Le principe est le suivant : deux protons du noyau de xénon capturent simultanément deux électrons de la couche électronique la plus interne. Ils se transforment en neutrons et deux neutrinos sont émis. Les électrons de la couche prélevée se réarrangent. Le processus émet des rayons X, détectables. C'est grâce à ce mécanisme que les chercheurs ont pu déterminer la demi-vie du xénon qui est de 1,8.10²² ans, soit mille milliard de fois plus grande que celle de notre univers.

La détection de cette double capture électronique confirme la puissance de ce détecteur. La matière noire n'a pas encore été détectée, mais les scientifiques sont optimistes quand à l'observation directe de celle-ci, car le détecteur a fait ses preuves. « Nous n’avons pas observé la matière noire mais la découverte de la double capture électronique montre bien que notre instrument fonctionne » se félicite Julien Masbou. Selon Dominique Thers, « on observe déjà indirectement la matière noire grâce aux courbes de rotation des étoiles dans les galaxies, aux microlentilles gravitationnelles ou aux rayonnements cosmologiques. Il y a beaucoup d’observations à différentes échelles qui justifient la présence de matière noire ». Grâce aux informations fournies par le détecteur XENON1T, les chercheurs pourront également étudier plus en détail la nature des neutrinos.

Ils traqueront les doubles captures électronique sans neutrino pour mieux les étudier. Une autre phase de recherche, XENONnT, verra bientôt le jour après la mise à niveau actuelle de l'équipement. « XENONnT sera plus sensible, avec un total de cinq tonnes de xénon contre trois pour XENON1T, c’est la plus importante expérience utilisant du xénon pour détecter de la matière noire » selon Julien Masbou. Cela devrait permettre de gagner un ordre de grandeur et augmenter les chances de détecter de la matière noire, cette « quête de l’extrême » conclut Dominique Thers.

 

En savoir plus :

L'article original :https://www.nature.com/articles/s41586-019-1124-4

Le site de SubaTech : http://www-subatech.in2p3.fr/fr/recherche/nucleaire-et-sante/xenon/recherche/fondamentales/xenon1t

Camille Paschal
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