© 2004 Ken Glasziou
© 2004 La Bibliothèque de la Confrérie des Hommes
| Neutrinos, neutrons et étoiles à neutrons | Volume 11 - No. 3 — Table des matières | Quantum Stuff, Basic Physics |
¶ Hypothèses sur les origines possibles de la déclaration du Cahier d’Urantia sur l’effondrement des étoiles
Au début des années 1930, l’idée selon laquelle des explosions de supernova pourraient se produire et entraîner la formation d’étoiles à neutrons a été largement diffusée par Fritz Zwicky du California Institute of Technology (Caltec) qui a travaillé dans le département du professeur Millikan, Zwicky était également à l’Université de Chicago. Le Dr Sadler aurait connu Millikan. Ainsi, des possibilités alternatives pour l’origine de la citation du Livre d’Urantia ci-dessus pourraient être :
-
Les révélateurs ont suivi leur mandat et ont utilisé une source humaine d’informations sur les supernovae, peut-être Zwicky.
-
Le Dr Sadler avait découvert les minuscules particules dépourvues de potentiel électrique auprès de Zwicky, Millikan ou d’une autre personne bien informée et les avait incorporées dans Le Livre d’Urantia.
-
Il s’agit d’informations fournies pour combler les lacunes manquantes dans les connaissances autrement acquises, comme le permet le mandat. (LU 101:4.9)
Zwicky avait la réputation d’être un scientifique brillant, mais il se livrait à de nombreuses spéculations folles, dont certaines se sont révélées exactes. Un article publié par Zwicky et Baade en 1934 proposait que les étoiles à neutrons se formeraient lors d’un effondrement stellaire et que 10 % de leur masse serait perdue au cours du processus (Phys. Reviews. Vol. 45).
Dans «Trous noirs et déformations temporelles. Einstein’s Outrageous Legacy » (Picador, Londres, 1994), un livre qui couvre en détail l’œuvre et la pensée de cette période, K. S . Thorne, professeur Feynman de physique théorique à Caltec, écrit : Au début des années 1930, Fritz Zwicky et Walter Baade ont uni leurs forces pour étudier les novae, des étoiles qui s’enflamment soudainement et brillent 10 000 fois plus qu’auparavant. Baade avait connaissance de preuves provisoires selon lesquelles, outre les novae ordinaires, il existait des novae superlumineuses. Celles-ci avaient à peu près la même luminosité, mais comme on pensait qu’elles se produisaient dans des nébuleuses bien au-delà de notre Voie lactée, elles devaient signaler des événements d’une ampleur extraordinaire. Baade a collecté des données sur six de ces novae survenues au cours du siècle en cours.
Alors que Baade et Zwicky luttaient pour comprendre les supernovae, James Chadwick, en 1932, rapporta la découverte du neutron. C’était exactement ce dont Zwicky avait besoin pour calculer que si l’on pouvait faire imploser une étoile jusqu’à ce qu’elle atteigne la densité du noyau atomique, elle pourrait se transformer en un gaz de neutrons, réduire son rayon à un noyau rétréci et, ce faisant, perdre environ 10 % de sa masse. L’équivalent énergétique de la perte de masse fournirait alors la force explosive nécessaire pour alimenter une supernova.
¶ Zwicky pensait que les rayons cosmiques étaient responsables de la perte de masse et d’énergie de la supernova
Des informations extraites du livre de Thorne[1] indiquent que Zwicky ne savait rien du rôle possible des « petites particules neutres » dans l’implosion d’une étoile à neutrons, mais qu’il attribuait plutôt la totalité de la perte de masse et d’énergie aux rayons cosmiques. Alors, si ce n’est de Zwicky, quelle est alors l’origine humaine de l’affirmation du Livre d’Urantia selon laquelle les neutrinos s’échappant de son intérieur provoquent l’effondrement de l’étoile en implosion ? (Les estimations actuelles attribuent environ 99 % de l’énergie d’une explosion de supernova au fait d’être emporté par les neutrinos).
Dans son livre[1:1], Thorne déclare en outre : « Les astronomes des années 1930 ont répondu avec enthousiasme au concept de supernova de Baade-Zwicky, mais ont traité les idées de Zwicky sur l’étoile à neutrons et les rayons cosmiques avec dédain… En fait, il ressort clairement d’une étude détaillée des écrits de Zwicky de l’époque qu’il ne comprenait pas suffisamment bien les lois de la physique pour pouvoir étayer ses idées. »
Cette opinion était également partagée par Robert Oppenheimer qui a publié une série d’articles avec les collaborateurs Volkoff, Snyder et Tolman sur les idées du physicien russe Lev Landau sur l’énergie stellaire provenant d’un noyau de neutrons au cœur d’une étoile.
¶ Einstein et Eddington s’opposent au concept d’étoile à neutrons
Ces articles d’Oppenheimer concluant que les étoiles à neutrons ou les trous noirs pourraient être le résultat d’une implosion massive d’étoiles étaient à peu près aussi loin que les physiciens pouvaient aller à cette époque. Cependant, le physicien le plus éminent de l’époque, Albert Einstein, et le doyen des astronomes, Sir Arthur Eddington, se sont tous deux vigoureusement opposés aux concepts impliqués dans l’effondrement stellaire au-delà du stade naine blanche. Le sujet semble donc avoir été mis entre parenthèses au moment du déclenchement de la guerre en 1939.
Au cours des années 1940, pratiquement tous les physiciens compétents étaient occupés à des tâches liées à l’effort de guerre. Apparemment, ce n’était pas le cas pour l’astronome et physicien d’origine russe George Gamow, professeur à Leningrad qui avait accepté un poste à l’Université George Washington en 1934. Gamow a conçu le début de l’univers en expansion de Hubble comme une boule de feu thermonucléaire dans laquelle l’original La substance de la création était un gaz dense de protons, de neutrons, d’électrons et de rayonnement gamma qui s’est transmué par une chaîne de réactions nucléaires en une variété d’éléments qui composent le monde d’aujourd’hui. Se référant à ces travaux, Overbye[2] écrit : « Dans les années quarante, Gamow et un groupe de collaborateurs ont écrit une série d’articles détaillant les détails de la thermonucléogenèse. Malheureusement, leur plan n’a pas fonctionné. Certains noyaux atomiques étaient si instables qu’ils se désintégraient avant de pouvoir fusionner à nouveau en quelque chose de plus lourd, brisant ainsi la chaîne de construction des éléments. L’équipe de Gamow s’est dissoute à la fin des années 40, son travail ignoré et méprisé. »
Parmi ces travaux figurait un article de Gamow et Schoenfeld qui suggérait que la perte d’énergie des étoiles vieillissantes pourrait être médiée par un efflux de neutrinos. Cette proposition semble avoir été négligée ou ignorée jusque dans les années 1960. Cependant, il semble être la source directe de la citation LU 41:8.3 des Cahiers d’Urantia et présente des similitudes avec l’utilisation des citations directes du livre de Swann (voir p. 10) par les auteurs des Cahiers dans le sens où les auteurs utilisent sélectivement ce qui est bien et ignorer ce qui est mal. Dans leurs conclusions, Gamow et Schoenfeld ont attiré l’attention sur le fait que « les neutrinos sont encore considérés comme des particules hautement hypothétiques en raison de l’échec de tous les efforts pour les détecter », notant également que « la dynamique de l’effondrement représente de très sérieuses difficultés mathématiques ». » Et dans d’autres articles de ce groupe de Gamow, l’idée des étoiles à neutrons est ignorée au profit de grandes étoiles perdant progressivement leur masse excédentaire et se retirant gracieusement sous forme de naines blanches.
¶ La loi sur la conservation de l’énergie sous le feu des critiques
Au fil du temps, le besoin du neutrino s’est accru, d’abord pour sauvegarder la loi de conservation de l’énergie, mais aussi les lois de conservation de l’impulsion, du moment cinétique (spin) et du nombre de leptons. À mesure que les connaissances sur ce à quoi elle devrait ressembler grandissaient, ainsi que celles résultant des efforts intenses déployés pour produire la bombe atomique, des moyens possibles de détecter cette particule ont commencé à émerger. En 1953, des expériences furent lancées par une équipe dirigée par C.L. Cowan et F. Reines. Il existait désormais des réacteurs à fission dans lesquels la décomposition de l’uranium produisait des neutrons libres qui, en dehors du noyau atomique, étaient instables et se décomposaient par désintégration bêta pour produire un proton, un électron et, s’il existait, la particule manquante.
¶ Détection de l’insaisissable neutrino
L’équipe de Cowan et Reines a conçu un système élaboré pour détecter les antineutrinos d’un réacteur. En 1956, leur système détectait 70 événements de ce type par jour, imputables sans équivoque aux antineutrinos. Restait désormais à prouver que cette particule n’était pas sa propre antiparticule, comme c’est le cas du photon. Cela a été réalisé par R.R. Davis en 1956 en utilisant un système de détection conçu spécifiquement pour déterminer les propriétés du neutrino et en le testant avec une source d’antineutrino provenant d’un réacteur à fission.
¶ La recherche a repris
Selon l’éminent astrophysicien russe Igor Novikov, aucune recherche sérieuse d’étoiles à neutrons ou de trous noirs n’a été tentée par les astronomes avant les années 1960. Il dit : « On a tacitement supposé que ces objets étaient beaucoup trop excentriques et étaient très probablement le fruit de vœux pieux des théoriciens… en tout cas, s’ils existaient, alors ils ne pourraient pas être détectés.[2:1] »
Le sujet du sort des étoiles implosées a été rouvert avec vigueur lorsque Robert Oppenheimer et John Wheeler, deux des plus grands noms de la physique, ont assisté à une conférence à Bruxelles en 1958. Oppenheimer pensait que ses articles de 1939 disaient tout ce qui devait être dit. a parlé de telles implosions. Wheeler n’était pas d’accord, voulant savoir ce qui se passait au-delà des lois bien établies de la physique.
Lorsque Oppenheimer et Snyder effectuèrent leurs travaux en 1939, il était impossible de calculer les détails de l’implosion. Entre-temps, la conception des armes nucléaires avait fourni les outils nécessaires car, pour concevoir une bombe, il fallait prendre en compte les réactions nucléaires, les effets de pression, les ondes de choc, la chaleur, les radiations et l’éjection de masse. Wheeler s’est rendu compte que son équipe n’avait qu’à réécrire ses programmes informatiques afin de simuler une implosion plutôt qu’une explosion. Cependant, son équipe de bombes à hydrogène avait été dissoute et il incombait à Stirling Colgate à Livermore, en collaboration avec Richard White et Michael May, de réaliser ces simulations. Wheeler a pris connaissance des résultats et a été en grande partie responsable de l’enthousiasme suscité par cette voie de recherche. Le terme « trou noir » a été inventé par Wheeler.
La base théorique des explosions de supernova aurait été posée par E. M. Burbidge, G.R. Burbidge, W. A. Fowler et Fred Hoyle dans un article de 1957[3]. Cependant, même dans le manuel de Hoyle et Narlikar, « The Physics-Astronomy Frontier » (1980), aucune considération n’est accordée au rôle des neutrinos dans la conduction explosive de l’énergie loin du noyau d’une supernova. Dans leur article de 1957, Hoyle et ses collègues ont proposé que lorsque la température d’une étoile massive vieillissante s’élève à environ 7 milliards de degrés K, le fer est rapidement converti en hélium par un processus nucléaire qui absorbe de l’énergie. En répondant à la demande soudaine de cette énergie, le noyau refroidit rapidement et rétrécit de manière catastrophique, implose en quelques secondes et l’enveloppe extérieure s’écrase dessus. Lorsque les éléments les plus légers sont chauffés par l’implosion, ils brûlent si rapidement que l’enveloppe est projetée dans l’espace. Ainsi, deux ans après la première publication du Livre d’Urantia, les autorités les plus éminentes dans le domaine de l’évolution des étoiles ne font aucune référence aux « grandes quantités de minuscules particules dépourvues de potentiel électrique » qui, selon le livre, s’échappent de l’intérieur de l’étoile pour les amener. à propos de son effondrement. Au lieu de cela, ils invoquent la conversion du fer en hélium, un processus consommateur d’énergie que l’on considère désormais comme sans importance.
Faisant suite à l’article oublié de Gamow et Schoenfeld datant des années 1940, la suggestion suivante selon laquelle les neutrinos pourraient jouer un rôle dans les supernovae est venue d’un doctorat. étudiant, Hong-Yee Chiu, travaillant sous la direction de Philip Morrison. Chiu a proposé que vers la fin de la vie d’une étoile massive, le noyau atteindrait des températures d’environ 3 milliards de degrés auxquelles des paires électron-positon se formeraient et qu’une infime fraction de celles-ci donnerait naissance à des paires neutrino-antineutrino. Chiu a émis l’hypothèse que les rayons X seraient émis par l’étoile pendant environ 1000 ans et que la température atteindrait finalement environ 6 milliards de degrés lorsqu’un noyau de fer se formerait dans la région centrale de l’étoile. Le flux de couples neutrons-antineutrinos serait alors suffisamment important pour emporter l’énergie explosive de l’étoile en un seul jour. La période de 1000 ans prédite par Chiu pour l’émission de rayons X a été réduite à environ un an par des chercheurs ultérieurs. Les propositions de Chiu semblent avoir été publiées pour la première fois dans une thèse de doctorat soumise à l’Université Cornell en 1959. Des références éparses y sont faites par Philip Morrison[4] et par Isaac Asimov[5].
¶ Pas de courant neutre, pas de supernova
Dennis Overbye, dans son livre « Lonely Hearts of the Cosmos[6] », rapporte que, pour les supernovae, presque toute l’énergie de la chute libre vers l’intérieur sort sous forme de neutrinos. Le succès de ce scénario (tel que proposé par Chiu) dépend d’une caractéristique de l’interaction faible appelée courants neutres. Sans cela, les neutrinos ne fournissent pas suffisamment de « punch » et les théoriciens n’avaient aucune bonne explication sur la façon dont les étoiles explosent. En réalité, l’existence du courant neutre pour l’interaction faible n’a été démontrée qu’au milieu des années 1970.
Un article de 1985 (Scientific American) de Bethe et Brown intitulé « How a Supernova Explodes » montrait que la compréhension du rôle important des neutrinos était alors bien avancée. Ces auteurs attribuent cette compréhension aux simulations informatiques de W. David Arnett de l’Université de Chicago et de Thomas Weaver et Stanford Woosley de l’Université de Californie à Santa Cruz.
L’occasion de confirmer la libération des neutrinos supposés accompagner la mort spectaculaire d’une étoile géante s’est présentée en 1987 lorsqu’une explosion de supernova, visible à l’œil nu, s’est produite dans les Nuages de Magellan voisins de notre Voie Lactée. Les calculs ont indiqué que cette supernova, baptisée SN1987A, devrait donner lieu à une explosion de neutrinos d’une densité de 50 milliards par centimètre carré lorsqu’elle atteindrait finalement la Terre, même si elle s’étendait comme une « surface » sphérique provenant d’une distance de 170 000 années-lumière.
Cette explosion de neutrinos a été observée dans les énormes détecteurs de neutrinos de Kamiokande au Japon et de Fairport, Ohio, aux États-Unis. durant une période de seulement 12 secondes et confirmant les simulations informatiques qui indiquaient qu’ils devraient se diffuser relativement lentement à travers le noyau dense. À partir de l’énergie moyenne et du nombre de « coups » des neutrinos dans les détecteurs, il a été possible d’estimer que l’énergie libérée par SN1987 s’élevait à 2-3 x 1053 ergs.
Cela équivaut à l’énergie de liaison gravitationnelle calculée qui serait libérée par l’effondrement d’un noyau d’environ 1,5 masse solaire en une étoile à neutrons. Ainsi, SN1987A a fourni une confirmation remarquable du tableau général de la formation des étoiles à neutrons développé au cours des cinquante années précédentes.
Actuellement (2003), on estime que lorsque le noyau d’une étoile en train de s’effondrer implose avec suffisamment de violence pour former une masse de neutrons « chauds » à une température et une pression supérieures à 10 milliards de degrés et 100 billions (1014) g/cm^. 3^, un grand nombre de neutrinos se forment et déposent une onde de choc d’énergie dans l’enveloppe, qui est détruite lors d’une explosion de supernova. Et ainsi se réalise l’affirmation des Cahiers d’Urantia :
« Dans les grands soleils … lorsque l’hydrogène est épuisé et que la contraction gravitationnelle s’ensuit, si un tel corps n’est pas assez opaque pour retenir la pression intérieure qui soutient les régions gazeuses extérieures, alors un effondrement subit se produit. Les changements électrogravitationnels donnent naissance à d’immenses quantités de minuscules particules dépourvues de potentiel électrique, et celles-ci s’échappent promptement de l’intérieur du soleil, ce qui amène en quelques jours l’effondrement d’un soleil gigantesque. » (LU 41:8.3)
¶ Qui dunit ? Éliminer les alternatives
En nous référant à nos trois alternatives pour expliquer comment la référence au rôle des minuscules particules non chargées dans les explosions de supernova a pu figurer dans les Cahiers d’Urantia, notre enquête a montré qu’il est peu probable que Zwicky en ait été la source car il croyait fermement aux rayons X, et non pas aux rayons X. les neutrinos, représentaient la perte de masse postulée de 10% lors de la mort de l’étoile.
Rappelant que l’existence des étoiles à neutrons n’a été démontrée qu’en 1967, que certains des plus grands noms de la physique et de l’astronomie étaient totalement opposés au concept d’étoiles qui s’effondrent (Einstein, Eddington), et que, jusque dans les années 1960, la majorité des astronomes ( y compris Gamow) ont supposé que les étoiles massives perdaient leur masse au coup par coup avant de se retirer respectablement en tant que naines blanches, un processus pour lequel la perte de neutrinos n’est pas nécessaire, il semble qu’il aurait été absurde de tenter de soutenir la réalité d’une révélation au moyen de spéculations sur les étoiles à neutrons avant les années 1960.
Si, cependant, on suppose que, sur la base de ce qui aurait dû être l’avis expert d’un astrophysicien compétent mais imprudent, le Dr Sadler a écrit le matériel de la page 464 dans les articles d’Urantia à la suite des concepts sur les neutrinos apparaissant dans l’ouvrage de Gamow et al. publications des années 1940, il devient alors nécessaire de se demander pourquoi n’a-t-il pas été supprimé alors que cet ouvrage a perdu toute crédibilité.
Cela semble laisser les révélateurs eux-mêmes comme les principaux (seuls ?) suspects.
¶ Liens externes
- Article dans Innerface International : https://urantia-book.org/archive/newsletters/innerface/vol11_3/page15.html
| Neutrinos, neutrons et étoiles à neutrons | Volume 11 - No. 3 — Table des matières | Quantum Stuff, Basic Physics |
¶ Références
Thorne, K. S. (1997). (1994) « Trous noirs et déformations temporelles : l’héritage scandaleux d’Einstein » (Picador, Londres) ↩︎ ↩︎
Novikov, I. (1990) « Les trous noirs et l’univers » (Cambridge University Press) ↩︎ ↩︎
Burbidge, E. M., G. R. Burbidge, W. A. Fowler et F. Hoyle. (1957) ↩︎
Morrison, Philip, (1962) Scientific American 207 (2) 90. ↩︎
Asimov, Isaac, (1966) « The Neutrino » (Dobson Books Ltd., Londres) ↩︎
Overbye, Dennis (1991) « Lonely Hearts of the Cosmos ». (HarperCollins) ↩︎