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Comment combiner théories et expériences pour obtenir les modèles astrophysiques les plus proches de la réalité ? C’est le casse-tête auquel ont tenté de répondre des chercheurs qui ont amélioré les modèles existants à l’aide d’expériences sous rayonnement synchrotron.
Perchés à plusieurs milliers de kilomètres d’altitude et en orbites elliptiques, les télescopes spatiaux Chandra et XMM-Newton surveillent les régions éloignées de l’espace et collectent les rayons X émanant des grandes sources telles les étoiles binaires ou les trous noirs. Les spectres d’absorption obtenus confirment l’abondance particulière de fer et d’oxygène dans le milieu interstellaire dans différents états d’ionisation. Pour interpréter ces résultats, les scientifiques développent des codes, qui s’appuient sur la Physique Quantique, pour modéliser au mieux ces spectres. C’est par exemple le cas pour une équipe internationale composée de théoriciens et de chercheurs qui ont utilisé le rayonnement synchrotron pour obtenir des données expérimentales sur des ions oxygènes, qu’ils ont comparées aux modèles théoriques, puis intégrées à ces modèles pour les rendre plus performants.
Comparaison des modèles avant (en bleu) et après correction (en rouge) avec les données expérimentales récoltées sur la ligne PLEIADES pour l’ion oxygène trois fois ionisé O3+. En rouge, le spectre obtenu par le calcul après intégration des corrections au code est très proche des valeurs obtenues par l’expérience.
Pour ce faire, l’équipe a utilisé le dispositif MAIA de la ligne PLEIADES, actuellement l’un des deux seuls au monde à permettre ce genre d’expérience. Ils ont créé un plasma d’ion, duquel ils ont extrait et sélectionné des ions intéressants. Puis ils ont fait interagir cette sélection avec le faisceau synchrotron. La très haute résolution disponible sur la ligne a permis de déterminer en valeurs absolues la largeur, position et intensité des rais d’absorption des différents spectres, données nécessaires pour l’évaluation des compositions chimiques et températures des plasmas astrophysiques.
Au final, ces résultats ont montré que les modèles utilisés jusqu’alors pouvaient être assez éloignés de la réalité. Après intégration des résultats obtenus grâce au synchrotron, les modèles théoriques sont fortement améliorés. Les logiciels de modélisation astrophysique devraient donc intégrer ces nouveaux résultats pour gagner en performance.
Le dispositif MAIA sur la ligne PLEIADES est l’un des seuls au monde permettant de réaliser ce type d’expérience.