La "physique des astroparticules" est un champ de recherche jeune et très dynamique. Elle est née à la croisée de la physique des particules élémentaires, de la physique des rayons cosmiques, de la physique nucléaire, de l'astrophysique et de l'astronomie.
ASPERA (Astroparticle Physics European Research Area) est un projet du Programme Cadre 7 (PC7) de la Communauté Européenne financé par le programme ERA-NET qui a débuté en juillet 2006. La Roumanie fut le premier pays de l'Europe de l'Est à rejoindre ce groupe, en 2007, alors qu'ASPERA était encore un projet du PC6. Pour cela, quatre institutions roumaines, dont l'Institut de Sciences Spatiales (ISS) de Bucarest - Magurele, ont fondé un consortium appelé ROASTROPART. Cet article présente deux domaines de recherche auxquels l'ISS participe.
L'étude de l'astronomie par les neutrinos est un domaine de recherche encore très jeune. Les neutrinos, particules de masse très faible et uniquement sensibles à l'interaction faible, peuvent être produits dans le coeur de différents objets astrophysiques (étoiles, mais aussi des sources comme les noyaux galactiques actifs, durant l'explosion des supernovas, par les "gamma ray bursters" - sources explosives de radiations gamma de très haute énergie, etc.). Les neutrinos peuvent ensuite voyager sur des distances énormes dans l'espace, pratiquement sans interaction, portant avec eux des informations essentielles pour comprendre la physique de leurs sources. Leur très faible interaction avec la matière est donc leur grand avantage en tant que messagers de lieux et phénomènes lointains. Cependant pour les chercheurs cet avantage a un coût : pour les détecter il faut des appareils de très grandes dimensions, les "télescopes à neutrinos", pour leur permettre d'interagir et créer des particules électriquement chargées, qui seront observées par la "lumière Cherenkov" produite dans des milieux transparents. La lumière Cherenkov est produite chaque fois qu'une particule chargée se déplace dans un milieu transparent, avec une vitesse supérieure à celle de la lumière dans ce milieu.
ANTARES est le premier télescope de ce type construit et opérationnel dans l'Hémisphère Nord. Il se trouve à 2500 mètres sous le niveau de la Méditerranée, à 40 km au sud de Toulon, et est sensible aux neutrinos de très haute énergie provenant du ciel de l'hémisphère sud, zone qui contient aussi le plan galactique. ANTARES est de ce point de vue complémentaire au télescope IceCube, construit par une autre collaboration dans la glace du Pôle Sud. ANTARES a été réalisé et est exploité par une grande collaboration européenne, formée par des instituts de recherches et universités d'Allemagne, Espagne, France, Hollande, Italie, Roumanie et Russie. Les télescopes à neutrinos ne font pas seulement de l'astronomie ; le groupe de l'ISS (l'unique groupe roumain pour ANTARES) conduit des travaux sur la recherche des particules exotiques super-lourdes, en particulier les "nucléarites", agrégats de quarks "up, down et strange" (matière de quarks étrange ou strangelets), qui pourraient être l'état fondamental de la matière hadronique, remplissant ce qu'on appelle "le désert nucléaire" : le domaine de masse qui va des noyaux jusqu'aux étoiles à neutrons.
Le succès d'ANTARES a permis de voir encore plus loin : un gros consortium européen prépare déjà un télescope beaucoup plus grand : le KM3NeT (acronyme pour "cubic kilometer size (KM3) Neutrino Telescope"), qui sera construit dans la Méditerranée après 2012.
La mission PLANCK (voir la Figure 2) de l'Agence Spatiale Européenne, satellite mis en orbite en mai 2009 par la fusée Ariane 5, est une autre grande collaboration qui intéresse aussi un groupe de l'ISS, conduit par le Dr. Lucia Aurelia Popa. Le but de PLANCK est de mesurer avec une précision inégalée (à la suite des deux missions américaines COBE et WMAP) l'anisotropie du fond de rayonnement cosmique. Les physiciens pensent qu'il s'agit de la radiation résiduelle de la formation de l'Univers, et qu'elle leur permet de "regarder dans son histoire" jusqu'à 300 mille ans (séparation matière et radiation) après le Big Bang.
Le groupe de cosmologie de l'ISS travaille sur PLANCK depuis le début, quand la mission n'était encore qu'une ambition. Il est fortement actif dans l'analyse des données obtenues avec l'instrument de basse fréquence, réalisé par les italiens ; l'autre instrument, sensible aux fréquences élevées, a été construit par les français, et le télescope qui rassemble les signaux des deux appareils par les danois.
PLANCK vient de dépasser l'étape de mise en service et a commencé à envoyer les données vers la Terre, mais l'Agence Spatiale Européenne pense déjà au futur. Une autre mission, EUCLID, a été proposée. Sa mission est de cartographier la géométrie de l'univers sombre. Ses objectifs principaux sont l'étude de la matière noire et de l'énergie sombre, de la gravité modifiée et des conditions cosmiques initiales.