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196 lasers aident les scientifiques à recréer la condition

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Technicien chez NIF

Photo : Un technicien travaille au National Ignition Facility. Les scientifiques ont utilisé un réseau de 196 lasers pour créer des conditions similaires au gaz chaud à l’intérieur d’amas géants de galaxies.
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Crédit : National Ignition Facility

Les galaxies vivent rarement seules. Au lieu de cela, des dizaines à des milliers sont maintenus ensemble par la gravité, formant d’énormes amas des plus gros objets de l’univers.

« Les amas de galaxies sont parmi les choses les plus impressionnantes de l’univers », a déclaré le professeur émérite Don Lamb, astrophysicien à l’Université de Chicago et co-auteur d’un nouvel article publié le 9 mars. des décennies d’obscurité.

Les scientifiques savent depuis longtemps que l’hydrogène gazeux dans les amas de galaxies est trop chaud – environ 10 millions de degrés Kelvin, soit à peu près la même température que le centre du Soleil – et trop chaud pour que des atomes d’hydrogène existent. Au lieu de cela, le gaz est un plasma composé de protons et d’électrons.

Mais le mystère demeure : il n’y a aucune explication directe pour expliquer pourquoi ou comment le gaz reste si chaud. Selon les règles naturelles de la physique, il doit s’être refroidi pendant la durée de vie de l’univers. Mais elle ne l’a pas fait.

Le défi pour quiconque essaie de résoudre ce casse-tête est que vous ne pouvez pas exactement créer ce genre de conditions magnétiques chaudes et fortes dans votre propre arrière-cour.

Cependant, il n’y a maintenant qu’un seul endroit sur Terre où vous pouvez le faire : l’installation laser la plus active au monde. Le National Ignition Facility du Lawrence Livermore National Laboratory est capable de créer de telles conditions extrêmes, mais seulement pendant une fraction de seconde à la taille d’un centime.

Des scientifiques d’UChicago, de l’Université d’Oxford et de l’Université de Rochester ont travaillé ensemble pour utiliser le National Ignition Facility – situé à Livermore, en Californie – pour créer des conditions similaires au gaz chaud dans des amas galactiques géants. « Les expériences menées au NIF sont littéralement hors de ce monde », a déclaré Jena Meinecke, qui était le premier auteur de l’article.

Les scientifiques ont concentré 196 lasers sur une seule petite cible, créant un plasma blanc chaud avec des champs magnétiques intenses présents pendant quelques milliardièmes de seconde.

C’était assez long pour qu’ils déterminent qu’au lieu d’une température uniforme, il y avait des points chauds et froids dans le plasma.

Ceci est cohérent avec l’une des théories qui ont été proposées sur la façon dont la chaleur est piégée à l’intérieur des amas de galaxies. Normalement, la chaleur peut être facilement distribuée lorsque les électrons entrent en collision les uns avec les autres. Mais les champs magnétiques intriqués à l’intérieur du plasma peuvent affecter ces électrons, les faisant tourner dans la direction des champs magnétiques, les empêchant de distribuer et de répartir leur énergie de manière uniforme.

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En fait, ils ont vu dans l’expérience que la livraison de puissance était supprimée plus de 100 fois.

« C’est un résultat très excitant car nous avons pu montrer que ce que les astrophysiciens ont proposé est sur la bonne voie », a déclaré Lamb, professeur d’astronomie et d’astrophysique Robert A. Millikan.

« C’est en effet un résultat étonnant », a ajouté un co-auteur de l’étude à l’Université de Rochester. Professeur Petros Tseverakos, qui a supervisé les simulations informatiques de l’expérience complexe. « Les simulations ont été essentielles pour démêler la physique du plasma magnétisé turbulent, mais le niveau d’inhibition du transfert de chaleur était plus élevé que prévu. »

Les simulations ont été réalisées à l’aide d’un code informatique appelé FLASH Codes, qui a été développé à l’Université de Chicago et est maintenant hébergé à l’Université de Rochester. Centre Flash pour les sciences informatiquesdirigé par Tzeferacos. Le code permet aux scientifiques de simuler leurs expériences avec des lasers de manière très détaillée avant qu’elles ne soient réalisées, afin qu’ils puissent obtenir les résultats qu’ils recherchent.

Ceci est essentiel car les scientifiques n’obtiennent que quelques précieux instantanés dans l’installation – si quelque chose ne va pas, il n’y a pas de rediffusion. Et parce que les conditions de l’expérience ne durent qu’une nanoseconde, les scientifiques doivent s’assurer qu’ils effectuent les mesures dont ils ont besoin exactement au bon moment. Cela signifie que tout doit être soigneusement planifié très tôt.

« C’est un défi quand vous êtes à la toute fin de ce que vous pouvez faire, mais c’est là que se trouvent les limites », a déclaré Lamb.

Cependant, il y a encore plus de questions sur la physique des amas de galaxies. Bien que les points chauds et froids soient des preuves solides de l’influence des champs magnétiques sur le refroidissement des gaz chauds dans les amas de galaxies, d’autres expériences sont nécessaires pour comprendre exactement ce qui se passe. Le groupe planifie sa prochaine série d’essais au NIF plus tard cette année.

Pour l’instant, cependant, ils sont heureux de faire la lumière sur les raisons pour lesquelles le gaz dans les amas de galaxies reste chaud même après des milliards d’années.

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Les scientifiques savent depuis longtemps que l’hydrogène gazeux dans les amas de galaxies est trop chaud – environ 10 millions de degrés Kelvin, soit à peu près la même température que le centre du Soleil – et trop chaud pour que des atomes d’hydrogène existent. Au lieu de cela, le gaz est un plasma composé de protons et d’électrons.

Mais le mystère demeure : il n’y a aucune explication directe pour expliquer pourquoi ou comment le gaz reste si chaud. Selon les règles naturelles de la physique, il doit s’être refroidi pendant la durée de vie de l’univers. Mais elle ne l’a pas fait.

Le défi pour quiconque essaie de résoudre ce casse-tête est que vous ne pouvez pas exactement créer ce genre de conditions magnétiques chaudes et fortes dans votre propre arrière-cour.

Cependant, il n’y a maintenant qu’un seul endroit sur Terre où vous pouvez le faire : l’installation laser la plus active au monde. Le National Ignition Facility du Lawrence Livermore National Laboratory est capable de créer de telles conditions extrêmes, mais seulement pendant une fraction de seconde à la taille d’un centime.

Des scientifiques d’UChicago, de l’Université d’Oxford et de l’Université de Rochester ont travaillé ensemble pour utiliser le National Ignition Facility – situé à Livermore, en Californie – pour créer des conditions similaires au gaz chaud dans des amas galactiques géants. « Les expériences menées au NIF sont littéralement hors de ce monde », a déclaré Jena Meinecke, qui était le premier auteur de l’article.

Les scientifiques ont concentré 196 lasers sur une seule petite cible, créant un plasma blanc chaud avec des champs magnétiques intenses présents pendant quelques milliardièmes de seconde.

C’était assez long pour qu’ils déterminent qu’au lieu d’une température uniforme, il y avait des points chauds et froids dans le plasma.

Ceci est cohérent avec l’une des théories qui ont été proposées sur la façon dont la chaleur est piégée à l’intérieur des amas de galaxies. Normalement, la chaleur peut être facilement distribuée lorsque les électrons entrent en collision les uns avec les autres. Mais les champs magnétiques intriqués à l’intérieur du plasma peuvent affecter ces électrons, les faisant tourner dans la direction des champs magnétiques, les empêchant de distribuer et de répartir leur énergie de manière uniforme.

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En fait, ils ont vu dans l’expérience que la livraison de puissance était supprimée plus de 100 fois.

« C’est un résultat très excitant car nous avons pu montrer que ce que les astrophysiciens ont proposé est sur la bonne voie », a déclaré Lamb, professeur d’astronomie et d’astrophysique Robert A. Millikan.

« C’est en effet un résultat étonnant », a ajouté un co-auteur de l’étude à l’Université de Rochester. Professeur Petros Tseverakos, qui a supervisé les simulations informatiques de l’expérience complexe. « Les simulations ont été essentielles pour démêler la physique du plasma magnétisé turbulent, mais le niveau d’inhibition du transfert de chaleur était plus élevé que prévu. »

Les simulations ont été réalisées à l’aide d’un code informatique appelé FLASH Codes, qui a été développé à l’Université de Chicago et est maintenant hébergé à l’Université de Rochester. Centre Flash pour les sciences informatiquesdirigé par Tzeferacos. Le code permet aux scientifiques de simuler leurs expériences avec des lasers de manière très détaillée avant qu’elles ne soient réalisées, afin qu’ils puissent obtenir les résultats qu’ils recherchent.

Ceci est essentiel car les scientifiques n’obtiennent que quelques précieux instantanés dans l’installation – si quelque chose ne va pas, il n’y a pas de rediffusion. Et parce que les conditions de l’expérience ne durent qu’une nanoseconde, les scientifiques doivent s’assurer qu’ils effectuent les mesures dont ils ont besoin exactement au bon moment. Cela signifie que tout doit être soigneusement planifié très tôt.

« C’est un défi quand vous êtes à la toute fin de ce que vous pouvez faire, mais c’est là que se trouvent les limites », a déclaré Lamb.

Cependant, il y a encore plus de questions sur la physique des amas de galaxies. Bien que les points chauds et froids soient des preuves solides de l’influence des champs magnétiques sur le refroidissement des gaz chauds dans les amas de galaxies, d’autres expériences sont nécessaires pour comprendre exactement ce qui se passe. Le groupe planifie sa prochaine série d’essais au NIF plus tard cette année.

Pour l’instant, cependant, ils sont heureux de faire la lumière sur les raisons pour lesquelles le gaz dans les amas de galaxies reste chaud même après des milliards d’années.

« C’est un rappel que l’univers est plein de choses incroyables », a déclaré Lamb.

Il était le chercheur principal de l’expérience Professeur Gianluca Gregory À partir de L’université d’Oxford. Les membres de l’équipe comprenaient également Oxford Professeur Alexander ShikuchinPrinceton Robot Archieet Laboratoire national Lawrence Livermore James Stephen Ross.


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Trois lancements de missiles spéciaux à surveiller

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Trois lancements de missiles spéciaux à surveiller

Avez-vous vu le lancement du Starship de SpaceX plus tôt ce mois-ci ? Si cela a aiguisé votre appétit pour des lancements de fusées plus avancés, alors vous avez de la chance car cet été verra trois autres lancements de grande envergure.

Attendez-vous à une rare sortie de la fusée Falcon Heavy de SpaceX, au lancement de la première nouvelle fusée et à une tentative d’envoyer des astronautes plus loin dans l’espace que jamais depuis les missions Apollo de la NASA au début des années 1970.

Voici tout ce que vous devez savoir – et les dates de votre agenda.

Mardi 25 juin : Rare lancement et atterrissage tandem

Mission : SpaceX Falcon Heavy lance le satellite GOES-U de la NOAA.

Où regarder : SpaceX site Web ou Chaîne Youtube.

La dixième fusée SpaceX Falcon Heavy sera lancée aujourd’hui depuis le Kennedy Space Center en Floride, mettant en orbite un satellite météorologique NASA/NOAA GOES-U. GOES-U est unique en ce sens qu’il dispose d’un coronographe qui image mystérieusement l’atmosphère extérieure la plus chaude du Soleil, aidant ainsi les physiciens solaires à prédire avec plus de précision la météo spatiale.

Falcon Heavy est un lanceur lourd partiellement réutilisable, et le point culminant sera de voir ses deux propulseurs atterrir côte à côte sur deux plateformes côte à côte.

La NASA et SpaceX visent une fenêtre de lancement de deux heures qui s’ouvrira à 17 h 16 HNE le mardi 25 juin, mais gardez un œil sur SpaceX se nourrit de X Pour un timing précis.

Mardi 9 juillet : Une nouvelle fusée puissante décolle pour la première fois dans le ciel

Mission : Lancer pour la première fois la nouvelle fusée géante en Europe.

Où regarder : Agence spatiale européenne site Web ou Chaîne Youtube.

L’Agence spatiale européenne a confirmé le premier lancement de la sonde Ariane 6 depuis le port spatial européen en Guyane française.

Le nouveau lanceur lourd européen remplace Ariane 5 et dispose d’un étage supérieur rallumable, qui lui permettra de lancer plusieurs missions sur différentes orbites en un seul vol.

Vendredi 12 juillet : Polaris Dawn atteint 870 milles au-dessus de la Terre

Mission : SpaceX Falcon 9 lancera un équipage commercial de quatre astronautes privés dans l’espace à bord d’une capsule Dragon.

Où regarder : SpaceX site Web ou Chaîne Youtube.

Le programme Polaris est un partenariat avec SpaceX qui verra jusqu’à trois missions de vols spatiaux habités pour démontrer de nouvelles technologies. Elle est dirigée par Jared Isaacman, fondateur de Shift4 Payments, parti dans l’espace en tant que commandant de la mission SpaceX Inspiration4 en septembre 2021.

Cette première mission, « Polaris Dawn », verra le vaisseau spatial Dragon avec quatre astronautes (Isaacman, Scott Poteet, Sarah Gillies et Anna Menon) voler à 870 milles au-dessus de la Terre, le niveau le plus élevé depuis les missions Apollo sur la Lune.

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Récupère mes livres Observation des étoiles en 2024, Programme d’observation des étoiles pour débutants Et Quand aura lieu la prochaine éclipse ?

Je vous souhaite un ciel clair et des yeux écarquillés.

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Une source de cristaux liquides de paires de photons

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La conversion ascendante paramétrique spontanée (SPDC), en tant que source de photons intriqués, présente un grand intérêt pour la physique quantique et la technologie quantique, mais jusqu’à présent, elle ne peut être mise en œuvre que dans des matériaux solides. Des chercheurs de l’Institut Max Planck pour la science de la lumière (MPL) et de l’Institut Josef Stefan de Ljubljana, en Slovénie, ont démontré pour la première fois la SPDC dans un cristal liquide. Les résultats ont été récemment publiés dans natureouvrent la voie à une nouvelle génération de sources quantiques : efficaces et accordables par champs électriques.

Diviser un photon en deux est l’un des outils les plus utiles en photonique quantique. Il peut créer des paires de photons intriqués, des photons uniques, de la lumière compressée et des états photoniques encore plus complexes, essentiels aux technologies photoniques quantiques. Ce processus est connu sous le nom de conversion abaisseur automatique (SPDC).

Le SPDC est étroitement lié à la symétrie centrale. Il s’agit de la symétrie par rapport à un point – par exemple, un carré est symétrique au centre mais pas un triangle. Essentiellement, en divisant un photon en deux, le SPDC brise la symétrie centrale. Par conséquent, cela n’est possible que dans les cristaux dont la cellule primaire est asymétrique au centre. La SPDC ne peut pas se produire dans les liquides ou les gaz ordinaires, car ces matériaux sont isotropes.

Cependant, des chercheurs ont récemment découvert des cristaux liquides de structure différente, appelés cristaux liquides nématiques ferroélectriques. Bien qu’ils soient fluides, ces matériaux se caractérisent par une forte rupture de symétrie centrale. Leurs molécules sont allongées, asymétriques et surtout, elles peuvent être réorientées par un champ électrique externe. La réorientation des molécules modifie la polarisation des paires de photons générées, ainsi que le taux de génération. Avec un conditionnement approprié, un échantillon de ces matériaux peut constituer un dispositif extrêmement utile car ils produisent efficacement des paires de photons, peuvent être facilement réglés à l’aide d’un champ électrique et peuvent être intégrés dans des dispositifs plus complexes.

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À l’aide d’échantillons préparés à l’Institut Josef Stefan (Ljubljana, Slovénie) à partir de cristaux liquides nématiques ferroélectriques fabriqués par Merck Electronics KGaA, des chercheurs de l’Institut Max Planck pour la science de la lumière ont appliqué pour la première fois la SPDC à un cristal liquide. . L’efficacité de génération de photons intriqués est aussi élevée que celle des meilleurs cristaux non linéaires, tels que le niobate de lithium, d’épaisseur similaire. En appliquant un champ électrique de quelques volts seulement, ils ont pu activer et désactiver la génération de paires de photons, ainsi que modifier les propriétés de polarisation de ces paires. Cette découverte marque le début d’une nouvelle génération de sources lumineuses quantiques : flexibles, accordables et efficaces.

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Le framework CUISINES pour les projets de comparaison de modèles exoplanétaires, version 1.0

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Le framework CUISINES pour les projets de comparaison de modèles exoplanétaires, version 1.0

Illustration de la conception expérimentale générale du CREME exoMIP (Tsigaridis et al. en préparation), comme exemple de la façon dont l’exoMIP peut être structuré pour permettre une large participation communautaire. — Ph.EP astronomique

Alors que le télescope spatial James Webb commence à renvoyer des observations, il est plus important que jamais que les modèles climatiques exoplanétaires soient capables de prédire de manière cohérente et correcte l’observabilité des exoplanètes, de récupérer leurs données et d’interpréter les environnements planétaires à partir de ces données.

Les comparaisons entre modèles jouent un rôle crucial dans ce contexte, surtout à l’heure où peu de données sont disponibles pour valider les prédictions des modèles. Le groupe de travail CUISINES du Nexus for Exoplanet System Science (NExSS) de la NASA soutient une approche systématique pour évaluer les performances des modèles d’exoplanètes et fournit ici un cadre pour mener des projets d’intercomparaison de modèles d’exoplanètes organisés par la communauté (exoMIP).

Le cadre CUISINES adapte spécifiquement les pratiques de la communauté climatique terrestre pour répondre aux besoins des chercheurs exoplanétaires, y compris une gamme de types de modèles, de cibles planétaires et d’études spatiales paramétriques. Son objectif est d’aider les chercheurs à travailler collectivement, équitablement et ouvertement pour atteindre des objectifs communs.

Le cadre CUISINES repose sur cinq principes : 1) Définir à l’avance la ou les questions de recherche que exoMIP vise à aborder. 2) Créer une conception pilote qui maximise la participation de la communauté et en faire la publicité largement. 3) Planifiez un calendrier de projet qui permet à tous les membres d’exoMIP de participer pleinement. 4) Créer des produits de données à partir des résultats du modèle pour une comparaison directe avec les observations. 5) Créez un plan de gestion des données applicable aujourd’hui et évolutif à l’avenir.

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Au cours des premières années de son existence, CUISINES fournit déjà un soutien logistique à 10 exoMIP et continuera à organiser des ateliers annuels pour approfondir les commentaires de la communauté et présenter de nouvelles idées d’exoMIP.

Linda E. Sohl, Thomas J. Fuchez, Sean Domagal-Goldman, Duncan A. Christie, Russell Detrick, Jacob Haque-Misra, C.E. Harman, Nicholas Iero, Nathan J. Mayne, Costas Tsigarides, Geronimo L. Villanueva, Ambre V. Jeune, Guillaume Chaverot

Commentaires : 14 pages, deux numéros
Sujets : Astrophysique terrestre et planétaire (astro-ph.EP) ; Instruments et méthodes astrophysiques (astro-ph.IM)
Citer comme : arXiv:2406.09275 [astro-ph.EP] (ou arXiv :2406.09275v1 [astro-ph.EP] pour cette version)
Date de soumission
Qui : Linda Suhl
[v1] Jeudi 13 juin 2024, 16:14:22 UTC (903 Ko)
https://arxiv.org/abs/2406.09275
Astrobiologie

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