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À la recherche de planètes habitables dotées d’un spectre d’éruption proche infrarouge

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À la recherche de planètes habitables dotées d’un spectre d’éruption proche infrarouge

Les astrophysiciens ont utilisé avec succès le télescope spatial James Webb (JWST) pour examiner une étoile volatile.

Représentation artistique du système TRAPPIST-1. Crédit image : NASA/JPL-Caltech

Dans une nouvelle étude, une équipe internationale de chercheurs a évalué de manière approfondie quatre éruptions solaires flamboyantes autour de l’étoile TRAPPIST-1, une petite entité céleste active située à environ 40 années-lumière de la Terre. Les résultats de cette étude pourraient aider les scientifiques à rechercher des planètes lointaines, ou « exoplanètes », similaires à la nôtre et susceptibles d’héberger la vie.

Grâce au télescope spatial James Webb, c’est la première fois dans l’histoire que nous pouvons rechercher des planètes en orbite autour d’autres étoiles qui ont les types d’atmosphères secondaires que l’on peut trouver autour de la Terre, de Vénus ou de Mars, par exemple.

Ward Howard, auteur principal de l’étude et membre Sagan de la NASA, Département d’astrophysique et des sciences planétaires, Université du Colorado à Boulder

Cependant, cette poursuite peut devenir un peu délicate.

Howard a expliqué que la majorité des petits corps célestes rocheux que les scientifiques ont l’intention d’explorer à l’aide du télescope Webb tournent autour d’une classe d’étoiles appelées naines M, ou naines rouges. Ces étoiles sont parmi les plus volatiles de la galaxie. Prenons, par exemple, le système TRAPPIST-1, qui compte sept planètes confirmées.

Bien qu’elle soit à peine plus grande que Jupiter, cette étoile émet des éruptions puissantes et fréquentes (des explosions d’énergie intenses) qui s’étendent loin dans l’espace plusieurs fois par jour. En comparaison, notre Soleil, l’étoile de la Terre, subit des éruptions de même taille environ une fois par mois.

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En conséquence, observer une planète autour d’une naine rouge peut être comme prendre une photo d’un ami dans une discothèque avec des lumières pulsées.

Howard et ses collègues pensent avoir trouvé une solution partielle dans leurs recherches récentes. Les scientifiques ont capturé une succession d’éruptions cutanées émanant de TRAPPIST-1 sur une période de 27 heures à l’aide du télescope Webb, l’observatoire le plus avancé jamais mis en orbite.

Les chercheurs ont mis au point une méthode mathématique pour distinguer la lumière émise par les éruptions de l’émission habituelle d’une étoile. C’est comme appliquer un filtre à une photo d’un smartphone pour réduire les reflets.

Les résultats finaux ? Les images des planètes et de leurs atmosphères pourraient être plus claires.

Howard a ajouté :Si nous voulons en savoir plus sur les exoplanètes. C’est vraiment important de comprendre leurs stars.« 

Les résultats de la recherche ont été acceptés pour publication dans l’Astrophysical Journal et ont été mis à disposition en ligne avant d’être imprimés. Ces observations, qui font partie intégrante de l’étude, ont été prises lors de la première année d’exploitation du télescope par Olivia Lim et David Lafrenière de l’Université de Montréal, sous l’égide de l’initiative de collaboration NEAT.

Planètes précieuses

Les scientifiques ont les yeux rivés sur TRAPPIST-1 depuis longtemps.

Étant relativement proche de la Terre en termes galactiques, cette étoile s’avère être un trésor céleste : elle abrite trois petites planètes rocheuses qui se trouvent dans ce que les scientifiques appellent la « zone habitable » – une région autour d’une étoile où de l’eau pourrait théoriquement exister à sa surface. . Surface de la planète.

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Les astrophysiciens utilisent le télescope Webb pour vérifier s’ils peuvent détecter des signes d’une atmosphère enveloppant ces planètes. (Dans une étude récente dirigée par Lim, aucune trace d’atmosphère n’a été trouvée autour d’une planète dans le système connu sous le nom de TRAPPIST-1 b.)

Howard a ajouté :Il n’existe que quelques systèmes stellaires où l’on a la possibilité de rechercher ce type d’atmosphère. Chacune de ces planètes est vraiment précieuse.« 

Selon Howard, les exoplanètes comme les sept mondes TRAPPIST-1 sont si éloignées que les astronomes ne peuvent les voir que lorsqu’elles passent devant leurs étoiles brillantes. Mais c’est un défi lorsqu’une étoile est aussi instable que TRAPPIST-1.

« Si vous ne tenez pas compte des éruptions cutanées, vous pouvez détecter dans l’atmosphère des molécules qui n’y sont pas réellement, ou vous tromper sur la quantité de matière présente dans l’atmosphère.Howard a ajouté.

Des commentaires plus clairs

C’est l’une des raisons pour lesquelles Howard et ses collègues ont concentré leur attention sur le système TRAPPIST-1.

À l’aide du télescope Webb, les chercheurs ont observé des éruptions provenant d’une étoile lointaine avec des longueurs d’onde spécifiques de lumière infrarouge, un type de rayonnement bien adapté aux capacités du télescope Webb. Pour la toute première fois, l’équipe a capturé l’évolution de ces quatre éruptions avec des détails complexes, en suivant leur progression sur plusieurs heures. Les éruptions sont devenues de plus en plus brillantes, ont atteint un maximum, puis se sont progressivement atténuées.

L’équipe a également pu faire la distinction entre la lumière produite par les explosions de TRAPPIST-1 et la luminosité de l’étoile continue. Grâce à ces informations, l’équipe a pu filtrer environ 80 % de la lumière parasite de leurs observations.

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Bien que ces chiffres ne soient pas parfaits, Howard a noté que les résultats de l’équipe amélioreront considérablement la capacité des astrophysiciens à collecter des données plus claires et plus précises sur les sept planètes TRAPPIST-1. En outre, la méthodologie développée peut être appliquée à d’autres systèmes stellaires similaires situés à proximité de la Terre, fournissant ainsi des informations précieuses sur un large éventail de phénomènes célestes.

Howard a conclu en disant :Avec TRAPPIST-1, nous avons une très belle opportunité de voir à quoi ressemblerait une planète de la taille de la Terre en orbite autour d’une naine rouge.« 

Référence du magazine :

Howard, W.S., et coll. (2023) Caractérisation des spectres d’éruption proche infrarouge de TRAPPIST-1 lors d’observations de spectroscopie transitoire JWST. Journal d’astrophysique. est ce que je:10.48550/arXiv.2310.03792

source: http://www.colorado.edu/

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La Chine et la France lancent un satellite pour mieux comprendre l’univers

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La Chine et la France lancent un satellite pour mieux comprendre l’univers

Xichang : Un satellite franco-chinois sera lancé samedi à la recherche des explosions les plus puissantes de l’univers, un exemple marquant de coopération entre une puissance occidentale et le géant asiatique.

Le Space Variable Object Observer (SVOM), développé par des ingénieurs des deux pays, recherchera des sursauts gamma dont la lumière a parcouru des milliards d’années-lumière pour atteindre la Terre.

Le satellite de 930 kilogrammes transportant quatre instruments – deux français et deux chinois – sera lancé à bord d’une fusée chinoise Longue Marche 2-C depuis une base spatiale de Xichang, dans le sud-ouest de la province du Sichuan.

Les sursauts gamma se produisent généralement après l’explosion d’étoiles massives – celles 20 fois plus massives que le Soleil – ou la fusion d’étoiles compactes.

Les rayons cosmiques extrêmement brillants peuvent émettre une explosion d’énergie équivalente à plus d’un milliard de soleils.

Uri Gottlieb, astrophysicien au Center for Astrophysics du Flatiron Institute de New York, explique à l’AFP que les observer, c’est comme « regarder en arrière dans le temps, car la lumière de ces objets met beaucoup de temps à nous parvenir ».

– ‘Beaucoup de mystères’ –

Les rayons portent des traces de nuages ​​de gaz et de galaxies qu’ils traversent au cours de leur voyage dans l’espace, ce qui constitue une donnée précieuse pour mieux comprendre l’histoire et l’évolution de l’univers.

« SVOM a le potentiel de percer de nombreux mystères dans le domaine des sursauts gamma, notamment en révélant les GRB les plus éloignés de l’univers, qui correspondent aux plus anciens GRB », a déclaré Gottlieb.

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Les explosions les plus lointaines identifiées à ce jour se sont produites seulement 630 millions d’années après le Big Bang, soit cinq pour cent de l’âge actuel de l’univers.

« Nous nous intéressons aux sursauts gamma en tant que tels, car ce sont des explosions cosmiques très intenses qui nous permettent de mieux comprendre la mort de certaines étoiles », a déclaré Frederick Denny, astrophysicien à l’Institut d’astrophysique. Paris.

« Toutes ces données permettent de tester les lois de la physique avec des phénomènes impossibles à reproduire en laboratoire sur Terre. »

Une fois analysées, les données peuvent aider à mieux comprendre la composition de l’espace, la dynamique des nuages ​​de gaz ou d’autres galaxies.

Le projet est issu d’un partenariat entre les agences spatiales française et chinoise ainsi que d’autres groupes scientifiques et techniques des deux pays.

Une coopération spatiale à ce niveau entre l’Occident et la Chine est assez rare, d’autant plus que les États-Unis ont interdit toute coopération entre la NASA et Pékin en 2011.

– Course contre le temps –

Jonathan McDowell, astronome au Centre d’astrophysique Harvard-Smithsonian aux États-Unis, a déclaré : « Les préoccupations américaines concernant le transfert de technologie ont empêché les alliés américains de coopérer dans une large mesure avec les Chinois, mais cela arrive parfois. »

En 2018, la Chine et la France ont lancé conjointement CFOSAT, un satellite océanographique principalement utilisé pour la météorologie maritime.

Plusieurs pays européens ont participé au programme chinois d’exploration lunaire Chang’e.

Bien que SVOM ne soit « en aucun cas unique », a déclaré McDowell, il reste « important » dans le contexte de la coopération spatiale entre la Chine et l’Occident.

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Une fois qu’il aura atteint une orbite à 625 kilomètres (388 miles) au-dessus de la Terre, le satellite enverra ses données aux observatoires.

Le principal défi est que les sursauts gamma sont très courts, ce qui oblige les scientifiques à courir contre la montre pour collecter des informations.

Dès qu’une explosion est détectée, SVOM envoie une alerte à l’équipe en service 24 heures sur 24.

D’ici cinq minutes, ils devront faire fonctionner un réseau de télescopes au sol qui s’aligneront précisément sur l’axe de la source d’explosion pour faire des observations plus détaillées.

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Il y a toujours eu quelque chose qui cloche à propos de la nébuleuse du Crabe. Webb a révélé pourquoi !

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La nébuleuse du Crabe m’a toujours fasciné, même si elle me fascine car elle ne ressemble pas du tout à un crabe ! Ils sont le résultat d’une étoile qui a explosé à la fin de sa vie en 1054 après JC, laissant derrière elle ce que l’on appelle un reste de supernova. A cette époque, l’explosion était visible à l’œil nu, même de jour. On pensait que la supernova à l’origine du nuage provenait d’une étoile moins évoluée dotée d’un noyau composé d’oxygène, de néon et de magnésium. Des études récentes du télescope spatial James Webb révèlent qu’il pourrait s’agir en fait de l’effondrement du noyau d’une étoile riche en fer.

La nébuleuse du Crabe se trouve dans la constellation du Taureau avec un diamètre de 11 années-lumière. Au plus profond du nuage, qui s’étend à une vitesse de 1 500 kilomètres par seconde, se trouve une étoile à neutrons en rotation rapide connue sous le nom de pulsar. Il émet un faisceau de rayonnement électromagnétique qui traverse l’espace comme un phare balayant l’océan. Elle a fait l’objet de nombreuses études pour connaître la dynamique de l’évolution stellaire.

Des études antérieures ont tenté de comprendre l’énergie cinétique totale de l’explosion initiale en fonction de la vitesse du nuage en expansion. Les données suggèrent que la supernova avait une énergie relativement faible, de sorte que l’étoile progénitrice avait probablement une masse de 8 à 10 fois supérieure à celle du Soleil. Si elle avait été plus massive, elle aurait connu une supernova plus violente qui aurait été détectée par la vitesse plus élevée du nuage de gaz en expansion. Mais il y avait un problème.

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Le télescope de 48 pouces de l’observatoire Fred Lawrence Whipple a capturé cette image en lumière visible de la galaxie Pinwheel (Messier 101) en juin 2023. L’emplacement de la supernova 2023ixf est encerclé. L’observatoire, situé sur le mont Hopkins en Arizona, est exploité par le Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Hiramatsu et coll. 2023/Sébastien Gomez (STScI)

Les observations de la nébuleuse du Crabe, en particulier la vitesse de rotation élevée du pulsar, semblent contredire la théorie actuelle de la supernova. Dans un modèle d’étoiles de faible masse comme l’étoile progénitrice de la nébuleuse du Crabe, l’oxygène présent dans le noyau s’enflamme lorsque le noyau s’effondre. Ce processus n’a pas assez d’énergie pour générer un pulsar à rotation aussi rapide.

Une équipe d’astronomes a répondu à cette curiosité en utilisant MIRI (Mid-Infrared Instrument) et NIRCam (Near Infrared Camera) à bord du télescope spatial James Webb pour collecter des données sur la nébuleuse du Crabe. L’équipe était dirigée par Tai Tamim de l’Université de Princeton dans le New Jersey. Ils ont déclaré que la composition gazeuse du nuage indique que l’étoile pourrait être plus évoluée avec du fer dans le noyau, ce qui pourrait conduire à une supernova d’énergie plus élevée qu’on ne le pensait auparavant.

Concept artistique du télescope spatial James Webb

Grâce aux instruments sensibles à l’infrarouge de Webb, les raies d’émission du fer et du nickel peuvent être vues plus clairement que jamais. L’étude des raies brillantes dans le spectre de la nébuleuse a permis d’obtenir une estimation plus fiable du rapport fer/nickel. Ils ont découvert qu’il s’agissait d’un pourcentage plus élevé par rapport au Soleil que celui auquel on pourrait s’attendre pour une supernova plus active.

Les résultats sont prometteurs mais les lectures proviennent de deux petites régions de la nébuleuse, donc pour exclure les variations sur l’ensemble des 11 années-lumière, davantage de lectures sont nécessaires. Si les données de Webb représentent la nébuleuse entière, l’un des mystères de la nébuleuse pourrait enfin être résolu.

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source : Enquête sur les origines de la nébuleuse du Crabe avec Webb de la NASA

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Des chercheurs observent pour la première fois un catalyseur lors d’une réaction électrochimique

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Des chercheurs observent pour la première fois un catalyseur lors d’une réaction électrochimique

Les réactions électrochimiques sont essentielles à la fabrication de divers produits dans les industries.

La fabrication de l’aluminium, des tuyaux en PVC, du savon et du papier dépend de ces réactions électrochimiques, qui font également partie intégrante du fonctionnement des batteries des appareils électroniques, des voitures, des stimulateurs cardiaques et bien plus encore. De plus, elle a le potentiel de révolutionner la production d’énergie durable et l’utilisation des ressources.

Le cuivre et les catalyseurs similaires jouent un rôle crucial dans la catalyse de ces réactions et sont largement utilisés dans les applications électrochimiques industrielles. Cependant, le manque de compréhension du comportement des catalyseurs au cours des réactions a entravé le développement de catalyseurs améliorés. Jusqu’à présent, les chercheurs n’étaient capables d’imager les stimuli qu’avant et après les réactions, ce qui laisse un vide dans la compréhension des processus qui se produisent entre les deux.

Une collaboration entre le California Institute for Nanosystems de l’Université de Californie et le Lawrence Berkeley National Laboratory a supprimé cette limitation. L’équipe a utilisé une cellule électrochimique spécialement conçue pour surveiller la structure atomique du catalyseur en cuivre pendant la réaction conduisant à la décomposition du dioxyde de carbone.

Cette méthode offre un moyen potentiel de convertir les gaz à effet de serre en carburant ou en d’autres matériaux précieux. Les chercheurs ont enregistré des cas dans lesquels le cuivre formait des amas liquides puis disparaissait à la surface du catalyseur, entraînant des piqûres visibles.

« Pour quelque chose qui est si omniprésent dans nos vies, nous comprenons très peu de choses sur le fonctionnement des stimuli en temps réel. » a déclaré le co-auteur Bri Narang, professeur de sciences physiques à l’UCLA et membre du CNSI. « Nous avons désormais la capacité d’observer ce qui se passe au niveau atomique et de le comprendre d’un point de vue théorique.

« Tout le monde bénéficierait de la conversion directe du dioxyde de carbone en carburant, mais comment pouvons-nous le faire à moindre coût, de manière fiable et à grande échelle ? » a ajouté Narang, qui occupe également un poste en génie électrique et informatique à la School of Engineering de l’UCLA. « C’est le genre de science fondamentale qui devrait faire avancer ces défis. »

Sur la gauche, une flèche rouge suit le mouvement d’un atome de cuivre individuel pendant la réaction électrochimique. À droite, les flèches jaunes indiquent les piqûres restant dans la surface du catalyseur. Source de l’image : Qiubo Zhang/Laboratoire national Lawrence Berkeley

Les découvertes dans le domaine de la recherche sur le développement durable ont des implications significatives, et la technologie qui permet ces découvertes a le potentiel d’améliorer l’efficacité des processus électrochimiques dans diverses applications qui ont un impact sur la vie quotidienne.

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Selon Yu Huang, co-auteur de l’étude et professeur Traugott et Dorothea Frederking et directeur du Département de science et d’ingénierie des matériaux à l’UC Samueli, l’étude pourrait aider les scientifiques et les ingénieurs à passer d’essais et d’erreurs à une approche de conception plus systématique. .

« Toute information que nous pouvons obtenir sur ce qui se passe réellement lors de la stimulation électrique est d’une aide précieuse pour notre compréhension de base et notre recherche de conceptions pratiques. » a déclaré Huang, membre du CNSI. « Sans cette information, c’est comme si nous lancions des fléchettes les yeux bandés et espérions atteindre quelque part près de la cible. »

Un microscope électronique de haute puissance de la fonderie moléculaire du Berkeley Lab a été utilisé pour capturer les images. Ce microscope utilise un faisceau d’électrons pour examiner des spécimens avec un niveau de détail inférieur à la longueur d’onde de la lumière.

Des défis sont rencontrés en microscopie électronique lorsqu’on tente de révéler la structure atomique des matériaux dans des environnements liquides, comme le bain d’électrolyte salin nécessaire à une réaction électrochimique.

L’ajout d’électricité à l’échantillon augmente la complexité du processus. L’auteur correspondant Haiime Cheng, scientifique principal au Berkeley Lab et professeur adjoint à l’UC Berkeley, et ses collègues ont développé un dispositif hermétiquement fermé pour surmonter ces obstacles.

Les scientifiques ont effectué des tests pour s’assurer que le flux d’électricité dans le système n’affectait pas l’image résultante. En se concentrant sur l’endroit exact où le catalyseur en cuivre rencontre l’électrolyte liquide, l’équipe a enregistré les changements qui se sont produits sur une période d’environ quatre secondes.

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Au cours de la réaction, la structure du cuivre s’est transformée d’un réseau cristallin régulier, généralement présent dans les métaux, en une masse irrégulière. Ce faisceau désordonné, composé d’atomes de cuivre et d’ions chargés positivement ainsi que de quelques molécules d’eau, s’est ensuite déplacé à la surface du catalyseur. Ce faisant, les atomes ont été échangés entre du cuivre régulier et irrégulier, piquant la surface du catalyseur. Finalement, la masse irrégulière a disparu.

« Nous ne nous attendions pas à ce que la surface se transforme en une forme amorphe puis revienne à une structure cristalline. » a déclaré le co-auteur Yang Liu, étudiant diplômé de l’UCLA dans le groupe de recherche de Huang. « Sans cet outil spécial pour observer le système en action, nous ne serions jamais en mesure de capturer ce moment. Les progrès des outils de caractérisation comme ceux-ci permettent de nouvelles découvertes fondamentales, nous aidant à comprendre le fonctionnement des matériaux dans des conditions réelles. »

Référence du magazine :

  1. Qiubo Zhang, Zhigang Song, Qianhu Sun, Yang Liu, Jiawei Wan, Sophia B. Betzler, Qi Cheng, Junyi Shangguan, Karen C. Bustillo, Peter Ercius, Bryneha Narang, Yue Huang et Haimei Cheng. Dynamique atomique des interfaces solide-liquide électrifiées dans les cellules liquides TEM. Nature, 2024 ; Identification numérique : 10.1038/s41586-024-07479-s

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