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Des endroits les plus froids aux endroits les plus froids de l’univers

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Des endroits les plus froids aux endroits les plus froids de l’univers

L’univers visible est plein de températures extrêmes.

Centaurus A est l’exemple le plus proche d’une galaxie active de la Terre, avec ses jets à haute énergie générés par l’accélération électromagnétique autour du trou noir central. La taille de ses jets est beaucoup plus petite que les jets observés par Chandra autour de l’image A, qui sont eux-mêmes beaucoup plus petits que les jets trouvés dans les amas de galaxies massifs. Cette image, à elle seule, montre des températures allant de ~10 K à plusieurs millions de K.

crédit: Radiographie : NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al Radio : NSF/VLA/Univ. De Hertfordshire / M. Hardcastle et al. Optique : ESO/VLT/ISAAC/M.Rejkuba et al.

C’est vrai : le passé était plus chaud et l’avenir sera plus froid.

agrandissement de l'espace

L’histoire visible de l’univers en expansion comprend l’état chaud et dense connu sous le nom de Big Bang et la croissance et la formation subséquentes de la structure. L’ensemble complet de données, y compris les observations d’éléments légers et le fond diffus cosmologique, ne laisse que le Big Bang comme explication valable pour tout ce que nous voyons. Au fur et à mesure que l’univers se dilate, il se refroidit également, permettant la formation d’ions, d’atomes neutres et, éventuellement, de molécules, de nuages ​​de gaz, d’étoiles et enfin de galaxies. Dès le début, les conditions de température les plus élevées jamais atteintes ont été atteintes; Dans un avenir lointain, tout finira par se calmer vers le zéro absolu.

crédit: NASA/CXC/M. Weiss

Mais aujourd’hui encore, les extrêmes chauds et froids sont omniprésents.

Un trou noir supermassif quasar actif

Cette illustration d’un quasar bruyant intégré dans une galaxie en formation d’étoiles donne un aperçu de ce à quoi pourraient ressembler les radiogalaxies géantes. Au centre d’une galaxie active avec un trou noir supermassif, des jets sont émis qui entrent en collision avec le halo de la plus grande galaxie, énergisant le gaz et le plasma et provoquant des émissions radio sous forme de jets proches du trou noir, puis de panaches et/ ou des lobes plus éloignés. Les trous noirs supermassifs et stellaires ont des preuves irréfutables à l’appui de leur existence, mais les trous noirs supermassifs peuvent chauffer la matière aux températures les plus élevées jamais enregistrées, accélérant les particules bien au-delà du seuil GZK déterminé par la physique des particules.

crédit: ESA/C.Caro

Les environnements les plus chauds se trouvent autour des accélérateurs naturels de particules : les trous noirs supermassifs.

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Alcyonée

Les caractéristiques radio montrées ici mettent en évidence, en orange, la radiogalaxie géante Alcyoneus, ainsi que le trou noir central et ses jets et lobes à chaque extrémité. Cette caractéristique est la plus grande de l’univers à correspondre à une seule galaxie et fait d’Alcyoneus la plus grande galaxie connue de l’univers à l’heure actuelle. Bien que seules les caractéristiques radio et infrarouges soient présentées ici, elles rayonnent également dans la partie à haute énergie du spectre.

crédit: MSSL Oei et al., Astronomie et Astrophysique, 2022

Lorsqu’elles sont actives, ses particules accélératrices atteignent un maximum d’environ 1020 énergies eV, ce qui signifie ~1024 températures K.

rayons cosmiques

Ces graphiques montrent le spectre des rayons cosmiques en fonction de l’énergie de l’Observatoire Pierre Auger. Vous pouvez clairement voir que la fonction est plus ou moins lisse jusqu’à une énergie de ~5 x 10^19 eV, correspondant à la coupure GZK. Au-dessus de cela, les particules sont toujours présentes, mais elles sont moins abondantes, probablement en raison de leur nature de noyaux atomiques plus lourds. On pense généralement que les trous noirs actifs et supermassifs sont les générateurs de ces rayons cosmiques de plus haute énergie, qui peuvent correspondre à des températures allant jusqu’à 10 ^ 22-10 ^ 24 K.

crédit: Collaboration de Pierre Auger, Phys. Rév. Litt, 2020

Les intérieurs d’une étoile à neutrons viennent ensuite, alors que le plasma quark-gluon culmine à T ~ 101 2 K

L'intérieur d'une étoile à neutrons

Pourtant, une naine blanche, une étoile à neutrons ou même une étoile à quark exotique sont toutes constituées de fermions. La pression de la désintégration de Pauli aide à soulever le reste stellaire contre l’effondrement gravitationnel, empêchant la formation du trou noir. Dans les étoiles à neutrons les plus massives, on pense qu’il existe une forme exotique de matière, un plasma quark-gluon, avec des températures atteignant environ 1 billion (10 ^ 12) Kelvin.

crédit: NASA/CXC/M. Weiss

Les centres des étoiles massives atteignent 108-dix9 K, nécessaire à l’incorporation des éléments lourds.

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étoile géante

Lorsque le Soleil deviendra une géante rouge, il deviendra similaire à l’intérieur d’Arcturus. Scorpius est plus une étoile géante, et elle est beaucoup plus grande que notre soleil (ou n’importe quelle étoile semblable au soleil) ne le deviendra jamais. Bien que les géantes rouges produisent beaucoup plus d’énergie que notre Soleil, elles sont beaucoup plus froides et rayonnent à une température plus basse sur leurs surfaces. A l’intérieur de son noyau, où s’effectue la fusion du carbone et des éléments plus lourds, les températures peuvent dépasser plusieurs centaines de millions de Kelvin.

crédit: Sakurambo/SkateBiker sur Wikipedia anglais

le Nuages ​​de gaz/plasma les plus chauds jusqu’à plusieurs millions de degrés.

La plus grande cavité blastique à rayons X d'ophiuchus

Les preuves de la plus grande explosion jamais vue dans l’univers proviennent de l’ensemble de données de rayons X de Chandra et XMM-Newton. L’éruption volcanique est causée par un trou noir situé dans la galaxie centrale de l’amas, qui a craché des jets et creusé une grande cavité dans le gaz chaud environnant. Les chercheurs estiment que cette explosion a libéré cinq fois plus d’énergie que le détenteur du record précédent et des centaines de milliers de fois plus qu’un amas de galaxies typique. Le gaz émis par les rayons X peut atteindre des températures allant de millions à ~100 millions de K.

crédit: Rayons X : Chandra : NASA/CXC/NRL/S. Giacintucci et al., XMM-Newton : ESA/XMM-Newton ; Radio : NCRA/TIFR/GMRT ; IR : 2MASS/UMass/IPAC-Caltech/NASA/NSF

Les surfaces des étoiles à neutrons et de la naine blanche interne sont légèrement plus froides : sur 105-dix6 K

Le champ magnétique d'une étoile à neutrons

Cette simulation informatique d’une étoile à neutrons montre que des particules chargées sont déplacées par les champs électriques et magnétiques extrêmement puissants de l’étoile à neutrons. L’étoile à neutrons la plus rapide que nous ayons jamais détectée est un pulsar qui tourne 766 fois par seconde : plus rapide que notre propre Soleil si nous le réduisions à la taille d’une étoile à neutrons. Indépendamment de leur vitesse de rotation, les étoiles à neutrons peuvent être les objets physiques les plus denses que la nature puisse créer sans progresser vers la formation d’une singularité, et elles ont généralement des températures de surface de plusieurs centaines de milliers de degrés.

crédit: Centre de vol spatial Goddard de la NASA

Après cela, les planètes intérieures géantes et les naines blanches font surface entre 8 000 et 50 000 K.

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Nébuleuse planétaire

Lorsque notre Soleil manquera de carburant, il deviendra une géante rouge, suivie d’une nébuleuse planétaire avec une naine blanche au centre. La nébuleuse de l’œil de chat est un exemple visuellement époustouflant de ce destin potentiel, car la forme complexe, stratifiée et asymétrique de cette nébuleuse particulière suggère la présence d’un compagnon binaire. Au centre, une jeune naine blanche se réchauffe en se contractant, atteignant des températures de plusieurs dizaines de milliers de kelvins plus chaudes que la surface de la géante rouge qui l’a engendrée. Les enveloppes extérieures de gaz se composent principalement d’hydrogène, qui est renvoyé dans le milieu interstellaire à la fin de la vie d’une étoile semblable au soleil.

crédit: Nordic Optical Telescope et Romano Corradi (Isaac Newton Telescope Collection, Espagne)

Les surfaces stellaires sont comparativement plus froides : 2700 K et plus.

Cette illustration montre certaines des plus grandes étoiles de l’univers, ainsi que les orbites de Saturne (ellipse brune) et de Neptune (ellipse bleue) à des fins de comparaison. Les étoiles, de gauche à droite, sont la plus grande géante bleue, la grande géante jaune, la géante orange, puis les deux plus grandes étoiles de toutes : la géante rouge UY Scuti et Stephenson 2-18. Les plus grandes étoiles ont un diamètre d’environ 2 000 fois celui de notre Soleil, mais les températures à la surface de ces étoiles vont de quelques milliers de Kelvin seulement aux étoiles Wolf-Rayet, avec des températures allant jusqu’à 200 000 Kelvins.

crédit: SkyFlubbler/Wikimedia Commons

Les naines brunes et les planètes chaudes atteignent ~500-2000+ K.

La plus grande planète

Cette exoplanète chaude de Jupiter sera beaucoup plus faible du côté nuit que du côté jour, car les vents transporteront des substances volatiles qui s’évaporent et s’ionisent pendant la journée, à mesure qu’elles se condensent, forment des nuages ​​et accélèrent la nuit. Le côté jour de Jupiter chaud peut atteindre des températures supérieures à 2 000 K, tandis que le côté nuit peut être beaucoup plus frais, avec des températures bien inférieures à 1 000 K.

crédit: Medialab ESA/ATG

Les corps planétaires vont de milliers à des dizaines de degrés, déterminés par leurs distances orbitales.

mondes du système solaire

En termes de taille, les mondes des géantes gazeuses sont nettement plus grands que n’importe laquelle des planètes telluriques. En termes de température, la distance à l’étoile mère est le facteur dominant pour la température d’une planète tant qu’elle ne produit pas trop de sa propre chaleur interne. Dans notre système solaire, un objet semblable à Pluton réside à environ 40 K, tandis que Vénus est la planète la plus chaude à 700+ K.

crédit: CactiStaccingCrane / Wikimedia Commons

Dans l’espace interstellaire, les températures ne varient que de 10 à 30 K.

Etoiles de la Nébuleuse de l'Aigle

La nébuleuse de l’Aigle, célèbre pour sa formation continue d’étoiles, contient un grand nombre de globules de Bock ou nébuleuses sombres, qui ne se sont pas encore évaporées et travaillent à s’effondrer et à former de nouvelles étoiles avant de disparaître complètement. Ces endroits froids et sombres de l’espace, surtout lorsqu’aucune formation d’étoiles n’a lieu à l’intérieur, peuvent souvent atteindre des températures de 10 à 30 K, ce qui en fait l’un des endroits les plus froids de la galaxie.

crédit: ESA/Hubble et NASA

L’espace intergalactique profond est à 2,725 K : il n’est chauffé que par le CMB.

température de l'univers

À tout moment de notre histoire cosmique, tout observateur fera l’expérience d’un « bain » régulier de rayonnement multidirectionnel qui remonte au Big Bang. Aujourd’hui, de notre point de vue, il n’est qu’à 2,725 K au-dessus du zéro absolu, et est donc observé comme un fond d’onde cosmique, culminant aux fréquences micro-ondes. À de grandes distances cosmiques, lorsque nous regardons en arrière dans le temps, cette température était plus chaude en fonction du décalage vers le rouge de l’objet distant observé. Au cours de la nouvelle année, la température de rayonnement du CMB chute d’environ 0,2 nanokelvin et, dans plusieurs milliards d’années, elle deviendra si rouge qu’elle aura des fréquences radio plutôt que des micro-ondes.

crédit: Terre : NASA/BlueEarth ; Voie lactée : ESO/S. Brunner. CMB : NASA/WMAP

Mais les gaz en expansion rapide atteignent les températures naturelles les plus froides.

Nébuleuse planétaire

La nébuleuse de l’Œuf, telle qu’elle est imagée ici par Hubble, est une nébuleuse préplanétaire, dont les couches externes n’ont pas encore été chauffées à des températures suffisantes par l’étoile centrale qui se rétrécit. Bien que similaire à bien des égards à la nébuleuse du Boomerang, elle est à une température beaucoup plus élevée en ce moment, bien qu’elle puisse se refroidir davantage à mesure que ses couches externes de gaz se dilatent au cours des prochains milliers d’années.

crédit: NASA et Hubble Legacy Team (STScI/AURA), Hubble Space Telescope/ACS

Les nébuleuses préplanétaires, telles que la nébuleuse du Boomerang, atteignent des températures de 0,5 à 1,0 K.

L'endroit le plus froid de l'univers

Carte de température à code couleur de la nébuleuse du Boomerang et des zones environnantes. Les régions bleues, qui sont plus étendues, sont les plus froides et les températures les plus basses, et certains endroits autour de la nébuleuse du Boomerang se situent entre 0,5 et 1,0 K : les températures naturelles les plus froides jamais enregistrées.

crédit: Télescope ESO/NTT ; R. Sahai (JPL) / L. Neiman (ESO)

Aujourd’hui, seules les expériences de laboratoire permettent d’obtenir des conditions plus froides.

Accion admx expérience

Cette image montre le détecteur ADMX extrait de l’appareil environnant, ce qui crée un grand champ magnétique pour induire des conversions de photons axiales. Le brouillard est causé par l’entrée réfrigérée en interaction avec l’air chaud et humide. Les expériences en laboratoire peuvent atteindre des températures de ~ nanokelvin ou même de picokelvin : bien plus froides que tout ce que l’on trouve dans l’univers normal.

crédit: Rakshya Khatiwada, Université de Washington

Mostly Mute Monday raconte une histoire astronomique avec des images et des visuels et pas plus de 200 mots. taciturne; souris plus.

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L’Institut des sciences spatiales et cosmiques commence une étude coordonnée de l’atmosphère autour des exoplanètes naines de type M

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L’Institut des sciences spatiales et cosmiques commence une étude coordonnée de l’atmosphère autour des exoplanètes naines de type M

L’Institut des sciences spatiales et cosmiques commence une étude coordonnée de l’atmosphère autour des exoplanètes naines de type M

La directrice de l’Institut des sciences spatiales et cosmiques, la Dre Jennifer Lutz, a accepté la recommandation principale du groupe de travail sur les initiatives exoplanétaires stratégiques et a décidé de procéder à une étude à grande échelle des exoplanètes naines rocheuses de type M.

Le programme utilisera environ 500 heures du temps discrétionnaire du directeur sur le télescope spatial James Webb pour rechercher l’atmosphère de plus d’une douzaine de systèmes proches.

Près de 250 observations ultraviolettes en orbite avec le télescope spatial Hubble seront utilisées pour déterminer l’activité des étoiles hôtes. Les observations seront effectuées par une équipe de direction du Space Science Institute dirigée par le Dr Nestor Espinosa et soutenue par le Dr Hannah Diamond Lowe en tant qu’équipe adjointe.

L’Institut des sciences spatiales et cosmiques emploie également un comité consultatif scientifique externe pour donner des conseils sur tous les aspects du programme, y compris la sélection des cibles, la vérification des données et les interactions communautaires équitables. Les membres du comité consultatif scientifique seront représentatifs de la communauté exoplanétaire au sens large, couvrant un large éventail d’affiliations institutionnelles et d’étapes de carrière.

Le Space Science Institute annoncera bientôt la possibilité de soumettre des candidatures, y compris des auto-nominations. La contribution de la communauté sera sollicitée sur la liste des cibles ; Les plans d’observation seront publiés bien avant la date limite de GWebb IV.

Rapport du groupe de travail sur les initiatives exoplanétaires stratégiques avec le télescope spatial Hubble et le télescope spatial James Webb

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Astrobiologie

Membre de l’Explorers Club, ancien gestionnaire de charge utile de la Station spatiale de la NASA/biologiste spatial, homme de plein air, journaliste, ancien grimpeur, synesthésie, mélange de Na’vi, Jedi, Freeman et bouddhiste, langue des signes américaine, camp de base de l’île Devon et vétéran de l’Everest, (il /lui) 🖖🏻

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Découvrir les origines des cratères des dômes de Ganymède et Callisto

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Découvrir les origines des cratères des dômes de Ganymède et Callisto
Les articles des éditeurs sont des résumés de recherches récentes publiées par les éditeurs des revues de l’American Geophysical Union.
source: Journal de recherche géophysique : Planètes

le En voyageant Le vaisseau spatial a été le premier à observer les cratères du dôme central sur les lunes glacées Ganymède Et Callisto en 1979. Ces cratères étaient remarquables car ils étaient uniques à ces mondes glacés et étaient susceptibles de révéler des informations importantes sur la formation des lunes glacées et leur évolution interne.

Les dômes centraux sont plus larges, plus lisses et plus arrondis que les cratères centraux traditionnels (tels que ceux que l’on trouve sur la Lune ou sur d’autres corps rocheux). Ils ne se produisent également que dans des cratères de plus de 60 km de long et sont généralement plus grands qu’une autre classe de cratères appelés cratères centraux.

Ces indices ont conduit Kosi et coll. [2024] Nous utilisons un modèle numérique de l’évolution des cratères centraux en cratères à dôme central. La chaleur restante de l’impact lui-même est concentrée sous le cratère central, ce qui rend cette glace plus chaude et plus mobile que la glace environnante. Cette glace centrale en mouvement peut s’écouler et s’élever plus facilement en réponse au champ de pression créé par la topographie du cratère. La modélisation suggère que les dômes centraux pourraient se former relativement rapidement (dans un délai de 10 millions d’années) lorsqu’il y a un flux de chaleur global suffisant en provenance de Ganymède ou de Callisto.

Citation : Caussi, ML, Dombard, AJ, Korycansky, DG, White, OL, Moore, JM et Schenk, PM (2024). Les cratères de dôme sur Ganymède et Callisto peuvent s’être formés par relaxation topographique des cratères aidé par la chaleur d’impact résiduelle. Journal de recherche géophysique : Planètes129, e2023JE008258. https://doi.org/10.1029/2023JE008258

—Kelsey Singer, rédactrice adjointe, JGR : Planètes

Texte © 2024. Les auteurs. CC BY-NC-ND 3.0
Sauf indication contraire, les images sont soumises au droit d’auteur. La réutilisation est interdite sans l’autorisation expresse du titulaire des droits d’auteur.

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Ce ballon à pattes pourrait-il nous aider à explorer Pluton ?

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Ce ballon à pattes pourrait-il nous aider à explorer Pluton ?

Le système BALLET (Floating Legged Rising Lander for Titan Exploration) conçu pour atterrir sur Pluton a suscité l’intérêt de la communauté de l’exploration spatiale. Il comprend un ballon pour ralentir la vitesse lors de l’atterrissage, réduisant la vitesse de 14 km/s à 120 m/s pour un atterrissage en douceur, et des modules détachables pour le mouvement en surface en utilisant des sauts comme moyen de déplacement en raison de la faible gravité et l’incapacité théorique de supporter des objets volants.

Le projet « Ballet » introduit le concept d’un ballon qui « marche » en soulevant l’un de ses six pieds et en le déplaçant à l’aide de câbles réglables, chaque pied étant attaché à trois câbles contrôlés par des poulies pour le mouvement. Des recherches préliminaires ont montré que le fait de soulever simultanément deux pieds opposés du sol assure la stabilité.

1 Voir la galerie

Tasse pour Floto, avec image de Damwit Halp

(NASA/Laboratoire de physique appliquée de l’Université Johns Hopkins/Institut de recherche du Sud-Ouest/Alex Parker)

Le rover BALLET est doté d’un ballon à flotteur positif de six pieds qui peut prélever des échantillons ou analyser des surfaces, et des recherches préliminaires financées par la NASA ont montré les avantages de ce concept sur Titan.

Titan a été identifié comme l’emplacement le plus approprié pour le déplacement des ballons à l’aide du système BALLET, capable d’explorer efficacement des terrains difficiles par rapport aux rovers et aux hélicoptères, tandis que Vénus et Mars posent des défis en raison des conditions environnementales telles que l’altitude, les vitesses de vent élevées et les atmosphères instables.

Le financement supplémentaire du projet BALLET par la NASA est actuellement suspendu, mais il existe des applications potentielles pour le projet sur Terre, telles que les opérations minières sous-marines pour collecter des nodules.

Les considérations de conception pour BALLET incluent le contrôle simultané de la direction du ballon, de la longueur du câble et de la recherche de chemin.

Pluton, une planète naine située dans la lointaine ceinture de Kuiper, à environ 5 à 7 milliards de kilomètres de la Terre, pose des défis majeurs aux missions d’exploration spatiale en raison de sa petite taille (son diamètre est estimé à environ 2,3 mille kilomètres) et de sa distance à la Terre.

Sources : Tecmundo, Phys.org, Universe Today

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