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Exploration d’une usine de métaux lourds à 900 millions d’années-lumière

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Exploration d’une usine de métaux lourds à 900 millions d’années-lumière

Les astronomes utilisant le télescope spatial James Webb de la NASA et d’autres télescopes ont détecté un sursaut gamma brillant provenant d’une collision d’étoiles à neutrons, conduisant à la première observation directe de métaux lourds tels que le tellure dans l’espace. Cette découverte met en lumière les origines des éléments lourds dans l’univers.

À l’aide de plusieurs observatoires, les astronomes ont directement détecté du tellure dans deux étoiles à neutrons en fusion.

Un éclat inhabituel de lumière à haute énergie dans le ciel a dirigé les astronomes vers une paire d’étoiles à neutrons formant des métaux situées à 900 millions d’années-lumière de la Terre.

Dans une étude récemment publiée dans natureune équipe internationale d’astronomes, comprenant des scientifiques de Massachusetts Institute of TechnologyDes rapports indiquent la découverte d’un sursaut gamma (GRB) extrêmement brillant, le type d’explosion le plus puissant connu dans l’univers. Ce GRB est la deuxième explosion la plus brillante jamais détectée, et les astronomes ont ensuite retracé l’origine de l’explosion jusqu’à la fusion de deux étoiles à neutrons. Les étoiles à neutrons sont les noyaux ultra-dense et effondrés d’étoiles massives et on pense que c’est là que se forment de nombreux métaux lourds de l’univers.

Preuve de la présence de métaux lourds dans l’espace

L’équipe a découvert que lorsque les étoiles tournent autour les unes des autres et finissent par fusionner, elles libèrent une énorme quantité d’énergie sous forme de GRB. Initialement, les astronomes détectaient directement les signes de métaux lourds dans le sillage des étoiles. Plus précisément, ils ont capté un signal clair de tellure, un élément lourd et quelque peu toxique qui est plus rare que le platine sur Terre, mais que l’on croit abondant dans tout l’univers.

Vue d'artiste d'un sursaut gamma

Deux étoiles à neutrons commencent à fusionner dans le concept de cet artiste, projetant des jets de particules à grande vitesse et produisant un nuage de débris. Crédit : A. Simonet (Sonoma State University) et Goddard Space Flight Center

Les astronomes estiment que la fusion a produit suffisamment de tellure pour égaler la masse de 300 planètes terrestres. Si le tellure existait, la fusion aurait dû produire d’autres éléments étroitement liés, tels que l’iode, un nutriment minéral essentiel à une grande partie de la vie sur Terre.

Efforts astronomiques mondiaux

La découverte a été réalisée grâce aux efforts collectifs des astronomes du monde entier, utilisant le télescope spatial James Webb (JWST) de la NASA ainsi que d’autres télescopes au sol et spatiaux, notamment le satellite TESS de la NASA (une mission dirigée par le MIT) et le Very Large Telescope. (Très Grand Télescope). VLT) au Chili, que les scientifiques du MIT ont utilisé pour contribuer à cette découverte.

« « Cette découverte constitue une avancée majeure dans notre compréhension des sites de formation des éléments lourds dans l’univers et démontre le pouvoir de la combinaison d’observations à différentes longueurs d’onde pour révéler de nouvelles informations sur ces explosions extrêmement énergétiques », déclare Benjamin Schneider, co-auteur de l’étude. , chercheur postdoctoral à l’Institut de technologie du Kavli Center for Astrophysics and Space Research du MIT.

Schneider est l’un des nombreux chercheurs de plusieurs institutions à travers le monde qui ont contribué à l’étude, dirigée par Andrew Levan de l’Université Radboud aux Pays-Bas et de l’Université Radboud aux Pays-Bas. Université de Warwick au Royaume-Uni.

« Tout à la fois »

La première explosion a été détectée le 7 mars 2023 par NASALe télescope spatial Fermi Gamma-ray, et il a été identifié comme un sursaut gamma exceptionnellement brillant, que les astronomes ont nommé GRB 230307A.

« Il est peut-être difficile d’exagérer à quel point il est brillant », déclare Michael Fosnow, qui était alors chercheur scientifique au MIT et maintenant professeur adjoint à la Texas Tech University. « En astronomie gamma, on compte normalement les photons individuels. Mais tellement de photons sont entrés que le détecteur ne pouvait pas distinguer les photons individuels. C’était comme si le disque avait atteint sa limite. « 

Kilonova et la galaxie hôte

Une image JWST/NIRCam de GRB 230307A montrant la kilonova associée et sa galaxie hôte. Crédit image : NASA, ESA, CSA, STScI, Andrew Levan (IMAPP, Warw)

L’explosion ultra-lumineuse a également été exceptionnellement longue, durant 200 secondes. Étoile à neutrons Les fusions produisent généralement de courts sursauts gamma qui clignotent pendant moins de deux secondes. La lueur brillante et durable a immédiatement attiré l’attention du monde entier, alors que les astronomes concentraient un ensemble d’autres télescopes sur l’explosion. Cette fois, la luminosité de l’explosion a favorisé les scientifiques, car l’éruption de rayons gamma a été détectée par des satellites à travers le système solaire. En triangulant ces observations, les astronomes ont pu localiser précisément l’emplacement de l’explosion, dans le ciel austral, au sein de la constellation Mensa.

Au MIT, Schneider et Fosnow ont rejoint la recherche translationnelle. Peu de temps après la découverte initiale de Fermi, Fosnow a vérifié si l’explosion était apparue dans les données capturées par l’Observatoire Fermi. bouc Le satellite, qui pointe vers la même partie du ciel où GRB 230307A a été initialement découvert. Fosnow est revenu sur cette partie des données TESS et a surveillé l’explosion, puis a suivi son activité du début à la fin.

« Nous pouvions tout voir en même temps », explique Fosnow. « Nous avons vu un flash très brillant, suivi d’une petite bosse ou d’une rémanence. Il s’agissait d’une courbe de lumière unique. Sans TESS, il serait presque impossible de remarquer le premier flash optique qui se produit en même temps que les rayons gamma. »

Pendant ce temps, Schneider a examiné l’explosion avec un autre télescope au sol : Très grand télescope (VLT) au Chili. En tant que membre du grand programme d’observation des explosions GRB travaillant sur ce télescope, Schneider se trouvait en transition peu de temps après l’observation initiale de Fermi et a orienté le télescope vers l’explosion.

Les observations du VLT faisaient écho aux données TESS et révélaient un schéma tout aussi étrange : les émissions GRB semblent passer rapidement des longueurs d’onde bleues aux longueurs d’onde rouges. Ce schéma est une caractéristique d’une kilonova, une explosion massive qui se produit généralement lorsque deux étoiles à neutrons entrent en collision. Les analyses de l’équipe du MIT, combinées à d’autres observations à travers le monde, ont permis de déterminer que les GRB étaient probablement le produit de la fusion de deux étoiles à neutrons.

Suivi de la fusion des étoiles à neutrons

D’où vient la fusion elle-même ? Pour cette raison, les astronomes se sont tournés vers la vision en champ profond du JWST, qui permet de voir plus loin dans l’espace que n’importe quel autre télescope. Les astronomes ont utilisé le télescope spatial James Webb pour observer GRB 230307A, dans l’espoir d’identifier la galaxie hôte d’où provenaient les étoiles à neutrons. Les images du télescope ont révélé, étrangement, que les GRB ne semblent être liés à aucune galaxie hôte. Mais il semble y avoir une galaxie proche, à environ 120 000 années-lumière.

Les observations au télescope indiquent que les étoiles à neutrons ont été éjectées de la galaxie voisine. Elles se sont probablement formées comme une paire d’étoiles massives dans un système binaire. Finalement, les deux étoiles se sont effondrées en étoiles à neutrons, lors d’événements puissants qui ont « fait sortir » le duo de leur galaxie d’origine, les obligeant à s’échapper vers un nouvel endroit où ils ont lentement tourné autour l’un de l’autre et ont fusionné, plusieurs centaines de millions d’années plus tard.

Au milieu des émissions énergétiques de la fusion, le télescope spatial James Webb a également détecté un signal clair de tellure. Alors que la plupart des étoiles peuvent produire des éléments aussi légers que le fer, on pense que tous les autres éléments plus lourds de l’univers se sont formés dans des environnements plus extrêmes, tels que les fusions d’étoiles à neutrons. La découverte du tellure par le télescope spatial James Webb a également confirmé que le sursaut gamma initial résultait de la fusion d’une étoile à neutrons.

« Pour JWST, ce n’est qu’un début et cela a déjà fait une grande différence », déclare Schneider. « Dans les années à venir, d’autres fusions d’étoiles à neutrons seront découvertes. La combinaison du télescope spatial James Webb et d’autres observatoires puissants sera cruciale pour faire la lumière sur la nature de ces explosions intenses.

Pour en savoir plus sur cette recherche, voir :

Référence : « Production d’éléments lourds dans les fusions de corps compacts observées par le télescope spatial James Webb » par Andrew Levan, Benjamin B. Gompertz, Om Charan-Silvia, Mattia Paula, Eric Burns, Kenta Hotokizaka, Luca Izzo, Gavin B. Agneau, Daniel B. Malesani, Samantha R. Oates, Maria Edvig Ravasio, Alicia Rocco Escorial, Benjamin Schneider, Nikhil Sareen, Steve Schulz, Niall R. Tanveer, Kendall Ackley, Gemma Anderson, Gabrielle B. Brammer, Liz Christensen, Vikram S. Dillon, Phil A. Evans, Michael Fosnow, Wen Fei Fung, Andrew S. Fruchter, Chris Fryer, Johan Bo-Fenbo, Nicola Gasparri, Kasper E. Heintz, Jens Hayworth, Jimmy A. Kenya, Mark R. Kennedy, Tanmoi Laskar, Giorgos Liloudas, Ilya Mandel, Antonio Martin Carrillo, Brian D. Metzger, Matt Nicholl, Anya Nugent, Jessie T. Palmerio, Giovanna Pugliese, Gillian Rastinejad, Lauren Rhodes, Andrea Rossi, Andrea Saccardi, Steven J. Smart, Heloise F. Stephans, Aaron Thovavoho, Alexander van der Horst, Susanna D. Virjani, Darach Watson, Thomas Barclay, Cornbub Perumbakdi, Elmi Breidt, Alice A. Brefield, Alexander J. Brown, Sergio Campana, Ashley A. Krems, Paolo D’Avanzo, Valerio D’Elia, Massimiliano De Pasquali, Martin J. Dyer, Duncan K. Galloway, James A. Garbutt, Matthew J. Vert, Dieter H. Hartmann, Pal Jacobson, Paul Kerry, Chrissa Covelotto, Daniel Langerode, Aymeric Le Floquet, James K. Leung, Stuart B. Littlefair, James Munday, Paul O’Brien, Stephen J. Parsons, Ingrid Bellisoli, David I. Sahman, Ruben Salvaterra, Boris Sparovati, Danny Stigs, Gianpiero Tagliaferri, Cristina C. Thon, Antonio de Ugarte Postigo et David Alexander Kahn, 25 octobre 2023, nature.
est ce que je: 10.1038/s41586-023-06759-1

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L’étude a révélé que l’eau douce est apparue pour la première fois sur Terre il y a 4 milliards d’années.

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L’étude a révélé que l’eau douce est apparue pour la première fois sur Terre il y a 4 milliards d’années.

L’eau douce provenant de sources atmosphériques est apparue sur Terre il y a environ 4 milliards d’années, soit 500 millions d’années plus tôt qu’on ne le pensait, selon une nouvelle étude publiée dans la revue Nature Geoscience.

Lorsque la Terre s’est formée pour la première fois il y a environ 4,5 milliards d’années, au début de la période géologique connue sous le nom d’Hadéen, elle était initialement en fusion. Au fur et à mesure que sa couche externe se refroidissait, la croûte de la planète s’est formée. Cependant, la chronologie de l’apparition des réservoirs d’eau douce sur Terre reste jusqu’à présent incertaine.

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Sanglant pour se mettre à l'abri du sang

Simuler la Terre à ses débuts

(Image : Simon Marchi/NASA)

Les chercheurs ont trouvé des traces d’eau douce dans d’anciens cristaux de zircon des Jack Hills en Australie occidentale. En effectuant une analyse isotopique de l’oxygène sur ces cristaux, ils ont déterminé le début du cycle hydrologique. Résistants aux intempéries et aux changements environnementaux, ces zircons sont les plus anciens de la Terre et fournissent des informations rares et profondes sur les débuts de l’histoire de la planète.

« Nous avons pu retracer les origines du cycle hydrologique, qui est le mouvement continu de l’eau entre la terre, les océans et l’atmosphère à travers des processus tels que l’évaporation et les précipitations, Dr Hamid Jamal Al-Din, chercheur principal à l’École de la Terre et des précipitations. Les sciences planétaires de l’Université Curtin et de l’Université Khalifa aux Émirats arabes unis ont déclaré : Ce cycle est essentiel au maintien des écosystèmes et de la vie sur notre planète.

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Docteur"C'est un monde de dessin animé de premier ordre avec la marque australienne Hells City, ce qui permet à tout le monde de le porter facilement. Merci beaucoup.Docteur"C'est un monde de dessin animé de premier ordre avec la marque australienne Hells City, ce qui permet à tout le monde de le porter facilement. Merci beaucoup.

Le Dr Hugo K. H. Ollerock tient la roche contenant les cristaux de zircon qui ont permis de déterminer la découverte.

(Image : Université Curtin)

Le Dr Jamal Al-Din a expliqué que l’analyse d’anciens zircons a retardé de 500 millions d’années l’apparition de l’eau douce sur Terre. « En examinant de petits cristaux de zircon, nous avons trouvé des signatures isotopiques de l’oxygène exceptionnellement légères, qui indiquent une interaction avec l’eau douce plutôt qu’avec l’eau salée de l’océan, remontant à 4 milliards d’années », a-t-il déclaré.

Les isotopes légers de l’oxygène résultent généralement de réactions entre l’eau chaude et douce et les roches situées à plusieurs kilomètres sous la surface de la Terre. « Pour que les zircons que nous avons analysés aient des signatures d’oxygène aussi légères, les roches doivent avoir été altérées par l’eau douce, fondues, puis solidifiées à nouveau : « Cette preuve de l’eau douce il y a 4 milliards d’années remet en question l’hypothèse. théorie selon laquelle « La Terre était entièrement recouverte par l’océan à cette époque ».

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Jacques Hales Posterilia Urbanisme Plus tard, il y a plus d'aventures dans un monde plus moderneJacques Hales Posterilia Urbanisme Plus tard, il y a plus d'aventures dans un monde plus moderne

L’endroit où la roche a été trouvée

(Image : NASA/GSFC/METI/ERSDAC/JAROS et équipe scientifique américano-japonaise ASTER)

Le Dr Hugo KH Ollerock, également de l’École des sciences de la Terre et des planètes de l’Université Curtin et membre de l’équipe de recherche, a souligné l’importance de cette découverte pour comprendre la formation de la Terre et l’origine de la vie.

« Cette découverte met non seulement en lumière les débuts de l’histoire de la Terre, mais suggère également que les continents et l’eau douce ont ouvert la voie à l’émergence de la vie dans un laps de temps relativement court, moins de 600 millions d’années après la formation de la Terre. Nos recherches représentent une avancée majeure. dans la compréhension des débuts de l’histoire de la Terre et ouvre les portes aux études futures sur les origines de la vie.

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Le télescope Webb de la NASA détecte les espèces de carbone les plus éloignées connues dans l’univers

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Le télescope Webb de la NASA détecte les espèces de carbone les plus éloignées connues dans l’univers

Les astronomes ont découvert le carbone connu le plus éloigné de l’univers, remontant à seulement 350 millions d’années après le Big Bang. Cette découverte – issue du télescope spatial Webb de la NASA – a utilisé les observations infrarouges de l’actuel Advanced Extragalactic Deep Survey pour identifier le carbone dans une toute jeune galaxie qui s’est formée peu de temps après la nuit des temps.

Les résultats obligeront probablement les cosmologistes et les théoriciens à repenser une grande partie de tout ce qu’ils savent sur l’enrichissement chimique de notre univers.

Dans une recherche acceptée pour publication dans la revue Astronomie et astrophysiqueUne équipe internationale dirigée par des astronomes de l’Université de Cambridge au Royaume-Uni a détaillé ses observations de cette ancienne galaxie, connue sous le nom de GS-z12. Il est situé à un redshift supérieur à 12, près de l’aube cosmique.

« Il s’agit non seulement de la première découverte confirmée de carbone, mais aussi de la première découverte confirmée de tout élément chimique autre que les éléments primitifs produits par le Big Bang (hydrogène, hélium et traces de lithium), Francesco DiEugenio, auteur principal de l’article. . Un astrophysicien de l’Université de Cambridge me l’a dit par e-mail.

La découverte de ce carbone si tôt dans l’histoire cosmique pourrait également signifier que quelque part là-bas, la vie aurait pu démarrer plus tôt que prévu.

Cette découverte remet également en question nos modèles d’évolution chimique, dit DiEugenio. « Nous ne nous attendions pas à voir des abondances aussi élevées de carbone en oxygène avant plus tard dans l’histoire de l’univers », dit-il. Par conséquent, notre découverte indique des canaux d’enrichissement chimique nouveaux et inattendus dans l’univers primitif, explique Diogenio.

En raison de la faiblesse exceptionnelle de ces galaxies lointaines, l’équipe n’a pu détecter le carbone qu’après environ 65 heures d’observations par spectroscopie proche infrarouge.

Les astronomes utilisent la spectroscopie pour étudier l’absorption et l’émission de lumière et d’autres rayonnements par la matière. Chaque élément possède sa propre empreinte chimique qui apparaît dans le spectre de la cible céleste, ce qui a permis dans ce cas d’identifier de manière surprenante le carbone à des époques aussi précoces.

Comment ce carbone a-t-il été créé ?

Diogenio dit que le Big Bang n’a produit que de l’hydrogène, de l’hélium et des traces de lithium. Par conséquent, ce carbone – et tout le carbone de l’univers – doit avoir été produit à l’intérieur des étoiles, dit-il. Une partie du carbone est produite dans des étoiles massives à courte durée de vie, et une autre dans des étoiles de faible masse à longue durée de vie, explique DiEugenio.

Carbone via supernovae

Dans GS-z12, qui a une masse d’environ 50 millions de masses solaires seulement, nous pouvons exclure le deuxième scénario, car l’univers était si jeune que les étoiles de faible masse n’avaient pas assez de temps pour apporter des quantités significatives de carbone, explique DiEugenio. . Il dit que cela signifie qu’il a été produit dans des étoiles massives. Cependant, le rapport carbone/oxygène que nous observons dans GS-z12 ne correspond pas à celui des étoiles massives connues, explique Diogenio. C’est pourquoi nous pensons que cette découverte de carbone pourrait avoir été produite dans des types d’étoiles massives plus exotiques, telles que les étoiles du troisième groupe, dit-il.

Les étoiles du groupe III sont un groupe théorique des premières étoiles de l’univers.

Selon certains modèles, lorsque ces premières étoiles ont explosé en supernova, elles auraient pu libérer moins d’énergie que prévu initialement, suggère l’Université de Cambridge. Dans ce cas, il s’agit du carbone, qui était présent dans l’exosphère des étoiles et était moins lié gravitationnellement que l’oxygène, selon l’université. Par conséquent, ce carbone aurait pu s’échapper plus facilement et se propager dans toute la galaxie, tandis qu’une grande quantité d’oxygène serait retombée et s’effondrerait dans un trou noir, a expliqué l’université.

Ce carbone serait-il le résultat d’une étoile de Population III devenue supernova ?

« Nous ne savons pas avec certitude quel type d’étoile a produit ce carbone », explique DiEugenio. Cependant, étant donné le temps très court disponible pour l’évolution stellaire, celle-ci doit provenir d’explosions de supernova provoquées par la mort d’étoiles massives, explique Diogenio. Selon lui, des preuves allant de l’univers local jusqu’à un milliard d’années après le Big Bang montrent que le rapport carbone/oxygène produit par les supernovae est bien inférieur à ce que nous observons dans cette galaxie.

Rapports carbone/oxygène

Expliquer le rapport carbone/oxygène élevé observé dans le GS-z12 est difficile dans le cadre actuel, explique DiEugenio. Dans ce contexte, il existe certains scénarios théoriques dans lesquels les supernovae du groupe III produisent des ratios carbone/oxygène élevés ; Il dit que ce serait un scénario approprié, mais qu’il doit être confirmé.

Quant au carbone découvert ?

Diogenio dit qu’il a été produit dans l’une des coques internes brûlant de l’hélium d’une étoile massive alors qu’elle était sur le point de devenir une supernova. Il dit que lorsque l’étoile est devenue supernova, son gaz riche en carbone est revenu dans la galaxie.

C’est à ce moment-là qu’il est devenu détectable.

Ces premières supernovae et leurs sous-produits représentent les premières étapes de l’enrichissement chimique cosmique. Des milliards d’années plus tard, cette évolution chimique a conduit à l’émergence d’un groupe de galaxies telles que notre propre Voie Lactée ; Chimiquement riche et – sur cette planète du moins – regorgeant de vie basée sur le carbone.

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« La danse cosmique du feu et de la glace »

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« La danse cosmique du feu et de la glace »

Le système stellaire est situé à 3 400 années-lumière.

Vendredi, l’Agence spatiale européenne (ESA) a publié une image étonnante d’un mystérieux système stellaire. L’étoile est située à 3 400 années-lumière dans la constellation du Sagittaire et se compose d’une géante rouge et de sa compagne naine blanche. L’Agence spatiale européenne l’a qualifié de « danse cosmique de glace et de feu », notant qu’elle devient de plus en plus chaude et faible.

Selon l’Agence spatiale européenne, ces étoiles mystérieuses ont surpris les astronomes avec une « éruption semblable à une nova » en 1975, augmentant leur luminosité d’environ 250 fois.

« C’est l’histoire de deux étoiles : une géante rouge fait généreusement don de matière à sa compagne naine blanche, créant ainsi un spectacle éblouissant. Du brouillard rouge ? Ce sont les vents forts de la géante rouge ! ️Mais Mira HM Sge est un véritable mystère. En 1975, les astronomes ont été surpris par une explosion semblable à une nova, mais contrairement à la plupart des novae, elle n’a pas disparu. Depuis, il fait plus chaud mais plus faible ! », lit-on dans la légende du message. Le message comprend quatre images qui, ensemble, constituent l’image complète du système stellaire symbiote.

Voir les photos ici :

Les astronomes ont utilisé de nouvelles données de Hubble et du SOFIA (Observatoire stratosphérique pour l’astronomie infrarouge) de la NASA, ainsi que des données d’archives d’autres missions, pour revisiter le système stellaire binaire.

« Grâce à Hubble et au télescope SOFIA, à la retraite, nous avons résolu l’énigme ensemble. Les données ultraviolettes de Hubble révèlent des températures torrides autour de la naine blanche, tandis que SOFIA a détecté de l’eau s’écoulant à des vitesses incroyables, indiquant la présence d’un disque de matière en rotation.

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Entre avril et septembre 1975, la luminosité du système binaire HM Sagittae a été multipliée par 250. Récemment, des observations montrent que le système est devenu plus chaud, mais paradoxalement s’est légèrement atténué.

En réponse à l’image, un utilisateur a écrit : « C’est vraiment incroyable la danse des échanges matériels entre la géante rouge et la naine blanche. »

Un autre a commenté : « C’est tellement beau et mystérieux, j’adore ça. » Un troisième a déclaré : « Superbes clichés ».

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