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L’astuce du fil d’Ariane de Hansel et Gretel inspire un système automatisé d’exploration de grottes sur Mars et au-delà

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L’astuce du fil d’Ariane de Hansel et Gretel inspire un système automatisé d’exploration de grottes sur Mars et au-delà
Un véhicule expérimental que l’équipe de Fink a utilisé pour tester le matériel et les logiciels d’auto-exploration. Ce prototype est équipé de caméras et autres capteurs pour la navigation. Crédit : Wolfgang Fink/Université de l’Arizona

La recherche d’une maison sur Mars pourrait bientôt devenir une chose, et des chercheurs de l’Université de l’Arizona sont déjà en train d’explorer des biens immobiliers que les futurs astronautes pourraient utiliser comme habitats. Des chercheurs de l’UArizona College of Engineering ont développé une technologie qui permettrait à un troupeau de robots d’explorer les environnements souterrains d’autres mondes.

« Les tunnels de lave et les grottes feraient des habitats idéaux pour les astronautes car vous n’avez pas à construire de structure ; vous êtes protégé des radiations cosmiques nocives, donc tout ce que vous avez à faire est de le rendre agréable et confortable », a déclaré Wolfgang Fink, l’un des partenaires. Professeur de génie électrique et informatique à l’Arizona State University.

Fink est l’auteur principal d’un nouveau document de recherche Les avancées de la recherche spatiale Il détaille un réseau de communication qui relierait les rovers, les véhicules d’atterrissage sur les lacs et même les véhicules submersibles via un réseau dit à structure maillée, permettant aux machines de travailler ensemble en équipe, indépendamment de l’intervention humaine. Selon Fink et ses co-auteurs, cette approche pourrait aider à relever l’un des grands défis de la technologie spatiale de la NASA en aidant à surmonter la capacité limitée de la technologie actuelle à traverser en toute sécurité les environnements des comètes, des astéroïdes, des lunes et des corps planétaires. Se référant au conte de fées « Hansel et Gretel », les chercheurs ont nommé leur concept en instance de brevet le modèle de réseau de communications dynamiquement distribué de style Breadcrumb, ou DDCN.

Un conte de fées qui inspire l’avenir

« Si vous vous souvenez du livre, vous savez comment Hansel et Gretel ont laissé tomber des miettes de pain pour s’assurer qu’ils retrouveraient leur chemin », a déclaré Fink, fondateur et directeur du Visual and Independent Exploration Systems Research Lab à Caltech et U.A. « Dans notre scénario, les » fils d’Ariane « sont des capteurs miniatures placés à l’arrière des rovers, qui déploient les capteurs lorsqu’ils traversent une grotte ou un autre environnement souterrain. »

Surveillant constamment leur environnement et restant conscients de leur position dans l’espace, les rovers procèdent seuls, se connectant les uns aux autres via une connexion de données sans fil et déployant des nœuds de communication en cours de route. Une fois que le mobile détecte que le signal s’estompe mais qu’il est toujours à portée, il abandonne un nœud de communication, quelle que soit la distance déjà parcourue depuis qu’il a placé le dernier nœud.

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« L’un des nouveaux aspects est ce que nous appelons la propagation opportuniste – l’idée que vous répandez des » miettes de pain « lorsque vous le devez et non selon un calendrier pré-planifié », a déclaré Fink.

Et pendant tout ce temps, aucune entrée du rover parent n’est nécessaire; Fink a ajouté que chaque rover affilié prendrait cette décision par lui-même. Fink a expliqué que le système pouvait fonctionner de deux manières. Dans l’un, le rover parent agit comme un récepteur passif, collectant les données renvoyées par les rovers d’exploration. Dans l’autre cas, le véhicule mère agit en tant que coordinateur, contrôlant les mouvements du rover comme un marionnettiste.

Un trou à la surface de Mars, repéré par la caméra HiRISE, a révélé une caverne en dessous. Ces cratères, à l’abri de la dure surface martienne, sont considérés comme de bons candidats pour contenir la vie martienne, ce qui en fait des cibles de choix pour les engins spatiaux, les robots et même les explorateurs humains à l’avenir. Crédit : NASA/JPL/Université d’Arizona

Les machines prennent le relais

Le nouveau concept correspond à sondage noté Le modèle que Fink et ses collègues ont créé au début des années 2000. Cette idée envisage une équipe de robots opérant à différents niveaux de commande – par exemple, un orbiteur contrôlant un ballon, qui à son tour contrôle un ou plusieurs atterrisseurs ou rovers sur Terre. Déjà, les missions spatiales ont adopté le concept, beaucoup avec la participation de chercheurs de l’UArizona. Par exemple, sur Mars, Creativity est piloté par le rover Perseverance, qui est un hélicoptère robotique.

Un concept pour une autre mission, qui n’a finalement pas été retenue pour financement, proposait d’envoyer un orbiteur porteur de ballons et un atterrisseur lacustre pour étudier l’une des mers d’hydrocarbures sur Titan, la lune de Saturne. L’approche du chemin de navigation pousse l’idée un peu plus loin en fournissant une plate-forme robuste qui permet aux explorateurs robotiques d’opérer sous terre ou même immergés dans des environnements liquides. Fink a déclaré que de telles hordes de robots individuels et autonomes pourraient également aider aux efforts de recherche et de sauvetage à la suite de catastrophes naturelles sur Terre.

Le plus grand défi, a déclaré Fink, en plus de faire entrer les véhicules dans l’environnement souterrain en premier lieu, est de récupérer les données qu’ils enregistrent sous terre et de les ramener à la surface. Le concept DDCN permet à une équipe de rovers de naviguer même dans des environnements souterrains complexes sans perdre le contact avec la « mère rover » en surface. Équipés d’un système de détection et de télémétrie de la lumière, ou LIDAR, ils peuvent même tracer des passages de grottes dans les trois dimensions, contrairement aux drones que l’on peut voir en train de repérer des vaisseaux spatiaux extraterrestres dans le film « Prométhée ».

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« Une fois déployés, nos capteurs créent automatiquement un réseau maillé non dirigé, ce qui signifie que chaque nœud se met à jour sur chaque nœud qui l’entoure », a déclaré Fink, qui a expliqué pour la première fois le concept DDCN dans une proposition à la NASA en 2019.

« Ils peuvent basculer entre eux et compenser les points morts et les interruptions de signal », a ajouté Mark Tarbell, co-auteur de l’article et chercheur principal du laboratoire de Fink. « Si certains d’entre eux meurent, il y a toujours une communication entre les nœuds restants, de sorte que le vaisseau mère ne perd jamais le contact avec le nœud le plus éloigné du réseau. »

Dans cette impression d’artiste d’un scénario de trajectoire de navigation, on peut voir des rovers autonomes explorer un tube de lave après avoir été déployés par un rover parent qui reste à l’entrée pour maintenir la communication avec un orbiteur ou un ballon. Crédit : John Fowler/Creative Commons, Mark Tarbell et Wolfgang Fink/Université d’Arizona

mission sans retour

Le réseau robuste de nœuds de communication garantit que toutes les données collectées par les explorateurs robotiques reviennent au rover parent en surface. Ainsi, il n’est pas nécessaire de récupérer les bots une fois qu’ils ont fait leur travail, a déclaré Fink, qui a popularisé l’idée d’utiliser des ensembles de sondes de surface robotiques mobiles et jetables dès 2014.

« Il a été conçu pour être consommable », a-t-il déclaré. « Au lieu de gaspiller des ressources pour les faire entrer dans la grotte et en ressortir, il est plus logique de les faire aller aussi loin que possible et de les laisser derrière eux une fois qu’ils ont accompli leur mission, à court d’énergie ou succombé à un environnement hostile. »

« L’approche du réseau de communication présentée dans ce nouvel article a le potentiel d’annoncer une nouvelle ère de découvertes planétaires et astrobiologiques », a déclaré Dirk Schultz-Makuch, président de la Société allemande d’astrobiologie et auteur de plusieurs publications sur la vie extraterrestre. « Cela nous permet enfin d’explorer les grottes de tubes de lave martiennes et les océans souterrains des lunes glacées – des endroits où la vie extraterrestre pourrait exister. »

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Le concept proposé « porte de la magie », selon Victor Becker, professeur d’hydrologie, de sciences de l’atmosphère et de sciences de la Terre et des planètes à l’Université de l’Arizona. « Les découvertes scientifiques les plus étonnantes se produisent lorsque les progrès technologiques permettent d’accéder pour la première fois à un objet ou à un lieu et aux moyens de communiquer ce qui est ainsi découvert à des esprits créatifs cherchant à comprendre », a déclaré Baker.

Explorez des mondes océaniques cachés

Dans les endroits où des robots submersibles sont nécessaires, le système pourrait consister en une sonde – soit flottant sur un lac, comme sur Titan, soit posée sur la glace au-dessus d’un océan souterrain comme Europa – connectée à un sous-marin, par exemple via un long câble. Ici, les nœuds de connexion agissent comme des répéteurs, ce qui amplifie le signal à intervalles réguliers pour éviter qu’il ne se dégrade. Plus important encore, a noté Fink, les nœuds ont la capacité de collecter eux-mêmes des données – par exemple mesurer la pression, la salinité, la température et d’autres paramètres chimiques et physiques – et d’ingérer les données dans le câble qui se connecte à l’atterrisseur.

« Imaginez que vous vous rendiez jusqu’en Europe, fondiez sur des kilomètres de glace et atteigniez l’océan souterrain, où vous vous retrouvez entouré de vie extraterrestre, mais vous n’avez aucun moyen de ramener les données à la surface », a-t-il déclaré. a dit. C’est le scénario que nous devons éviter.  »

Après avoir développé des rovers et une technologie de communication, le groupe de Fink construit actuellement le mécanisme réel par lequel les rovers déploieront des nœuds de communication.

Fink a déclaré: « Fondamentalement, nous allons apprendre à ‘Hansels’ et ‘Gretels’ comment déposer des miettes de pain afin qu’elles s’ajoutent à un réseau de communication maillé fonctionnel.

Plus d’information:
Wolfgang Fink et al., Un modèle de réseau de communication de style Hansel & Gretel à déploiement dynamique utilisant la structure du réseau pour explorer les planètes souterraines, Les avancées de la recherche spatiale (2023). DOI : 10.1016/j.asr.2023.02.012

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Des chercheurs planétaires résolvent le mystère de la façon dont Pluton a obtenu sa forme de poire

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Des chercheurs planétaires résolvent le mystère de la façon dont Pluton a obtenu sa forme de poire

La surface de Pluton est dominée par l'immense bassin en forme de poire de Spoutnik Planitia. Il semble que son origine soit due à un impact, mais la modélisation n'a pas encore expliqué son étrange géométrie. Les planétologues de l'Université de Berne proposent un mécanisme d'impact qui reproduit la forme topographique du bassin tout en expliquant son alignement près de l'axe Pluton-Charon. Selon leurs recherches, la collision de Pluton avec un corps planétaire d'un diamètre d'environ 700 kilomètres (435 miles) a donné naissance à Spoutnik Planitia.

Cette mosaïque de Pluton a été réalisée à partir d'images New Horizons LORRI prises le 14 juillet 2015, à une distance de 49 700 miles (80 000 km). Projetée à partir d'un point situé à 1 800 km au-dessus de l'équateur de Pluton, cette vue regarde vers le nord-est la région sombre et cratérisée de Cthulhu-Riggio, en direction de l'étendue lumineuse et lisse de plaines glacées appelée Spoutnik Planum. Le pôle nord de Pluton se trouve juste à l'extérieur de l'image de gauche. Cette mosaïque a été réalisée à partir d'images panchromatiques de la caméra New Horizons LORRI, avec des couleurs superposées à partir du nuancier Ralph à bord de New Horizons. Crédit image : SA Stern et autres.

En 2015, la sonde New Horizons de la NASA a révélé que la surface de Pluton était géologiquement complexe.

Il est dominé par un bassin rempli de glace d'azote de 1 200 x 2 000 km (746 x 1 243 mi) appelé Spoutnik Planitia.

Spoutnik Planitia est la partie ouest de Tombo Reggio, la célèbre structure en forme de cœur de Pluton.

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Le bassin est de 3 à 4 kilomètres (1,9 à 2,5 mi) plus bas en altitude que la majeure partie de la surface de la planète naine.

Le Dr Harry Ballantyne, planétologue à l’Université de Berne, a déclaré : « L’apparence brillante de Spoutnik Planitia est due au fait qu’elle est principalement remplie de glace blanche à l’azote qui se déplace et se déplace constamment pour lisser la surface. »

« Cet azote s'est probablement accumulé rapidement après l'impact en raison de la basse altitude. »

« La partie orientale du « noyau » est également recouverte d’une couche similaire mais beaucoup plus fine de glace d’azote, dont l’origine n’est pas encore claire pour les scientifiques, mais est probablement liée à Spoutnik Planitia. »

Le Dr Martin Goetze, planétologue à l'Université de Berne, a déclaré : « La forme allongée de Spoutnik Planitia indique clairement que la collision n'était pas une collision directe, mais plutôt une collision oblique. »

New Horizons a capturé cette image haute résolution de Pluton le 14 juillet.  La surface de Pluton présente une gamme éblouissante de couleurs subtiles, rehaussées dans cette vue par un arc-en-ciel de bleus pâles, de jaunes, d'oranges et de rouges profonds.  De nombreux reliefs ont leurs propres couleurs distinctes, racontant une histoire géologique et climatique complexe que les scientifiques commencent tout juste à déchiffrer.  Source de l'image : NASA/Laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns Hopkins/Institut de recherche du Sud-Ouest.

New Horizons a capturé cette image haute résolution de Pluton le 14 juillet. La surface de Pluton présente une gamme éblouissante de couleurs subtiles, rehaussées dans cette vue par un arc-en-ciel de bleus pâles, de jaunes, d'oranges et de rouges profonds. De nombreux reliefs ont leurs propres couleurs distinctes, racontant une histoire géologique et climatique complexe que les scientifiques commencent tout juste à déchiffrer. Source de l'image : NASA/Laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns Hopkins/Institut de recherche du Sud-Ouest.

Les auteurs ont utilisé un logiciel de simulation d’hydrodynamique de particules lisses (SPH) pour recréer numériquement de tels impacts, en faisant varier la configuration de Pluton et de son corps d’impact, ainsi que la vitesse et l’angle du corps d’impact.

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Ces simulations ont confirmé leurs soupçons sur l'angle d'impact oblique et ont déterminé la configuration du corps d'impact.

« Le noyau de Pluton est si froid que les roches sont restées très solides et n'ont pas fondu malgré la chaleur de l'impact, et grâce à l'angle d'impact et à la faible vitesse, le noyau d'impact ne s'est pas enfoncé dans le noyau de Pluton, mais est resté intact », a déclaré Dr Ballantyne.

« Quelque part sous Spoutnik se trouvent les restes du noyau d'un autre objet massif, que Pluton n'a jamais digéré », a ajouté le Dr Eric Asfaugh, planétologue à l'Université d'Arizona.

« Cette force fondamentale et cette vitesse relativement faible étaient la clé du succès de ces simulations : la faible force donnerait lieu à un reste de surface très symétrique qui ne ressemblait en rien à la forme de larme observée par New Horizons. »

« Nous sommes habitués à considérer les collisions planétaires comme des événements incroyablement intenses dont vous pouvez ignorer les détails, à l'exception de choses comme l'énergie, l'élan et la densité. »

« Mais dans le système solaire lointain, les vitesses sont beaucoup plus lentes et la glace solide est solide, vous devez donc être plus précis dans vos calculs. C'est là que le plaisir commence. »

Les découvertes de l’équipe ont également jeté un nouvel éclairage sur la structure interne de Pluton.

« En fait, un impact géant comme celui simulé s'est probablement produit très tôt dans l'histoire de Pluton », ont déclaré les chercheurs.

« Cela pose cependant un problème : une dépression géante comme Spoutnik Planitia devrait se déplacer lentement au fil du temps vers le pôle de la planète naine en raison des lois de la physique, car elle souffre d'un déficit de masse. Cependant, elle est paradoxalement proche de l'équateur. .

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« L'explication théorique précédente était que Pluton, comme de nombreux autres corps planétaires du système solaire externe, possède un océan d'eau liquide souterrain. »

« Selon l'explication précédente, la croûte glacée de Pluton serait plus fine dans la région de Spoutnik Planitia, provoquant un gonflement de l'océan, et comme l'eau liquide est plus dense que la glace, on se retrouverait avec un excédent de masse qui stimulerait la migration vers l'équateur. »

« Cependant, la nouvelle étude propose un point de vue différent. »

« Dans nos simulations, le manteau primitif de Pluton a été complètement excavé par l'impact, et comme le matériau du noyau de l'impacteur est dispersé sur le noyau de Pluton, cela crée un excès de masse local qui pourrait expliquer la migration vers l'équateur sans océan souterrain, ou tout au plus. un océan souterrain », a déclaré le Dr Gotzi : « Très mince. »

« Cette origine nouvelle et innovante de la forme en forme de cœur de Pluton pourrait conduire à une meilleure compréhension de l'origine de Pluton », a déclaré le Dr Adeniy Denton, planétologue à l'Université de l'Arizona.

le résultats Il a été publié dans le magazine Astronomie naturelle.

_____

H. A. Ballantyne et autres. Spoutnik Planitia est un vestige d'impact qui pointe vers un ancien masson rocheux sur Pluton sans océan. Nat Astron, publié en ligne le 15 avril 2024 ; est ce que je: 10.1038/s41550-024-02248-1

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Une molécule organique stable ouvre la voie aux piles à combustible de nouvelle génération

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Une molécule organique stable ouvre la voie aux piles à combustible de nouvelle génération

Trouver des alternatives énergétiques propres à l’utilisation de combustibles fossiles est devenu plus urgent car les niveaux de dioxyde de carbone dans l’atmosphère ont atteint des niveaux records. Le fait que des catalyseurs métalliques coûteux tels que le platine soient nécessaires dans la technologie des piles à combustible pour convertir l'hydrogène en énergie est l'un des défis auxquels les chercheurs sont confrontés..

Charles Machan (à gauche) et Michael Hylinski (à droite) ont identifié une molécule organique qui pourrait remplacer l'utilisation de métaux rares et coûteux dans les piles à combustible. Crédit image : Collège et École supérieure des arts et des sciences, Université de Virginie.

Une équipe de chercheurs de Université de VirginieLa Graduate School of Arts and Sciences de l'UCLA a découvert une molécule organique qui pourrait remplacer les catalyseurs métalliques plus coûteux.

Les piles à combustible, essentielles pour alimenter les véhicules électriques et les générateurs industriels et résidentiels, s'appuient sur des métaux comme le platine pour initier la réaction chimique qui divise les sources de carburant comme l'hydrogène gazeux en protons et en électrons, qui les convertissent ensuite en électricité.

Étant donné que les catalyseurs organiques se décomposent en parties inutiles au cours du processus de catalyse, ils ne sont pas considérés comme une alternative viable aux catalyseurs à métaux rares.

Cependant, le doctorat. Les candidates Emma Cook et Anna Davis, ainsi que les professeurs adjoints de chimie Charles Machan et Michael Hylinski, ont découvert une molécule organique composée de carbone, d'hydrogène, d'azote et de fluor qui pourrait servir d'alternative pratique dans une étude publiée dans la revue Société chimique américaine.

Selon Machan, la molécule peut initier une réaction qui réduit l'oxygène à l'intérieur de la pile à combustible, réagir avec les sous-produits de la réaction et revenir à son état d'origine.

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Ces molécules sont stables dans des conditions dans lesquelles la plupart des molécules se sont décomposées et continuent d'atteindre une activité compatible avec le niveau des catalyseurs de métaux de transition..

Charles Machan, professeur agrégé, École supérieure des arts et des sciences, Université de Virginie

Les résultats préliminaires de l'équipe représentent une avancée majeure dans la recherche de piles à combustible rentables et respectueuses de l'environnement, utilisant des matériaux moins coûteux et plus durables. La prochaine génération de piles à combustible pourrait être développée d’ici 5 à 10 ans.

Cette même molécule ne peut pas se transformer en pile à combustible. Ce résultat dit qu'il peut y avoir des catalyseurs à base de carbone, et si vous modifiez ceux qui contiennent certains groupes chimiques, vous pouvez espérer les transformer en d'excellents catalyseurs pour la réaction de réduction de l'oxygène. L’objectif ultime est d’incorporer les propriétés qui rendent cette molécule si stable dans un matériau massif, afin de remplacer l’utilisation du platine..

Charles Machan, professeur agrégé, École supérieure des arts et des sciences, Université de Virginie

Hilinski, dont le groupe de recherche se concentre sur la chimie organique, a souligné l'importance de la nature interdisciplinaire de l'équipe de recherche.

Cette molécule que nous utilisons comme catalyseur a une histoire dans mon laboratoire, mais nous avons toujours recherché son utilisation dans des réactions chimiques effectuées sur des molécules contenant du carbone beaucoup plus grosses, telles que les ingrédients actifs de médicaments. Sans l'expertise de Charlie Machan, je ne pense pas que nous aurions pu relier ce sujet à la chimie des piles à combustible..

Michael Hylinski, professeur agrégé, Graduate School of Arts and Sciences, Université de Virginie

La découverte pourrait également avoir un impact sur la production industrielle de peroxyde d’hydrogène, un produit ménager standard utilisé dans le traitement des eaux usées et la fabrication du papier.

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Machan a dit :Le processus de fabrication du peroxyde d’hydrogène est peu respectueux de l’environnement et consomme beaucoup d’énergie. Il faut reformer le méthane avec de la vapeur à haute température pour libérer l'hydrogène utilisé pour le générer.« .

La découverte de l'équipe Machan pourrait également renforcer le rôle catalyseur de cette mesure, ce qui pourrait profiter aux entreprises, à l'environnement et à la technologie de traitement de l'eau.

Hilinski a également noté que les implications de cette découverte et du travail d'équipe qui en résulte pourraient aller bien au-delà du stockage d'énergie.

Hilinski a dit :Dans l’ensemble, l’une des choses les plus intéressantes de cette étude est qu’en électrifiant le catalyseur, nous avons modifié sa façon de réagir. C’est quelque chose d’inattendu et cela pourrait également être utile dans la fabrication de médicaments, que mon équipe de recherche cherche à explorer.« .

Machan, dont le groupe de recherche se spécialise en électrochimie moléculaire, attribue cette découverte à la composition interdisciplinaire de l'équipe de recherche.

Machan a conclu son discours en disant :Sans l'expertise de l'équipe de Mike Hylinski dans la fabrication de molécules organiques stables pouvant subir le type de réactions nécessaires, ce travail n'aurait pas été possible. Cette molécule organique unique nous a permis de faire quelque chose que seuls les métaux de transition peuvent faire normalement.« .

Référence du magazine :

Cook, NE, et coll. (2024) Réduction homogène de l’O_2 sans métal par électrocatalyseur à base d’iminium. Société chimique américaine. est ce que je.org/10.1021/jacs.3c14549

source: https://as.virginia.edu/

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Super accélérateur de rayons cosmiques – Des astronomes chinois ont découvert une goutte géante de rayons gamma à haute énergie

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Super accélérateur de rayons cosmiques – Des astronomes chinois ont découvert une goutte géante de rayons gamma à haute énergie

Le LHAASO a identifié un superaccélérateur de rayons cosmiques dans une bulle de rayons gamma dans la région du Cygne, ce qui représente une avancée majeure dans la compréhension des rayons cosmiques dont les énergies dépassent 10 PeV et de leurs origines dans la Voie lactée. Vue de la structure d’une bulle géante de rayons gamma de très haute énergie. Crédit : China Media Group

Le Large High-Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) a découvert une structure géante de bulles de rayons gamma de très haute énergie dans la région de formation d'étoiles du Cygnus, marquant pour la première fois l'origine de rayons cosmiques d'énergie supérieure à 10 péta- les électrons volts (PeV, 1PeV) ont été déterminés = 1015eV) détecté.

Cette réalisation a été publiée sous la forme d'un article de couverture dans Bulletin scientifique Le 26 février.

La recherche a été réalisée grâce à une collaboration LHAASO dirigée par le professeur Cao Zhen en tant que porte-parole de l'Institut de physique des hautes énergies de l'Académie chinoise des sciences. Le Dr Gao Quandong, le Dr Li Cong, le professeur Liu Ruiyu et le professeur Yang Ruizi sont co-auteurs de cet article.

Les rayons cosmiques sont des particules chargées provenant de l’espace, principalement composées de protons. L’origine des rayons cosmiques est l’une des questions les plus importantes de l’astrophysique moderne. Les mesures des rayons cosmiques au cours des dernières décennies ont révélé une rupture d'environ 1 PeV dans le spectre énergétique (c'est-à-dire la distribution de l'abondance des rayons cosmiques en fonction de l'énergie des particules), appelée le « genou » du spectre énergétique des rayons cosmiques en raison de sa forme semblable à une articulation du genou.

La propagation des rayons cosmiques de très haute énergie dans l'espace interstellaire

Démonstration de la propagation des rayons cosmiques de haute énergie dans l'espace interstellaire. Crédit : China Media Group

Les scientifiques pensent que les rayons cosmiques dont l'énergie est inférieure à celle du « genou » proviennent d'objets astrophysiques situés dans l'univers. Voie LactéeLa présence du « genou » indique également que la limite d'énergie pour accélérer les protons provenant de la plupart des sources de rayons cosmiques dans la Voie lactée est d'environ quelques PeV. Cependant, l'origine des rayons cosmiques dans la région du « genou » reste un mystère non résolu et constitue l'un des sujets les plus intéressants de la recherche sur les rayons cosmiques ces dernières années.

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Découverte du super accélérateur de rayons cosmiques

LHAASO a détecté une structure géante de bulles de rayons gamma ultra-énergétiques dans la région de formation d'étoiles du Cygnus, avec plusieurs photons dépassant 1 PeV à l'intérieur de la structure, l'énergie la plus élevée atteignant 2,5 PeV, indiquant la présence d'un superaccélérateur de rayons cosmiques. À l'intérieur de la bulle, qui accélère en permanence les particules de rayons cosmiques à haute énergie avec une énergie allant jusqu'à 20 PeV et les injecte dans l'espace interstellaire. Ces rayons cosmiques à haute énergie entrent en collision avec le gaz interstellaire et produisent des rayons gamma. L'intensité des photons gamma est clairement liée à la répartition du gaz environnant, et un amas d'étoiles massif (liaison OB, Cygnus OB2) près du centre de la bulle est considéré comme un candidat prometteur pour un superaccélérateur de rayons cosmiques. Cygnus OB2 est constitué de nombreuses étoiles jeunes, chaudes et massives dont la température de surface dépasse environ 35 000°C (étoiles de type O) et 15 000°C (étoiles de type B).

Grand observatoire de douches aériennes à haute altitude dans le comté de Daocheng

Le grand observatoire des douches aériennes à haute altitude dans le comté de Daocheng, dans la province chinoise du Sichuan (sud-ouest). Crédit : China Media Group

La luminosité radiative de ces étoiles est des centaines, voire des millions de fois supérieure à celle du Soleil, et la pression de rayonnement massive emporte les matériaux de surface des étoiles, formant des vents stellaires dynamiques qui atteignent des vitesses de plusieurs milliers de kilomètres par seconde. La collision des vents stellaires avec le milieu interstellaire environnant et la violente collision des vents stellaires créent des sites idéaux pour une accélération efficace des particules. Il s’agit du premier superaccélérateur de rayons cosmiques identifié à ce jour. À mesure que le temps d'observation augmente, LHAASO devrait découvrir davantage d'accélérateurs de rayons cosmiques et, espérons-le, résoudre le mystère de l'origine des rayons cosmiques dans la Voie Lactée.

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L'observation du LHAASO a également indiqué que le super accélérateur de rayons cosmiques à l'intérieur de la bulle augmente considérablement la densité des rayons cosmiques dans l'espace interstellaire environnant, dépassant de loin le niveau moyen des rayons cosmiques dans la Voie Lactée. L'extension spatiale de l'hyperdensité dépasse la plage observée pour les bulles, fournissant une explication possible de l'augmentation de l'émission diffuse de rayons gamma du plan galactique précédemment détectée par LHAASO.

Le professeur Elena Amato, astrophysicienne renommée de l'Institut national italien d'astrophysique (INAF), a souligné l'impact de cette découverte sur l'origine des rayons cosmiques en général. Elle a également commenté que ces résultats « ont non seulement un impact sur notre compréhension de l’émission diffuse, mais ont également des conséquences très pertinentes pour notre description du transport des rayons cosmiques (CR) dans la galaxie ».

Référence : « Bulle de rayons gamma ultra-énergétiques alimentée par la superstructure PeVatron » par la collaboration LHAASO, 23 décembre 2023, Bulletin scientifique.
est ce que je: 10.1016/j.scib.2023.12.040

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