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L’atmosphère la plus proche de Mercure

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Diagramme schématique de la surface du magma primitif et des composants de l’atmosphère de Mercure dans la basse atmosphère et l’exosphère hétérogènes lorsque la haute atmosphère fusionne avec l’espace. crédit : NASA

Mercure est une planète inhabituelle. La plus petite planète du système solaire, et la planète la plus proche du soleil, est située dans un écho de rotation 3:2, tourne lentement et subit une chaleur intense pouvant atteindre 430°C, le côté nuit est froid, jusqu’à -170°C . . Beaucoup plus grand que le noyau riche en fer de la Terre, il a la deuxième densité moyenne la plus élevée du système solaire, seulement 1,5% de moins que la Terre. Malgré sa proximité avec le Soleil, la surface de Mercure s’est avérée riche en éléments volatils tels que le sodium et le soufre.


Notamment, la séparation de la planète en un noyau riche en fer et un manteau rocheux (la région géologique entre le noyau et la croûte) indique que Mercure avait magma océan tôt dans sa formation. Comme tout liquide, cet océan se serait vaporisé, mais dans le cas de Mercure, les températures étaient probablement si élevées que la vapeur n’était pas constituée d’eau, mais de roche. Dans une nouvelle étude publiée dans Journal des sciences planétaires, Noah Yaghi et ses collègues ont modélisé comment l’évaporation de surface de cet océan de magma conduit à la formation atmosphérique et ont déterminé si les pertes de l’atmosphère pourraient modifier la composition de Mercure, abordant la question ouverte de la cause de l’équinoxe. éléments volatils Comme le sodium accumulé à la surface de Mercure. Leurs résultats ont été surprenants, a déclaré à Phys.org Yaghi, un étudiant diplômé de l’Université de Berne.

Lindy Elkins Tanton, directrice de la School of Earth and Space Exploration de l’Arizona State University, a expliqué que les premiers océans de magma planétaire ne sont pas inhabituels. « Nous pensons que toutes les planètes rocheuses ont un ou plusieurs – peut-être plusieurs – océans de magma au fur et à mesure qu’ils se forment. Les effets de l’accrétion vers la fin de la formation de la planète ne sont que cette énergie; les planètes fondront à une certaine profondeur. »

au début système solaire C’était un endroit agité et animé, rempli de pierres volantes, de collisions massives et de bombardements féroces. La chaleur de ces événements, combinée à la désintégration radioactive et à la chaleur du réglage gravitationnel dans le noyau riche en fer de Mercure, a maintenu la surface et l’intérieur de la planète en fusion. Les modèles indiquent que ces processus ont fait monter la température de surface à environ 2 400 K (3 860 degrés Fahrenheit). L’évaporation puis la perte d’atmosphère pourraient-elles modifier la composition de Mercure ?

Yaghi et son équipe ont émis l’hypothèse de deux tailles initiales pour Mercure, une plus grande qu’aujourd’hui, certains scientifiques ont émis l’hypothèse, et quatre compositions possibles d’océans magmatiques. Les espèces volatiles telles que le dioxyde de carbone, le monoxyde de carbone, l’hydrogène (H2) et l’eau se dissolvent dans le magma et peuvent s’échapper sous forme de gaz lorsque la pression est relâchée. Les éléments rocheux non volatils tels que le silicium, le sodium ou le fer ne peuvent être présents sous forme de gaz tels que le monoxyde de silicium (SiO) que dans hautes températures On pense qu’il a existé dans l’océan de magma primitif. La différence entre les espèces gazeuses volatiles et non volatiles est que, pour une température donnée, les espèces volatiles ont des pressions de vapeur d’équilibre beaucoup plus élevées que celles des substances non volatiles. C’est la pression que l’atmosphère exerce sur la surface de l’atmosphère et du magma lorsque les deux coexistent.

L’équipe de recherche a mené un modèle couplé atmosphérique pour déterminer l’effet de l’évaporation de l’océan à l’atmosphère, et après avoir calculé les processus chimiques et physiques dans l’atmosphère, le résultat obtenu perte totale De l’atmosphère à l’espace ou retour à la planète. Pendant ce temps, la planète se refroidissait. Le magma liquide commence à cristalliser à 1 700 K (2 600 °F), ce qui fait des 1 500 K utilisés par Jäggi une bonne approximation de l’âge de fonte en surface et définit le point final de la perte de masse provenant de l’océan magmatique de Mercure.

Dans les états volatils et non volatils, l’océan de magma s’évapore pour alimenter l’atmosphère. Les particules peuvent s’échapper de l’atmosphère de l’une des quatre manières suivantes : chauffer le plasma du vent solaire pour obtenir des particules chargées. photoévaporation de types atmosphériques de photons solaires de très haute énergie tels que les rayons X et les photons ultraviolets du Soleil dans les profondeurs de la haute atmosphère provoquant un écoulement de gaz vers l’extérieur (également appelé échappement hydrodynamique); Jeans s’échappe, alors que des molécules de haute altitude, à grande vitesse et de faible masse se précipitent dans la partie supérieure de l’atmosphère avant de rencontrer une autre collision moléculaire ; et la photoionisation, dans laquelle les photons de haute énergie produisent des ions qui s’échappent par divers moyens.

Le modèle de l’équipe a révélé que des quatre mécanismes d’échappement potentiels, l’échappement des jeans était minime, tandis que les autres mécanismes ont entraîné des pertes de masse de 1 million à 4 milliards de kilogrammes par seconde, selon le moment de la formation de Mercure et les hypothèses sur l’efficacité de chauffage, avec le groupe supérieur provenant de l’évasion Hydrodynamique – « d’insignifiant à répandu », a déclaré Jaggi, selon l’efficacité avec laquelle les espèces dans l’atmosphère ont été chauffées et la quantité de rayonnement émise par le soleil primitif.

Mais plus important encore, la perte de masse totale des deux atmosphères très différentes – volatile et non volatile – s’est avérée assez similaire. Compte tenu de la perte de masse, l’échelle de temps résultante du modèle pour l’échange chimique inter-atmosphérique efficace était inférieure à 10 000 ans, ce qui signifie que les fuites atmosphériques ne représentent qu’environ 0,3 % de la masse initiale de Mercure, soit à moins de 2,3 kilomètres de la croûte. (Le rayon actuel de Mercure est de 2440 km).

Il apparaît donc que la perte de masse cumulée n’a pas modifié significativement la composition du manteau de Mercure durant la phase océanique magmatique. Ainsi, les temps de refroidissement, qui dépendent de l’effet de serre induit, déterminent la quantité de matière perdue au cours de la vie de l’océan magmatique.

L’insignifiance de la perte globale de masse atmosphérique de Mercure, et l’échappement hydrodynamique mis à part, a déclaré Yaghi, était surprenante. « Cela nous dit qu’il doit y avoir plus de mesures de sodium élevé à la surface de Mercure, car il ne peut pas être accumulé ou perdu en quantité significative compte tenu des taux de perte typiques et océan de magma Âge. « Les résultats pourraient s’étendre à la Lune, une exoplanète ou une planète semblable à la Terre commençant dans une phase de magma chaud » avec un budget fluctuant fourni par ses blocs de construction.  »


Une nouvelle recherche explique la composition chimique distinctive de la Terre


Plus d’information:
Noah Yaghi et al., Évolution de l’atmosphère primitive de Mercure, Journal des sciences planétaires (2021). DOI : 10.3847 / PSJ / ac2dfb

© 2021 Réseau Science X

la citation: Atmosphère la plus proche sur Mercure (2021, 23 décembre) Récupéré le 23 décembre 2021 sur https://phys.org/news/2021-12-earliest-atmosphere-mercury.html

Ce document est soumis au droit d’auteur. Nonobstant toute utilisation équitable à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans autorisation écrite. Le contenu est fourni à titre informatif seulement.

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Les moteurs Warp pourraient envoyer des ondes gravitationnelles à travers l’univers : ScienceAlert

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Les moteurs Warp pourraient envoyer des ondes gravitationnelles à travers l’univers : ScienceAlert

Les humains du futur utiliseront-ils des moteurs de distorsion pour explorer l’univers ? Nous ne sommes pas en mesure d’éliminer cette possibilité. Mais si nos lointains descendants le faisaient, cela ne l’inclurait pas Cristaux de dilithiumEt Dialectes écossais D’ici là, cela s’évaporera dans l’histoire.

Warp Drives trouve ses racines dans l’un des films de science-fiction les plus célèbres de tous les temps, mais il a une base scientifique. Un nouveau document de recherche examine la science derrière cela et se demande si le fait de ne pas contenir un moteur de distorsion émettrait des ondes gravitationnelles détectables.

Le document est intitulé «Ce que personne n’a vu auparavant : des formes d’ondes gravitationnelles générées par l’effondrement d’un moteur de distorsion.Les auteurs sont Katie Clough, Tim Dietrich et Sebastian Kahn, physiciens issus d’institutions du Royaume-Uni et d’Allemagne.

Il y a de la place pour les moteurs de torsion dans la relativité générale, et le physicien mexicain Miguel Alcubierre a décrit comment ils pourraient fonctionner théoriquement en 1994. Il est bien connu dans les cercles spatiaux et physiques pour ses recherches. Moteur Alcubierre.

Tout le monde sait qu’aucun objet ne peut voyager plus vite que la vitesse de la lumière. Mais les moteurs à distorsion peuvent offrir une solution alternative. En déformant l’espace-temps lui-même, un vaisseau spatial à distorsion ne violerait pas la règle de la vitesse plus rapide que la lumière (FTL).

« Bien qu’ils soient issus de la science-fiction, les moteurs de distorsion ont une description concrète dans la relativité générale, où Alcubierre a été le premier à proposer une échelle spatio-temporelle qui prend en charge les voyages plus rapides que la lumière », expliquent les auteurs. Il écrit.

Il existe des obstacles scientifiques évidents à la création d’un moteur de distorsion. Mais il est possible de simuler comment cela fonctionnerait et comment cela serait détecté via les ondes gravitationnelles en cas de panne. Les moteurs de distorsion déforment l’espace-temps lui-même, tout comme les fusions binaires d’objets compacts comme les trous noirs et les étoiles à neutrons. Il est théoriquement possible qu’un signal d’onde gravitationnelle soit émis de la même manière que les fusions.

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« Pour rechercher de tels signaux et les identifier correctement dans les données mesurées, il est important de comprendre leurs phénomènes et leurs propriétés », expliquent les auteurs. Il explique.

Cela commence par comprendre le fonctionnement des moteurs de distorsion, c’est pourquoi nous devons nous plonger dans la physique.

« L’idée de base derrière un entraînement de torsion est qu’au lieu de dépasser directement la vitesse de la lumière dans un cadre de référence local, ce qui violerait l’invariance de Lorentz, une « bulle de torsion » peut parcourir des distances plus rapides que la vitesse de la lumière (telle que mesurée à certains endroits). grandes distances) » Observateur ) en contractant l’espace-temps devant lui et en élargissant l’espace-temps derrière lui. États.

Le premier inconvénient est que les lecteurs de distorsion nécessitent un état d’énergie nul (NEC). La physique stipule qu’une région de l’espace ne peut pas avoir une densité d’énergie négative. Il existe des solutions théoriques à ce problème, mais pour le moment, aucune d’entre elles n’est pratique.

« D’autres problèmes liés à l’échelle de distorsion incluent la possibilité de courbes temporelles fermées et, d’un point de vue plus pratique, les difficultés rencontrées par les personnes à bord du navire pour contrôler et désactiver la bulle », expliquent les auteurs. Il explique.

En effet, l’équipage n’aurait aucun moyen d’envoyer des signaux à la proue du navire. Il est difficile pour les événements à l’intérieur de la bulle d’affecter les événements à l’extérieur de la bulle de distorsion. Cet article explique.

« Du point de vue de la simulation dynamique d’un entraînement de distorsion, le principal défi est la stabilité », déclarent les auteurs. Il explique. Les équations montrent qu’un moteur Alcubierre pourrait déclencher une bulle torsadée en utilisant l’équation d’Einstein, mais il n’existe aucune équation connue qui puisse la soutenir.

« Il n’existe (à notre connaissance) aucune équation d’état connue qui permettrait de maintenir une jauge d’entraînement de torsion dans une configuration stable au fil du temps. Par conséquent, même si l’on peut stipuler qu’une bulle de torsion est initialement stationnaire, elle évoluera rapidement à partir de cela ». dans la plupart des cas, les distorsions du fluide de distorsion et de l’espace-temps se disperseront ou s’effondreront en un point central. »

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Bien que l’instabilité soit un obstacle majeur aux moteurs de distorsion, c’est aussi ce qui pourrait les rendre détectables. Si le moteur Alcubierre atteint une vitesse constante, cela ne peut pas être détecté. Il ne génère aucune onde gravitationnelle et n’a pas de masse ADM. ADM est l’abréviation d’Arnowitt-Deser-Misner, du nom de trois physiciens. Je laisse aux lecteurs curieux le soin d’en savoir plus Bloc ADM.

Mais un lecteur de distorsion ne peut être détecté que s’il est fixe et stable. Une fois qu’il s’effondre, accélère ou décélère, il peut être détecté. Dans leur travail, les auteurs ont laissé la bulle du moteur de distorsion s’effondrer.

« Physiquement, cela pourrait être lié à un effondrement du champ de confinement que la civilisation d’après-warp utilise (vraisemblablement) pour soutenir la bulle de distorsion contre l’effondrement. » Il écrit.

Dans leurs formulations, la nature du navire lui-même n’a pas d’importance. Seules la bulle de distorsion et le fluide de distorsion à l’intérieur comptent.

Les chercheurs ont simulé l’effondrement d’une bulle de distorsion. Ils ont constaté que l’effondrement générait des ondes gravitationnelles aux propriétés différentes de celles générées par les fusions.

« Le signal se présente sous la forme d’une rafale, ne contenant initialement aucun contenu d’onde gravitationnelle, suivie d’une période oscillatoire avec une fréquence caractéristique d’ordre 1/[R], » ils Il écrit. « Dans l’ensemble, le signal est très différent des collisions binaires compactes typiques observées par les détecteurs d’ondes gravitationnelles et ressemble davantage à des événements tels que l’effondrement d’une étoile à neutrons instable ou la collision directe de deux trous noirs. »

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Les auteurs soulignent que bien que le moteur de distorsion génère le signal GW, celui-ci se situe en dehors de la plage de fréquences de nos détecteurs au sol actuels.

« Des propositions concernant des détecteurs haute fréquence ont été faites, donc à l’avenir, il sera peut-être possible d’imposer des limites à la présence de tels signaux. » Il écrit. Le vaisseau lui-même peut également envoyer une sorte de signal multi-messages, mais il est difficile de savoir comment la matière du vaisseau interagit avec la matière normale.

« Comme nous ne savons pas quel type de matériau a été utilisé pour construire le vaisseau de distorsion, nous ne savons pas s’il interagirait (en dehors de la gravité) avec la matière ordinaire lorsqu’elle se propagerait dans l’univers », ont déclaré les chercheurs. Il explique.

Il s’agit d’une expérience de pensée amusante. Il est possible qu’il y ait une sorte de solution de contournement pour les voyages FTL un jour dans un avenir lointain. Si tel est le cas, cela pourrait être lié à une meilleure compréhension de la matière noire et de l’énergie noire. Si des ETI existent, elles pourraient être en mesure d’exploiter des connaissances fondamentales sur l’univers que nous ne possédons pas encore.

S’ils découvrent comment construire et utiliser un moteur de distorsion, même si c’est impossible, leurs activités pourraient créer des ondes gravitationnelles que nos futurs observatoires pourront détecter, même dans d’autres galaxies. Mais pour l’instant, tout cela reste théorique.

« Nous prévenons que les formes d’onde obtenues sont probablement très spécifiques au modèle utilisé, qui présente plusieurs problèmes théoriques connus, comme indiqué dans l’introduction », écrivent les auteurs. Il écrit Dans leur conclusion. « Des travaux supplémentaires seront nécessaires pour comprendre à quel point les signatures sont générales et caractériser correctement leur détectabilité. »

Nul doute que certains physiciens curieux continueront à travailler là-dessus.

Cet article a été initialement publié par L’univers aujourd’hui. Lis le Article original.

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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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