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Les astronomes utilisent des étoiles mortes pour mesurer les ondes gravitationnelles produites par les anciens trous noirs

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Les astronomes utilisent des étoiles mortes pour mesurer les ondes gravitationnelles produites par les anciens trous noirs

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L’équipe NANOGrav a utilisé un certain nombre de radiotélescopes, dont le télescope de Green Bank en Virginie-Occidentale, pour écouter les pulsars pendant 15 ans. Crédit : NRAO/AUI/NSF, CC BY

Une équipe internationale d’astronomes a découvert une faible signal d’ondes gravitationnelles se répercutant dans l’univers. utilisant des étoiles mortes comme un réseau géant de Détecteurs d’ondes gravitationnellesCoopération – cela s’appelle nanographe– a pu mesurer un bourdonnement à basse fréquence à partir d’un chœur d’ondulations spatio-temporelles.

je astronome qui étudie et écrit à ce sujet CosmologieEt trous noirs Et planètes extérieures. j’ai regardé L’évolution des trous noirs supermassifs à l’aide du télescope spatial Hubble.

Bien que les membres de l’équipe à l’origine de cette nouvelle découverte ne soient pas encore sûrs, ils soupçonnent fortement que le bruit de fond des ondes gravitationnelles qu’ils ont mesurées a été causé par la fusion d’innombrables événements anciens de trous noirs supermassifs.

Les pulsars orbitent autour d’étoiles mortes qui émettent de puissants faisceaux de rayonnement et peuvent être utilisés comme des horloges cosmiques précises.

L’utilisation des étoiles mortes en cosmologie

ondes gravitationnelles Ce sont des ondulations dans l’espace-temps causées par des objets massifs qui accélèrent. Son existence a été prédite par Albert Einstein dans sa théorie générale de la relativité, où il a postulé que lorsqu’une onde gravitationnelle traverse l’espace, elle provoque une contraction puis une expansion périodique de l’espace.

Les chercheurs ont détecté pour la première fois des preuves directes d’ondes gravitationnelles en 2015, lorsque l’observatoire d’ondes gravitationnelles à interféromètre laser, connu sous le nom de LIGO, a capté un signal de Une paire de trous noirs fusionnés Il a parcouru 1,3 milliard d’années-lumière pour atteindre la Terre.

La collaboration NANOGrav tente également de détecter des ondulations spatio-temporelles, mais à une échelle interstellaire. L’équipe a utilisé des pulsars, qui orbitent rapidement autour d’étoiles mortes émettant un faisceau d’émissions radio. Un pulsar est fonctionnellement similaire à une balise en ce sens que lorsqu’il tourne, ses rayons peuvent balayer la Terre à périodes régulières.

L’équipe NANOGrav a utilisé ces pulsars Rotation incroyablement rapide– jusqu’à 1 000 fois par seconde – et ces impulsions peuvent être chronométrées comme les battements d’un Une horloge cosmique très précise. Lorsque les ondes gravitationnelles balayent un pulsar à la vitesse de la lumière, les ondes se dilatent très légèrement et réduisent la distance entre le pulsar et la Terre, ce qui entraîne une légère modification du temps entre les ticks.

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Les pulsars sont des horloges si précises qu’il est possible de mesurer leurs ticks à moins de 100 nanosecondes. Cela permet aux astronomes de calculer la distance entre le pulsar et la Terre vers l’intérieur 100 pieds (30 mètres). Les ondes gravitationnelles modifient la distance entre ces pulsars et la Terre de dizaines de kilomètres, ce qui rend les pulsars suffisamment sensibles pour détecter cet effet.

Trouvez le bourdonnement dans la cacophonie

La première chose que l’équipe de NANOGrav devait faire était de contrôler le Bruit dans un détecteur d’ondes gravitationnelles cosmiques. Cela comprenait le bruit dans les récepteurs radio qu’il utilise et l’astrophysique subtile qui influence le comportement des pulsars. Même en tenant compte de ces effets, l’approche de l’équipe n’était pas assez sensible pour détecter les ondes gravitationnelles Les binaires individuels d’un trou noir supermassif. Cependant, il avait suffisamment de sensibilité pour détecter la somme de toutes les fusions massives de trous noirs qui se sont produites n’importe où dans l’univers depuis le Big Bang – jusqu’à un million de signaux qui se chevauchent.

Dans une analogie musicale, c’est comme se tenir dans un centre-ville bondé et entendre le faible son d’une symphonie quelque part au loin. Vous ne pouvez pas choisir un instrument de musique à cause du bruit des voitures et des gens autour de vous, mais vous pouvez entendre le bourdonnement de centaines d’instruments. L’équipe devait extraire la signature de ce onde gravitationnelle « de fond » des autres signaux concurrents.

L’équipe a pu découvrir cette symphonie en mesurant une grille de 67 pulsars différents sur une période de 15 ans. Si une partie de la perturbation dans le pulsar d’un pulsar était causée par des ondes gravitationnelles de l’univers lointain, tous les pulsars que l’équipe surveillait seraient affectés de la même manière. Le 28 juin 2023, l’équipe a publié Quatre feuilles Il décrit son projet et les preuves qu’il a trouvées pour un fond d’ondes gravitationnelles.

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Le buzz trouvé par la collaboration NANOGrav a été produit par la fusion de trous noirs des milliards de fois plus massifs que le Soleil. Ces trous noirs tournent les uns autour des autres très lentement et produisent avec eux des ondes gravitationnelles Les fréquences sont d’un milliardième de hertz. Cela signifie que les ondulations spatio-temporelles ont une oscillation toutes les quelques décennies. Cette oscillation lente des ondes est la raison pour laquelle l’équipe devait s’appuyer sur la synchronisation incroyablement précise des pulsars.

Ces ondes gravitationnelles sont différentes des ondes que LIGO peut détecter. Les signaux LIGO sont produits lorsque deux trous noirs sont présents De 10 à 100 fois la masse du Soleil Ils fusionnent en un seul corps en rotation rapide, créant des ondes gravitationnelles qui oscillent des centaines de fois par seconde.

Si vous considérez les trous noirs comme un diapason, plus l’événement est petit, plus le diapason vibre rapidement et plus le son est fort. LIGO détecte les ondes gravitationnelles qui « sonnent » dans la plage audible. L’équipe de NANOGrav a trouvé des fusions de trous noirs « en boucle » à une fréquence extrêmement basse des milliards de fois.

Le télescope spatial James Webb a permis aux astronomes de regarder en arrière et d’étudier les premières galaxies qui se sont formées après le Big Bang. Crédit : NASA, ESA, ASC, STScI

Des trous noirs géants dans l’univers primitif

Les astronomes s’intéressent depuis longtemps à l’étude de l’apparition des étoiles et des galaxies au lendemain du Big Bang. Cette nouvelle découverte de l’équipe NANOGrav revient à ajouter une autre couleur – les ondes gravitationnelles – à une image de l’univers primitif qui commence tout juste à se dévoiler, en grande partie grâce au télescope spatial James Webb.

L’objectif scientifique principal de Télescope spatial James Webb Il s’agit d’aider les chercheurs à étudier comment les premières étoiles et galaxies se sont formées après le Big Bang. Pour ce faire, James Webb a été conçu pour détecter la faible lumière d’étoiles et de galaxies incroyablement éloignées. Plus un objet est éloigné, plus il faut de temps à la lumière pour atteindre la Terre, donc James Webb est une machine à voyager dans le temps efficace qui peut regarder plus de 13,5 milliards d’années en arrière pour voir la lumière de Les premières étoiles et galaxies dans l’univers.

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Il a eu beaucoup de succès dans la recherche, ayant trouvé Des centaines de galaxies qui a inondé l’univers de lumière au cours des 700 premiers millions d’années après le Big Bang. Découvrez aussi le télescope Le plus ancien trou noir Dans l’univers, il est situé au centre d’une galaxie qui s’est formée seulement 500 millions d’années après le Big Bang.

Ces découvertes remettent en question les théories existantes sur l’évolution de l’univers.

Cela prend beaucoup de temps Une immense galaxie grandit. Les astronomes savent que les trous noirs supermassifs se trouvent au centre de chaque galaxie et ont une masse proportionnelle à leurs galaxies hôtes. Ces anciennes galaxies ont donc presque certainement Le trou noir supermassif correspondant dans leurs centres.

Le problème est que les objets découverts par James Webb sont beaucoup plus grands que ce que la théorie actuelle dit qu’ils devraient être.

Ces nouveaux résultats de l’équipe NANOGrav sont issus de la première occasion pour les astronomes d’écouter les ondes gravitationnelles de l’ancien univers. Les résultats, bien que surprenants, Pas assez fort pour revendiquer une découverte définitive. Cela est susceptible de changer, cependant, à mesure que l’équipe élargit le réseau de pulsars pour inclure 115 pulsars Et il devrait obtenir des résultats de cette prochaine enquête vers 2025. Alors que James Webb et d’autres chercheurs remettent en question les théories existantes sur l’évolution des galaxies, être capable d’étudier l’ère après le Big Bang avec des ondes gravitationnelles pourrait être un outil inestimable.

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

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

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

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

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

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

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

Concept artistique du télescope spatial James Webb

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Référence du magazine :

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

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Des fossiles d’anciens reptiles ressemblant à des crocodiles découverts au Brésil

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Des fossiles d’anciens reptiles ressemblant à des crocodiles découverts au Brésil
Brasilia :

Un scientifique brésilien a découvert des fossiles de petits reptiles ressemblant à des crocodiles qui vivaient pendant la période du Trias, des millions d’années avant l’apparition des premiers dinosaures.

Les fossiles du prédateur, appelé Parvosuchus aureloi, comprennent un crâne complet, 11 vertèbres, un bassin et quelques os de membres, selon le paléontologue Rodrigo Muller de l’Université fédérale de Santa Maria dans l’État de Rio Grande, auteur de la recherche publiée jeudi. Journal des rapports scientifiques.

Parvosuchus, qui vivait il y a environ 237 millions d’années, marchait sur quatre pattes et mesurait environ un mètre de long et se nourrissait de reptiles plus petits. Les fossiles ont été découverts dans le sud du Brésil. Parvosuchus, qui signifie « petit crocodile », appartient à une famille éteinte de reptiles appelée Gracilissuchidae, qui jusqu’à présent n’était connue qu’en Argentine et en Chine.

« Les Gracilisuchidae sont des organismes extrêmement rares dans le monde paléontologique », a déclaré Mueller à Reuters. « Ce groupe est particulièrement intéressant car ils vivaient juste avant l’aube des dinosaures. Les premiers dinosaures vivaient il y a 230 millions d’années. »

Parvosuchus était un prédateur terrestre. Gracili suchidae représente l’une des branches les plus anciennes de la lignée connue sous le nom de Pseudosuchia qui comprenait plus tard la branche alligator.

Parvosuchus a vécu à une époque d’innovation évolutive à la suite de la pire extinction massive sur Terre il y a 252 millions d’années, avec plusieurs groupes de reptiles en compétition avant que les dinosaures ne deviennent finalement dominants. Les derniers membres des Gracilisuchidae ont incontestablement disparu environ sept millions d’années avant l’apparition des premiers dinosaures.

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(Cette histoire n’a pas été éditée par le personnel de NDTV et est générée automatiquement à partir d’un flux syndiqué.)

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