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Les collisions d’étoiles à neutrons repoussent les limites de la physique extrême
Lorsque des étoiles à neutrons entrent en collision, elles créent l’un des événements les plus passionnants et les plus complexes de l’univers. Les étoiles à neutrons, vestiges d’étoiles effondrées, sont incroyablement denses et petites.
Lorsque deux de ces étoiles sont proches l’une de l’autre, elles se rapprochent et finissent par entrer en collision. Cette collision génère une chaleur intense et de merveilleux phénomènes physiques.
Qu’est-ce qu’une étoile à neutrons ?
Une étoile à neutrons est le reste compact d’une étoile massive ayant subi une explosion de supernova.
Lorsqu’une étoile pesant entre 8 et 20 fois la masse de notre Soleil épuise son combustible nucléaire, elle s’effondre sous sa propre gravité. Le noyau est tellement comprimé que les protons et les électrons se combinent pour former des neutrons, créant ainsi une étoile à neutrons.
Ces étoiles ne mesurent qu’environ 20 kilomètres (12 miles) de diamètre, mais leur masse est environ deux fois celle du Soleil. Pour mettre sa densité en perspective, une cuillère à café de matière d’étoile à neutrons pourrait peser environ un milliard de tonnes sur Terre.
Les étoiles à neutrons ont des champs magnétiques extrêmement puissants et peuvent tourner rapidement, émettant des faisceaux de rayonnement qui peuvent être détectés comme des pulsars.
Malgré leur petite taille, les étoiles à neutrons constituent un laboratoire unique pour étudier le comportement de la matière dans des conditions extrêmes, contribuant ainsi à notre compréhension de la physique fondamentale.
La physique cachée des fusions d’étoiles à neutrons
Des simulations récentes menées par des physiciens de Université d’État de Pennsylvanie Fournit de nouvelles informations sur les collisions d’étoiles à neutrons. Les simulations ont révélé que les neutrinos chauds, qui sont de petites particules presque sans masse, peuvent être brièvement piégés à l’interface où les étoiles fusionnent.
Cela ne dure que 2 à 3 millisecondes, pendant lesquelles les neutrinos interagissent avec la matière stellaire, contribuant ainsi à ramener les particules vers l’équilibre.
« Pour la première fois en 2017, nous avons observé des signaux, notamment des ondes gravitationnelles, provenant de la fusion de deux étoiles à neutrons binaires », a déclaré Pedro Luis Espino, chercheur postdoctoral à Penn State et à l’UC Berkeley, qui a dirigé la recherche.
« Cette découverte a suscité un grand intérêt pour l’astrophysique des étoiles à neutrons binaires. Comme nous ne pouvons pas reproduire ces événements en laboratoire, les simulations basées sur la théorie de la relativité générale d’Einstein sont le meilleur outil pour les comprendre. »
La nature des étoiles à neutrons
On pense que les étoiles à neutrons sont presque entièrement constituées de neutrons. Leur étonnante densité, surpassée seulement par les trous noirs, résulte de la fusion de protons et d’électrons en neutrons.
Le professeur David Radice, chef de l’équipe de recherche, a expliqué : « Avant leur fusion, les étoiles à neutrons sont en réalité froides, même si leurs températures atteignent des milliards de degrés Kelvin. »
« Leur densité signifie que cette chaleur ajoute très peu à l’énergie du système. Cependant, lors de l’impact, la température de l’interface peut atteindre des milliards de degrés Kelvin. Les photons ne peuvent pas s’échapper de cet environnement dense pour dissiper la chaleur, de sorte que les étoiles se refroidissent en émettant des neutrinos. »
Réactions post-collision
Lors d’une collision, les neutrons des étoiles se décomposent en protons, électrons et neutrinos.
Les conséquences directes de ce processus sont restées longtemps un mystère en astrophysique. Pour résoudre ce problème, l’équipe de recherche a créé des simulations détaillées qui modélisent la fusion et la physique qui en résulte.
Ces simulations, qui nécessitent une puissance de calcul massive, ont montré que même les neutrinos peuvent être brièvement piégés par la chaleur et la densité de la collision.
En déséquilibre avec les noyaux d’étoiles plus froides, ces neutrinos chauds interagissent avec la matière stellaire.
« Ces événements extrêmes repoussent les limites de notre compréhension de la physique », a noté le professeur Radice. « La courte phase de non-équilibre de 2 à 3 millisecondes est celle où la physique la plus intéressante se produit. Une fois l’équilibre rétabli, la physique devient plus compréhensible. »
Implications pour le contrôle des fusions
Les interactions lors de la fusion peuvent affecter les signaux que nous détectons sur Terre à partir de ces événements.
« La façon dont les neutrinos interagissent avec la matière stellaire et sont émis affecte les oscillations du reste fusionné », a expliqué Espino.
« Cela affecte les signaux d’ondes électromagnétiques et gravitationnelles observés sur Terre. La prochaine génération de détecteurs d’ondes gravitationnelles peut être conçue pour détecter ces différences de signaux. Ainsi, nos simulations améliorent non seulement notre compréhension, mais guident également les futures expériences et observations. »
Ces simulations révolutionnaires ouvrent de nouvelles fenêtres sur la physique des collisions d’étoiles à neutrons, nous aidant à comprendre l’un des phénomènes les plus extrêmes et les plus fascinants de l’univers.
L’étude est publiée dans la revue Lettres d’examen physique.
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Résumé graphique. crédit: Horizons matériels (2024). est ce que je: 10.1039/D4MH00244J
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Résumé graphique. crédit: Horizons matériels (2024). est ce que je: 10.1039/D4MH00244J
Près de 150 ans après la découverte et l’ajout du gallium au tableau périodique, des scientifiques de l’Université d’Auckland ont découvert des aspects jusqu’alors inconnus de la structure et du comportement de ce métal.
Identifié pour la première fois en 1875 par le chimiste français Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran, le gallium est connu pour son faible point de fusion, qui fait fondre une cuillerée de gallium dans une tasse de thé. Les semi-conducteurs sont basés sur un métal inhabituel.
La découverte surprenante concerne le comportement du gallium au niveau atomique.
Contrairement à la plupart des métaux, le gallium existe sous forme de « duplex » – des paires d’atomes – et est moins dense à l’état solide qu’à l’état liquide, ce qui est similaire à la façon dont la glace flotte sur l’eau. Le gallium présente des « liaisons covalentes » où les atomes partagent des électrons, ce qui est également inhabituel pour les métaux.
Une nouvelle étude montre que si ces liaisons disparaissent au point de fusion, elles réapparaissent à des températures plus élevées. « Résoudre des décennies de controverse : le rôle surprenant de la covalence à haute température dans la structure du gallium liquide » est le titre de l’article. papier Publié dans Horizons matériels.
Cela contredit les anciennes hypothèses et nécessite une nouvelle interprétation du faible point de fusion du gallium. La clé pourrait être une augmentation significative de l’entropie – une mesure du désordre – lorsque les liaisons disparaissent, libérant ainsi les atomes, suggèrent les chercheurs.
« Trente années de littérature sur la structure du gallium liquide reposaient sur une hypothèse fondamentale qui est clairement incorrecte », déclare le professeur Nicola Gaston, du Waipapa Tomata Rau de l’Université d’Auckland et de l’Institut MacDiarmid pour les matériaux avancés et la nanotechnologie.
La recherche a été menée par le Dr Steve Lampe – maintenant chercheur postdoctoral à l’Institut Max Planck de recherche sur l’état solide en Allemagne – Gaston et le Dr Krista Steenbergen, de l’Université Victoria de Wellington et de l’Institut MacDiarmid.
La percée est venue de Lambie, qui était alors titulaire d’un doctorat. étudiant à l’université et à l’Institut MacDiarmid, où il a soigneusement examiné la littérature scientifique des décennies précédentes et comparé les données de température pour dresser un tableau complet.
Comprendre les processus précis du gallium, en particulier son évolution avec la température, est important pour les progrès de la nanotechnologie, où les scientifiques manipulent le matériau pour créer de nouveaux matériaux.
Le métal est utilisé pour dissoudre d’autres métaux, facilitant ainsi la création de catalyseurs métalliques liquides et de « structures auto-assemblées », dans lesquelles les matériaux désordonnés s’organisent spontanément.
Des « flocons de neige » de zinc ont été créés en cristallisant du zinc dans du gallium liquide dans le cadre d’un projet antérieur impliquant Gaston, Lampe et Steenbergen.
Le gallium était prédit avant sa découverte. Lorsque le chimiste russe Dmitri Mendeleev a créé le premier tableau périodique en 1871, en classant les éléments selon des numéros atomiques croissants, il a laissé des espaces pour les éléments manquants suggérés par des éléments connus.
Le gallium est extrait de minéraux et de roches telles que la bauxite et n’est pas présent dans la nature sous sa forme pure. Le métal est utilisé dans les semi-conducteurs, les télécommunications, les LED et les diodes laser, les panneaux solaires, le calcul haute performance, les industries aérospatiale et de défense, et comme substitut au mercure dans les thermomètres.
Il est intéressant de noter que les scientifiques à la recherche de traces de vie passée sur Mars envisagent la possibilité que le gallium puisse fournir des indices sous la forme d’une « empreinte » chimique préservant les traces de vie microbienne passée. Des chercheurs de l’École d’environnement de l’université et du Centre Te Ao Marama pour les enquêtes fondamentales enquêtent.
Le nom gallium fait référence à la Gaule, ou à la France, reflétant la nationalité du découvreur.
Plus d’information:
Stephanie Lambe et al., Résoudre des décennies de débat : le rôle surprenant de la covalence à haute température dans la structure du gallium liquide, Horizons matériels (2024). est ce que je: 10.1039/D4MH00244J
« Spécialiste de la télévision sans vergogne. Pionnier des zombies inconditionnels. Résolveur de problèmes d’une humilité exaspérante. »
- SpaceX a été choisi pour sortir la Station spatiale internationale de son orbite.
- La NASA fournira à la société d’exploration spatiale de Musk 843 millions de dollars pour mener à bien la mission.
- Le projet sera mis en œuvre après le retrait de la Station spatiale internationale en 2030.
La NASA a chargé SpaceX d’Elon Musk de construire un véhicule suffisamment puissant pour sortir la Station spatiale internationale (ISS) de son orbite.
La NASA a déclaré dans un communiqué qu’elle recevrait 843 millions de dollars à SpaceX pour construire la structure avant que la Station spatiale internationale n’atteigne la fin de sa durée de vie opérationnelle en 2030. déclaration Mercredi.
Le communiqué disait : « La NASA a annoncé que SpaceX a été sélectionnée pour développer et livrer le véhicule américain Deorbit qui permettra de retirer la station spatiale de son orbite et de garantir que les risques pour les zones peuplées soient évités. »
Le véhicule s’attachera à la Station spatiale internationale et l’éloignera de sa trajectoire orbitale 250 milles au-dessus de la surface de la Terre.
La NASA a commencé Demande de propositions Aux compagnies aériennes pour US Deorbit Vehicle (USDV) en septembre, demandant des devis.
Une fois le contrat conclu, SpaceX La nouvelle a reçu une réponse le X« SpaceX est honoré de se voir confier par la NASA le soutien à cette mission critique. »
Avec la mise hors service de la Station spatiale internationale, la NASA a l’intention de s’installer dans des stations spatiales plus petites et privées, plus proches de la surface de la Terre ou en orbite terrestre basse.
« L’industrie américaine développe ces destinations commerciales pour commencer leurs opérations à la fin des années 2020 pour les clients du gouvernement et du secteur privé. » Le site Web de la NASA indique.
Lancée en 1998, la Station spatiale internationale est une structure de 925 000 livres Il mesure 357 pieds d’un bout à l’autreapproximativement la longueur d’un terrain de football.
Depuis son lancement, il est géré par cinq agences spatiales : la NASA, l’ASC (Agence spatiale canadienne), l’ESA (Agence spatiale européenne), la JAXA (Agence japonaise d’exploration aérospatiale) et la société spatiale nationale russe Roscosmos.
Le communiqué indique que les États-Unis, le Canada, le Japon et les pays participant à l’Agence spatiale européenne restent déterminés à exploiter la Station spatiale internationale jusqu’à sa retraite en 2030. La Russie s’est engagée à poursuivre ses opérations jusqu’en 2028 au moins.
La structure a beaucoup à montrer au cours de ses années de fonctionnement, ayant soutenu 3 300 expériences qui n’auraient pas pu être menées sur Terre, selon un communiqué de la NASA mercredi.
SpaceX est un partenaire commercial de la NASA depuis des années. C’était l’une des deux sociétés américaines La NASA l’a exploité en 2014 Explorer le transport spatial commercial.
SpaceX et la NASA n’ont pas immédiatement répondu à la demande de commentaires de Business Insider, qui a été soumise en dehors des heures normales de bureau.
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NASALes deux astronautes testant le nouveau vaisseau spatial Starliner de Boeing devaient commencer leur retour vers la Terre mercredi soir, mais resteront à bord de la Station spatiale internationale (ISS).
Le retour du navire sur Terre avait déjà été retardé en raison de problèmes avec certains de ses moteurs et d’une fuite d’hélium gazeux qui pousse le carburant dans le système de propulsion.
La NASA procède à un examen de haut niveau des problèmes techniques avant de décider quand ramener les astronautes chez eux.
Sonny Williams et Butch Wilmore ne sont pas en danger, mais qu’est-ce qui n’a pas fonctionné avec le vaisseau spatial et qu’est-ce que cela signifie pour leur voyage de retour ?
Starliner a été lancé le 5 juin malgré une fuite mineure d’hélium. L’hélium est utilisé pour pousser les propulseurs dans les systèmes de propulsion utilisés pour manœuvrer dans l’espace et les ralentir pour retourner dans l’atmosphère terrestre.
La fuite était si petite que les ingénieurs pensèrent que cela n’affecterait pas la mission et ils poursuivirent donc le lancement.
Mais quatre autres fuites d’hélium se sont produites au cours de la mission, et cinq des 28 manœuvres de propulsion ont été interrompues lors de l’approche de la station spatiale, dont quatre ont été redémarrées.
La mission était censée durer huit jours, mais la date de retour a été reportée le temps que les ingénieurs enquêtent sur les problèmes.
Puis, le 18 juin, la NASA a annoncé que Starliner commencerait son voyage de retour à 22h00 HAE le mercredi 26 juin (03h00 le jeudi 27 juin, GMT).
La NASA avait précédemment déclaré dans un article sur son blog que les fuites ne présentaient aucun risque pour la sécurité des astronautes car : « Seules sept heures de vol libre sont nécessaires pour effectuer une fin normale de la mission, et le Starliner en a actuellement suffisamment. de l’hélium dans ses réservoirs pour l’alimenter. Prend en charge 70 heures d’activité de vol libre après le désamarrage.
Mais quelques jours plus tard, à la suite de réunions de haut niveau, la NASA a conclu que la date de retour prévue devrait être « révisée » à une date en juillet. Aucune information supplémentaire n’a été fournie sur la raison du changement de décision.
La NASA a déclaré que les ingénieurs aérospatiaux souhaitaient étudier le vaisseau spatial pour atteindre le fond des failles avant qu’il ne rentre dans l’atmosphère terrestre. En effet, pendant que la capsule de l’équipage parachute sur Terre, le « module de service » inférieur défectueux du Starliner brûlera à sa rentrée, ce qui signifie que certaines informations sur ce qui n’a pas fonctionné seront perdues.
L’agence spatiale a souligné que les astronautes n’étaient pas bloqués et que le Starliner était certifié pour revenir sur Terre en cas d’urgence sur la Station spatiale internationale.
Ce qui se passera ensuite dépendra du résultat de l’examen de l’agence.
NASALa séquence des événements soulève la question de savoir si le lancement aurait dû avoir lieu malgré la fuite.
Le Dr Adam Baker, président de Rocket Engineering, une société britannique spécialisée dans les systèmes de propulsion de fusées, dit comprendre pourquoi la fusée a été lancée, mais affirme qu’il aurait été préférable de rechercher la cause de la fuite et de la réparer. .
« Il y a un risque qu’en essayant de rendre les choses trop parfaites, cela finisse par prendre trop de temps et trop cher, et qu’en conséquence, le soutien public et politique disparaisse », a-t-il déclaré.
« Mais ce que je pense, c’est qu’ils n’ont peut-être pas suffisamment pris en compte l’aggravation de la fuite après le lancement. C’est quelque chose que la NASA et Boeing auraient probablement dû faire. »
Cela aurait été très coûteux, car cela aurait impliqué de retirer la fusée de la rampe de lancement et de retirer le système de propulsion du vaisseau spatial.
Une autre question qui doit être examinée par la NASA est la raison pour laquelle ces problèmes n’ont été identifiés lors d’aucun des deux précédents essais en vol sans pilote du véhicule Starliner, selon le Dr Simon Barber, scientifique spatial à l’Open University.
« Les problèmes que nous avons constatés ces dernières semaines ne sont pas ceux auxquels nous nous attendrions à ce stade du programme de développement du Starliner », a-t-il déclaré.
« L’objectif était de tester ce que le fait de placer les astronautes dans la boucle de contrôle du vaisseau spatial pouvait faire en termes de performances. Au lieu de cela, nous semblons être confrontés à des problèmes plus fondamentaux qui auraient déjà dû être résolus maintenant. »
BoeingEnfin, pour la NASA, un enjeu crucial est de déterminer la cause sous-jacente des fuites d’hélium et des problèmes de propulsion. Jusqu’à ce que cela soit fait, toutes les analyses des risques pour le retour en toute sécurité des astronautes et les plans d’urgence seront incomplets, selon le Dr Barber.
« À moins que la cause profonde ne soit comprise, ils sont obligés de porter un jugement fondé sur des informations incomplètes. Si vous ne comprenez pas pleinement la cause d’un échec, vous ne pouvez pas dire avec certitude qu’il n’y a pas de problème systémique qui n’affectera rien. uniquement le système de paiement sous-jacent ; « Mais aussi sur les systèmes de propulsion de secours. »
En dernier recours, la NASA et Boeing pourraient ramener des astronautes à bord d’une capsule SpaceX Dragon, ce qui causerait un embarras majeur à Boeing. Mais selon le Dr Becker, nous n’en sommes pas encore là.
« Avec les nouveaux vaisseaux spatiaux, il faut s’attendre à l’inattendu », dit-il. « Il s’agit d’un obstacle tout à fait attendu et je ne pense pas que ce soit une préoccupation majeure, à part qu’il doit être analysé et réparé avant le prochain vol de l’équipage. »
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