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Les galaxies sans matière noire déroutent les astronomes

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Les galaxies sans matière noire déroutent les astronomes

Cette image Hubble capture un groupe de galaxies inhabituelles car elles ne semblent pas contenir de matière noire.Crédit : NASA/ESA/P. Van Dokkum, Université de Yale.

Les astronomes pensent que les galaxies ne peuvent pas se former sans la gravité de la matière noire. Ainsi, un chemin galactique dépourvu de cette substance mystérieuse, sans raison apparente, serait une excellente trouvaille. Dans un article publié dans tempérer la nature le 18 mai1Maintenant, les astronomes disent qu’ils ont peut-être remarqué un tel système – une série de 11 galaxies ne contenant pas de matière noire, et qui auraient toutes pu se former dans la même collision ancienne. Mais nombre de leurs pairs ne sont pas convaincus que cette affirmation soit bien plus qu’une hypothèse.

Ce type de système peut être utilisé pour en savoir plus sur la formation des galaxies et sur la nature de la matière noire elle-même. « Si cela s’avère vrai, cela pourrait certainement être excitant pour la formation des galaxies », déclare Chervin Laporte, astronome à l’Université de Barcelone en Espagne :

La découverte était centrée sur deux galaxies décrites par Peter van Dokkum de l’Université de Yale à New Haven, Connecticut, et ses co-auteurs en 2018 et 2019. Leurs étoiles se déplaçaient si lentement que les nuages ​​de matière noire n’étaient pas nécessaires pour expliquer leurs orbites, donc le L’équipe a conclu que les galaxies ne contiennent pas de matière noire. . La découverte était controversée car les galaxies, appelées DF2 et DF4, semblaient stables et différentes des seules autres galaxies connues dépourvues de matière noire, qui sont nouvelles et éphémères, créées dans les bras de grandes galaxies dépourvues de matière noire. par un voisin. Comment DF2 et DF4 ont été formés est un mystère.

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Sentier révélateur

Dans le dernier article de recherche, l’équipe de van Dokkum relie non seulement les deux galaxies inhabituelles, mais affirme également que leurs propriétés sont cohérentes avec leur formation lors d’une collision à grande vitesse, il y a huit milliards d’années, qui a également entraîné davantage de ces structures. « Cette explication unique explique beaucoup de choses étranges sur ces galaxies », dit van Dokkum.

L’équipe a emprunté son scénario à des simulations créées à l’origine pour expliquer les caractéristiques uniques des collisions à grande échelle entre amas de galaxies. Les chercheurs suggèrent que lorsque deux galaxies ancestrales entreraient en collision frontale, leur matière noire et leurs étoiles auraient navigué l’une sur l’autre. La matière noire n’interagirait pas et les étoiles étaient trop éloignées pour entrer en collision. Mais à mesure que la matière noire et les étoiles accéléraient, le gaz dans l’espace interstellaire des deux galaxies entrerait en collision, rétrécirait et ralentirait, laissant derrière lui une traînée de matière qui formerait plus tard de nouvelles galaxies sans matière noire.

Ensuite, les chercheurs ont recherché de telles galaxies dans la ligne entre DF2 et DF4. Ils ont identifié trois à sept nouveaux candidats pour les galaxies dépourvues de matière noire, ainsi que d’étranges galaxies faibles aux deux extrémités, qui pourraient être la matière noire et les étoiles restantes des galaxies ancestrales. « Il a regardé en face dès que j’ai su quoi chercher », a déclaré van Dokkum.

Si cette image s’avère correcte, elle pourrait aider les astronomes à comprendre le comportement de la matière noire et à en savoir plus sur les conditions dans lesquelles les galaxies peuvent se former. Une telle collision galactique pourrait également être utilisée comme un « nouveau laboratoire » pour comprendre si la matière noire interagit avec elle-même, explique Ju Ojia, astronome à l’Université du Zhejiang à Hangzhou, en Chine.

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questions ouvertes

Bien que plausible, dit Priamvada Natarajan, un astrophysicien à l’Université de Yale qui n’est pas membre de l’équipe de van Dokkum, le modèle de van Dokkum ne décrit qu’une des nombreuses façons dont ces galaxies auraient pu être. Mais elle dit que c’est intéressant et, plus important encore, que cela fait des prédictions vérifiables.

Les mesures des distances et des vitesses exactes des galaxies candidates pourraient prouver qu’elles font partie de la même chaîne plutôt qu’une simple coïncidence le long de la même ligne de visée, explique Michelle Collins, astronome à l’Université du Surrey à Guilford, au Royaume-Uni. « Pour moi, qu’il s’agisse ou non d’une vraie ligne est une grande question ouverte. »

Les astronomes doivent également mesurer les masses des galaxies fantômes aux extrémités de la ligne – d’éventuelles galaxies prédécesseurs – pour tester si elles contiennent autant de matière noire que le modèle le prédit, ajoute Laporte.

D’autres se demandent si une explication étrange est nécessaire. Ignacio Trujillo, astronome à l’Institut d’astrophysique des îles Canaries à La Laguna, en Espagne, dirige une équipe qui suggère que DF2 et DF4 sont plus proches de la Terre que ne le suggèrent les mesures de van Dokkum, et contiennent donc plus de matière noire qu’initialement apparent.

Les astronomes ont également besoin de voir des simulations fiables qui montrent que le scénario décrit par l’équipe Van Dokkum est plausible, déclare Myria Montes, astronome au Space Telescope Science Institute de Baltimore, Maryland. « Actuellement, il y a beaucoup d’hypothèses, mais ces hypothèses ne sont étayées par aucune simulation », dit-elle.

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Les échantillons atmosphériques martiens peuvent-ils nous en apprendre davantage sur la planète rouge que les échantillons de surface ?

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Les échantillons atmosphériques martiens peuvent-ils nous en apprendre davantage sur la planète rouge que les échantillons de surface ?

La NASA travaille activement au retour d’échantillons de surface de Mars dans les prochaines années, ce qui, espère-t-elle, nous aidera à mieux comprendre si une vie ancienne existait à la surface de la planète rouge il y a des milliards d’années. Mais qu’en est-il des échantillons atmosphériques ? Pourraient-ils fournir aux scientifiques de meilleures informations sur l’histoire de Mars ? C’est ce qu’un Étude récente Introduction dans 55oui Conférence sur les sciences lunaires et planétaires Envisagez de vous lancer dans cette aventure alors qu’une équipe de chercheurs internationaux a étudié l’importance de rapporter des échantillons atmosphériques de Mars et comment ces échantillons pourraient nous renseigner sur la formation et l’évolution de la planète rouge.

ici, L’univers aujourd’hui Cette recherche est discutée avec l’auteur principal de l’étude, Dr Edward Youngprofesseur au Département des sciences de la Terre, des planètes et de l’espace à l’UCLA et co-auteur de l’étude, Dr Timothy Swindell, professeur émérite au Laboratoire Lunaire et Planétaire de l’Université d’Arizona, concernant la motivation derrière l’étude, la manière dont les échantillons atmosphériques seront obtenus, les missions en cours ou proposées, les études de suivi et s’ils croient que la vie a déjà existé sur le Rouge. Planète. Alors, quelle est la motivation pour étudier ?

dit le Dr Young L’univers aujourd’hui« Nous en apprenons beaucoup sur l’origine d’une planète grâce à son atmosphère ainsi qu’à ses roches. En particulier, les rapports isotopiques de certains éléments peuvent contraindre les processus qui conduisent à la formation des planètes.

Crédit : Agence spatiale européenne

« Il existe essentiellement deux types de motivation », poursuit le Dr Swindle. « La première est que nous prévoyons d’apporter tous ces échantillons de roches, et nous souhaiterions savoir comment ils interagissent avec l’atmosphère, mais nous ne pouvons pas. Nous savons cela sans connaître la composition de l’atmosphère en détail. Nous avons donc besoin d’un échantillon de l’atmosphère pour savoir avec quoi les roches échangeaient des éléments et des isotopes, mais nous voulons également obtenir un échantillon de l’atmosphère martienne pour répondre. Quelques questions fondamentales sur les processus qui se sont produits ou se produisent sur Mars. Par exemple, les météorites martiennes contiennent des gaz rares piégés dans l’atmosphère. Les composants atmosphériques, tels que le krypton et le xénon, semblent être au moins deux composants « atmosphériques » différents dans ces météorites.

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Pour l’étude, les chercheurs ont proposé plusieurs avantages pour le retour d’un échantillon de l’atmosphère martienne sur Terre, notamment la présence d’échantillons atmosphériques dans les tubes à échantillons du vaisseau spatial Perseverance de la NASA (PERSIE), l’obtention d’un aperçu d’un voisin solaire potentiel à l’intérieur de Mars et l’évolution tendances des compositions. Atmosphère, cycle de l’azote et sources de méthane sur Mars. Pour l’échantillon d’air de Percy, également connu sous le nom Echantillon n°1 « Rubion »L’étude indique comment cet échantillon a été obtenu après que Percy ait tenté de collecter un échantillon de substrat rocheux, mais a fini par collecter des gaz atmosphériques. De plus, l’étude suggère qu’il n’y aura aucune fuite que le tube d’échantillon rencontrera en attendant son retour sur Terre, et que les gaz à l’intérieur de l’échantillon sont également idéaux pour l’analyse une fois qu’il reviendra sur Terre. Mais en dehors de l’échantillon de Percy, comment obtenir un échantillon de l’atmosphère martienne ?

« Au moins deux autres idées ont été proposées pour collecter un échantillon de l’atmosphère martienne », explique le Dr Swindle. L’univers aujourd’hui. « L’une consiste à lancer un vaisseau spatial à travers l’atmosphère martienne, à collecter un échantillon lors de son passage, puis à le renvoyer sur Terre. L’autre consiste à disposer d’un « bidon » de retour d’échantillon (il n’est pas nécessaire qu’il soit plus gros que le Perseverance). tube) qui contient des valves et un compresseur d’air (martien).  » Vous pouvez l’atterrir sur la surface de Mars, ouvrir la valve de l’atmosphère, allumer le compresseur et obtenir un échantillon contenant l’atmosphère martienne des centaines ou des milliers de fois plus grande que l’atmosphère martienne. le volume a été scellé sans compression, comme Perseverance l’a fait, et nous espérons le refaire « 

Le Dr Swindell et le Dr Young mentionnent tous deux Collecte d’échantillons pour l’étude de Mars (SCIM) La mission, proposée en 2002 par une équipe de chercheurs de la NASA et d’universitaires, visait à collecter des échantillons atmosphériques à 40 kilomètres (25 miles) au-dessus de la surface de Mars et à les renvoyer sur Terre pour une analyse plus approfondie. Alors que SCIM Il a été sélectionné comme demi-finaliste Quant au programme Mars Scout 2007, il n’a malheureusement pas été sélectionné pour un développement ultérieur, disent le Dr Young et le Dr Swindle. L’univers aujourd’hui Aucune mission d’échantillonnage atmosphérique n’est actuellement prévue, à l’exception du rover d’échantillonnage Percy. Par conséquent, quelles études de suivi de cette recherche sont actuellement en cours ou prévues ?

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Les Drs Swindle et Young mentionnent tous deux comment des efforts sont déployés pour collecter de petites quantités de gaz atmosphériques en raison de la petite taille des tubes d’échantillonnage, explique le Dr Swindle. L’univers aujourd’hui« Une grande série de questions à l’heure actuelle est de savoir dans quelle mesure le tube hermétique de Perseverance retiendra un échantillon atmosphérique. Quelle est la qualité de l’étanchéité ? Le tube pourrait-il fuir lors d’un atterrissage dur ? Certaines molécules de l’atmosphère martienne adhéreront-elles aux couches du Il y a eu des activités autour de toutes ces questions, et jusqu’à présent, les réponses ont toutes été bonnes – il semble que ces tubes Perseverance pourraient bien fonctionner, même s’ils n’ont pas vraiment été conçus pour l’échantillonnage atmosphérique.

Comme mentionné précédemment, l’obtention et le retour d’un échantillon atmosphérique de Mars peuvent aider les scientifiques à mieux comprendre la formation et l’évolution de la planète rouge. Alors que Mars d’aujourd’hui est un monde extrêmement froid et sec, avec une atmosphère qui ne représente qu’une fraction de celle de la Terre, aucune possibilité d’eau liquide à la surface et aucun volcan actif non plus. Cependant, des preuves significatives obtenues auprès des atterrisseurs, des rovers et des orbiteurs au cours des dernières décennies suggèrent que Mars était très différente des milliards d’années après sa formation. Ceux-ci comprenaient un intérieur actif qui produisait un champ magnétique protégeant la surface des rayonnements solaires et cosmiques nocifs, une atmosphère plus épaisse reconstituée par des volcans actifs et de l’eau liquide qui coulait, qui seraient tous susceptibles de soutenir une certaine forme de vie sur Terre. Surface.

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Cependant, étant donné la petite taille de Mars (la moitié de la taille de la Terre), cela signifiait que sa température interne se refroidissait beaucoup plus rapidement (peut-être sur des millions d’années), rendant les volcans inactifs et dissipant le champ magnétique entraîné par l’activité interne. , ce dernier entraînant un rayonnement solaire et cosmique nocif qui détruit l’atmosphère et l’eau liquide de surface s’évapore avec elle dans l’espace. Alors, le Dr Young et le Dr Swindle croient-ils que la vie a déjà existé sur Mars, et la trouverons-nous un jour ?

dit le Dr Young L’univers aujourd’hui« Je ne sais vraiment pas. Je pense que la vie microbienne à un moment donné dans le passé, ou même maintenant, est une hypothèse plausible, mais nous n’avons pas suffisamment d’informations. »

Le Dr Swindell fait également écho à son incertitude quant à savoir si la vie a jamais existé sur Mars, mais le précise à travers la narration. L’univers aujourd’hui« Sinon, pourquoi la vie a-t-elle commencé si tôt sur Terre, et pas sur Mars, qui avait un climat similaire à l’époque. Et si elle existait, dans quelle mesure était-elle similaire à la vie sur Terre puisque la Terre et Mars échangent toujours des roches ? En raison des collisions, la vie sur Terre est-elle liée à la vie sur Mars ? Si elle existe, elle serait difficile à trouver, mais un échantillon atmosphérique pourrait aider. Par exemple, il semble y avoir du méthane dans la plupart, mais pas dans la totalité. Le méthane présent dans l’atmosphère terrestre est biologique, et l’analyse des rapports relatifs des isotopes du carbone ou de l’hydrogène est l’un des meilleurs moyens de le savoir.

Quand aurons-nous un échantillon atmosphérique de Mars et que nous apprendra-t-il sur la formation et l’évolution de la planète rouge dans les années et décennies à venir ? Seul le temps nous le dira, c’est pourquoi nous étudions !

Comme toujours, continuez à faire de la science et continuez à rechercher !

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La première preuve de l’existence de « régions englouties » autour des trous noirs dans l’espace

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La première preuve de l’existence de « régions englouties » autour des trous noirs dans l’espace

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Le trou noir attire la matière de l’étoile compagnon vers lui, formant un disque qui tourne autour du trou noir avant de tomber dedans. Crédit image : NASA/CXC/EM. Weiss.

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Le trou noir attire la matière de l’étoile compagnon vers lui, formant un disque qui tourne autour du trou noir avant de tomber dedans. Crédit image : NASA/CXC/EM. Weiss.

Une équipe internationale dirigée par des chercheurs en physique de l’Université d’Oxford a prouvé qu’Einstein avait raison sur une prédiction clé concernant les trous noirs. En utilisant des données de rayons X pour tester la théorie de la gravité d’Einstein, leur étude a fourni la première preuve observationnelle de l’existence d’une « zone de plongée » autour des trous noirs : une région où la matière cesse de tourner autour du trou et tombe directement dedans. En outre, l’équipe a découvert que cette région exerce certaines des forces gravitationnelles les plus puissantes jamais identifiées dans la galaxie. Les résultats ont été publiés dans Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.

Les nouvelles découvertes font partie d’une vaste enquête sur les mystères exceptionnels autour des trous noirs menée par des astrophysiciens de la physique de l’Université d’Oxford. Cette étude s’est concentrée sur des trous noirs plus petits relativement proches de la Terre, en utilisant des données de rayons X collectées à partir des télescopes Nuclear Spectroscopique Space Telescope Array (NuSTAR) et Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER). Plus tard cette année, la deuxième équipe d’Oxford espère se rapprocher de l’enregistrement des premières vidéos de trous noirs plus grands et plus éloignés dans le cadre d’une initiative européenne.

Contrairement à la théorie de la gravité de Newton, la théorie d’Einstein affirme qu’il est impossible pour les particules de suivre des orbites circulaires en toute sécurité à proximité d’un trou noir. Au lieu de cela, ils se « précipitent » rapidement vers le trou noir à une vitesse proche de celle de la lumière. L’étude d’Oxford a évalué cette région en profondeur pour la première fois, en utilisant des données de rayons X pour mieux comprendre la force générée par les trous noirs.

Le Dr Andrew Mummery a déclaré : « Il s’agit du premier aperçu de la façon dont le plasma, décollé du bord extérieur de l’étoile, subit sa chute finale au centre du trou noir, un processus qui se produit dans un système d’environ dix mille années-lumière. loin. » , professeur de physique à l’Université d’Oxford, qui a dirigé l’étude. « Ce qui est vraiment excitant, c’est qu’il existe de nombreux trous noirs dans la galaxie et que nous disposons désormais d’une nouvelle technique puissante à utiliser pour étudier les champs gravitationnels les plus puissants connus. »

« La théorie d’Einstein avait prédit cette baisse récente, mais c’est la première fois que nous sommes en mesure de prouver que cela s’est produit », a poursuivi le Dr Mummery. « Pensez-y comme à une rivière qui se transforme en cascade. Jusqu’à présent, nous regardions la rivière. C’est notre première vue d’une cascade. »

« Nous pensons que cela représente un nouveau développement passionnant dans l’étude des trous noirs, nous permettant d’étudier cette dernière région qui les entoure. Ce n’est qu’alors que nous pourrons pleinement comprendre la force de gravité », a ajouté Mummery. « Cette dernière goutte de plasma se produit au bord du trou noir et montre la réponse de la matière à la gravité la plus forte possible. »

Les astrophysiciens tentent depuis un certain temps de comprendre ce qui se passe près de la surface d’un trou noir, et ils le font en étudiant les disques de matière en orbite autour d’eux. Il existe une dernière région de l’espace-temps, connue sous le nom de région de naufrage, où la descente finale dans le trou noir est impossible à arrêter et où le fluide environnant est effectivement condamné.

Le débat parmi les astrophysiciens dure depuis de nombreuses décennies sur la possibilité de découvrir ce qu’on appelle la zone engloutie. L’équipe d’Oxford a passé les deux dernières années à en développer des modèles et, dans l’étude qui vient de paraître, elle démontre la première détection confirmée réalisée à l’aide de télescopes à rayons X et de données de la Station spatiale internationale.

Alors que cette étude se concentre sur les petits trous noirs plus proches de la Terre, une deuxième équipe d’étude de l’Université de physique d’Oxford fait partie d’une initiative européenne visant à construire un nouveau télescope, le Télescope millimétrique africain, qui améliorerait considérablement notre capacité à prendre des images directes de trous noirs. des trous. . Plus de 10 millions d’euros de financement ont déjà été obtenus, dont une partie servira à soutenir plusieurs premières thèses de doctorat en astrophysique à l’Université de Namibie, en étroite collaboration avec l’équipe de physique d’Oxford.

On s’attend à ce que le nouveau télescope permette pour la première fois d’observer et de photographier de grands trous noirs au centre de notre galaxie, ainsi qu’au-delà. Comme pour les petits trous noirs, les grands trous noirs devraient avoir ce qu’on appelle un « horizon des événements », attirant la matière de l’espace vers leur centre en spirale pendant que le trou noir tourne. Celles-ci représentent des sources d’énergie presque inimaginables, et l’équipe espère les observer et les photographier en orbite pour la première fois.

L’étude « Persistent Emission from Within the Sinking Region of Black Hole Disks » a été publiée dans les Avis mensuels de la Société Astronomique.

Plus d’information:
Andrew Mummery et al., Émission continue depuis la région descendante des disques de trous noirs, Avis mensuels de la Royal Astronomical Society (2024). est ce que je: 10.1093/mnras/stae1160

Informations sur les magazines :
Avis mensuels de la Royal Astronomical Society


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Un milliardaire espère améliorer le télescope Hubble lors d’une mission spéciale SpaceX, mais cela pourrait-il vraiment arriver ?

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Un milliardaire espère améliorer le télescope Hubble lors d’une mission spéciale SpaceX, mais cela pourrait-il vraiment arriver ?

Le célèbre observatoire Hubble de la NASA a encore des années de vie, et des idées sont en cours pour peut-être le maintenir plus longtemps – mais ces propositions pourraient se heurter à des batailles difficiles.

Le télescope spatial Hubble, lancé en 1990, a été entretenu cinq fois par des astronautes et reste en bonne santé. Mais le télescope vieillit et tombe lentement vers la Terre en raison de la traînée naturelle de l’atmosphère, c’est pourquoi l’homme d’affaires milliardaire et astronaute privé Jared Isaacman a contribué à l’élaboration d’une proposition visant à envoyer une mission de maintenance au télescope pour la première fois depuis 2009.

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