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Les planètes naines situées à la limite glaciale de notre système solaire pourraient cacher des océans chauds : ScienceAlert

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Les planètes naines situées à la limite glaciale de notre système solaire pourraient cacher des océans chauds : ScienceAlert

Le système solaire ne devient pas plus froid que la ceinture de Kuiper.

Bien au-delà de l'orbite de Pluton, loin de la chaleur du Soleil, une vaste étendue de roches glacées et de planètes naines que l'on croit trop froides pour n'être guère plus que des boules de neige dérive dans l'espace.

Cependant, comme l’ont montré les données de New Horizons sur Pluton, les apparences peuvent être trompeuses. Les scientifiques ont découvert que deux autres planètes naines pourraient receler des secrets.

Eris et Makemake sont deux planètes naines situées, comme Pluton, dans la ceinture de Kuiper. Tout comme Pluton, il a été découvert que des océans se déplaçaient sous sa croûte gelée.

Cette preuve réside dans le méthane gelé à la surface de petits mondes lointains qui ont des rapports isotopiques compatibles avec un chauffage interne.

« Nous observons des signes intéressants de temps chauds dans des endroits froids. » dit le chimiste planétaire Christopher Glenn Du Southwest Research Institute au Texas.

« Je suis arrivé à ce projet en pensant que les grands objets de la ceinture de Kuiper (KBO) devaient avoir des surfaces anciennes peuplées de matériaux hérités de la nébuleuse solaire primordiale, où leurs surfaces froides pourraient préserver des substances volatiles telles que le méthane. Au lieu de cela, le télescope James Webb a donné à Alien (JWST ) « Ce fut une surprise pour nous ! « Nous avons trouvé des preuves de processus thermiques produisant du méthane à partir d'Iris et de Makemake. »

Vues d'artiste de Makemake et Iris. (SWRI)

Eris et Makemake sont toutes deux plus petites et plus éloignées que Pluton. Pluton a un rayon 1 188 kilomètres (738 miles), et il tourne autour du soleil à une distance moyenne de 39 unités astronomiques.

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Éris est légèrement plus petite, avec un rayon de 1 163 km, mais sa distance moyenne au Soleil est énorme. 68 unités astronomiques. Makemake tourne à un rythme 45,8 unités astronomiquesmais son rayon est très petit, 715 kilomètres.

Même Pluton est difficile à voir, aux confins du système solaire. Des mondes plus petits et plus lointains sont sur le point de disparaître. C'est pourquoi il a fallu attendre un instrument puissant comme le télescope spatial James Webb pour en savoir plus sur lui en détail.

On sait depuis de nombreuses années que la surface de ces planètes naines est dominée par la glace de méthane. Parce que la ceinture de Kuiper se trouve si loin, les scientifiques pensaient que les surfaces des deux mondes étaient aussi vierges qu’on pensait gelées, inchangées depuis leur formation il y a environ 4,5 milliards d’années.

À l’aide du télescope spatial James Webb, les astronomes ont effectué des observations spectroscopiques des deux planètes naines réfléchies par la lumière du soleil. Cela leur a permis de mesurer les rapports isotopiques du méthane – en particulier les rapports entre le deutérium, ou hydrogène lourd, et l’hydrogène ordinaire – connu sous le nom de rapport D/H – ainsi que les isotopes du carbone.

Les deux ensembles de ratios indiquent que le méthane présent à la surface d’Eris et de Makemake est beaucoup plus jeune que le méthane présent depuis la formation du système solaire.

« Le rapport D/H modéré que nous avons observé avec le télescope spatial James Webb dément la présence de méthane primordial sur une surface ancienne. Le méthane primordial aurait un rapport D/H beaucoup plus élevé. » Glenn explique.

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« Au lieu de cela, le rapport D/H indique les origines géochimiques du méthane produit dans les profondeurs de la Terre. Le rapport D/H est comme une fenêtre. Nous pouvons l'utiliser dans un sens pour regarder sous la surface. Nos données indiquent des températures si élevées dans les noyaux rocheux de ces mondes que le méthane peut être cuit. L'azote moléculaire (N2) peuvent également être produits, et on le voit sur Iris. Les noyaux chauds pourraient également indiquer des sources possibles d’eau liquide sous leurs surfaces glacées.

Illustration des processus internes possibles dans Eris et Makemake. (SWRI)

Les rapports isotopiques du carbone concordent.

« Si Eris et Makemake abritaient, ou pouvaient peut-être encore héberger, des géochimies chaudes, voire chaudes dans leurs noyaux rocheux, des processus cryovolcaniques auraient pu transporter du méthane à la surface de ces planètes, peut-être dans les temps géologiques récents. » dit l'astronome Will Grundy de Lowell Observatoire en Arizona. « Nous avons trouvé le rapport isotopique du carbone (13C/1 2C) indique une réémergence relativement récente.

Ces résultats suggèrent fortement que nous devrons peut-être repenser la dynamique du système solaire externe. Les scientifiques pensent que des conditions propices à la vie microbienne marine peuvent exister dans les océans souterrains de mondes gelés, tels que la lune Encelade de Saturne et la lune Europe de Jupiter, dont les noyaux sont censés être suffisamment chauds pour produire des conditions favorables en profondeur.

Si des océans souterrains peuvent également exister dans la ceinture de Kuiper – et ils sont en fait courants – le système solaire externe n’est peut-être pas aussi hostile et inhospitalier que nous le pensions.

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« Avec le survol du système Pluton par New Horizons et avec cette découverte, la ceinture de Kuiper est devenue une multitude de mondes dynamiques plus dynamiques que nous ne l'avions jamais imaginé. » Glenn dit.

« Il n'est pas trop tôt pour commencer à envisager d'envoyer un vaisseau spatial survoler l'un de ces objets afin de replacer les données du télescope spatial James Webb dans un contexte géologique. Je pense que nous serons étonnés des merveilles qui nous attendent ! »

Les résultats ont été publiés dans deux articles publiés dans Icare. peut être trouvé ici Et ici.

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Les terres englouties au large de l'Australie étaient un point chaud pour les aborigènes lors de la dernière période glaciaire, révèlent 4 000 objets en pierre.

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Les terres englouties au large de l'Australie étaient un point chaud pour les aborigènes lors de la dernière période glaciaire, révèlent 4 000 objets en pierre.

Une analyse de plus de 4 000 objets en pierre découverts sur une île au nord-ouest de l’Australie donne un aperçu de la vie aborigène il y a des dizaines de milliers d’années.

Il a déclaré que la découverte souligne les « liens de longue date » entre les peuples aborigènes et l'Australie contemporaine. David Zénaanthropologue à la California State University, Sacramento et auteur principal d'une nouvelle étude décrivant l'analyse.

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Les réactions chimiques rivalisent avec les trous noirs

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Les réactions chimiques rivalisent avec les trous noirs

Les scientifiques ont découvert que les particules brouillent les informations quantiques à des vitesses similaires à celles des trous noirs, affectant les réactions chimiques et offrant des informations sur le contrôle des systèmes informatiques quantiques. Crédit : SciTechDaily.com

Des recherches menées par l'Université Rice et l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign ont montré que les particules peuvent brouiller les informations quantiques aussi efficacement que les trous noirs, ce qui a des implications pour la physique et la physique chimique. Statistiques quantitatives.

Si vous deviez lancer un message dans une bouteille à… Le trou noir, toutes les informations qu'il contient, jusqu'au niveau quantique, seraient complètement brouillées. Parce que ce brouillage se produit dans les trous noirs avec la vitesse et la précision permises par la mécanique quantique, ils sont généralement considérés comme les meilleurs brouilleurs d'informations de la nature.

Cependant, de nouvelles recherches menées par Peter Wollens, théoricien de l'Université Rice, et ses collaborateurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign ont montré que les particules peuvent être aussi massives pour mélanger l'information quantique que les trous noirs. En combinant des outils mathématiques issus de la physique des trous noirs et de la physique chimique, ils ont montré que le brouillage de l'information quantique se produit dans les réactions chimiques et peut atteindre presque la même limite mécanique quantique que dans les trous noirs. L'ouvrage est publié en ligne sur Actes de l'Académie nationale des sciences.

Réactions chimiques et brouillage quantitatif

« Cette étude aborde un problème de longue date en physique chimique, qui concerne la rapidité avec laquelle les informations quantiques sont mélangées dans les molécules », a déclaré Wollinis. « Quand les gens pensent à une réaction dans laquelle deux molécules se lient ensemble, ils pensent aux atomes effectuant un seul mouvement où une liaison se forme ou une liaison se rompt.

« Mais du point de vue de la mécanique quantique, même une très petite molécule est un système très complexe. Comme pour les orbites du système solaire, une molécule a un grand nombre de modes de mouvement possibles – ce que nous appelons des états quantiques. Quand une réaction chimique se produit, les informations quantiques sur les états quantiques deviennent. Les réactifs sont brouillés et nous voulons savoir comment les informations de brouillage affectent la vitesse de réaction.

Qinghao Zhang et Suhang Kundu

Qinghao Zhang (à gauche) et Suhang Kundu. Crédit : photo Zhang par Bill Wiegand/Université de l'Illinois Urbana-Champaign ; Photo de Kondo gracieuseté de Sohang Kondo

Pour mieux comprendre comment les informations quantiques sont mélangées dans les réactions chimiques, les scientifiques ont emprunté un outil mathématique couramment utilisé en physique des trous noirs, appelé corrélations hors du temps, ou OTOC.

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« Les OTOC ont en fait été inventés dans un contexte complètement différent il y a environ 55 ans, lorsqu'ils étaient utilisés pour étudier comment les électrons des supraconducteurs sont affectés par les perturbations causées par les impuretés », a déclaré Wollinis. « C'est un objet très spécialisé utilisé dans la théorie de la supraconductivité. Il a ensuite été utilisé par les physiciens dans les années 1990 lors de l'étude des trous noirs et de la théorie des cordes. « 

Les OTOC mesurent comment la modification d'une partie d'un système quantique à un moment donné affecte les mouvements des autres parties, ce qui donne un aperçu de la rapidité et de l'efficacité avec laquelle les informations se propagent dans la molécule. C'est la contrepartie quantitative des exposants de Lyapunov, qui mesurent l'imprévisibilité des systèmes chaotiques classiques.

« La rapidité avec laquelle l'OTOC augmente au fil du temps vous indique la rapidité avec laquelle les informations sont mélangées dans un système quantique, ce qui signifie combien d'états aléatoires sont accédés », a déclaré Martin Grubel, chimiste à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign et co-auteur de l'étude. projet de recherche. L'étude, qui fait partie du Centre commun Rice-Illinois pour l'adaptation des défauts en tant qu'avantages, a été financée par la National Science Foundation. « Les chimistes sont très opposés au sujet du brouillage dans les réactions chimiques, car le brouillage est nécessaire pour atteindre la cible de la réaction, mais il pervertit également votre contrôle sur la réaction.

« Comprendre les conditions dans lesquelles les molécules brouillent les informations, et les conditions dans lesquelles il est peu probable qu'elles le fassent, nous donne la possibilité de mieux contrôler les interactions. Connaître les OTOC nous permet essentiellement de fixer des limites au moment où ces informations disparaissent réellement hors de notre contrôle, et à l’inverse, c’est-à-dire quand nous pouvons encore l’exploiter pour obtenir des résultats contrôlés.

Peter Wollinis, Nancy MacRae et Martin Grubel

Peter Wollinis (de gauche à droite), Nancy Macri et Martin Groppelli. Crédit : photo Wolinis par Gustavo Raskoski/Université de Rice ; Photo de McCrary, gracieuseté de Nancy McCrary ; Photo Groppeli par Fred Zwicky/Université de l'Illinois Urbana-Champaign

En mécanique classique, une particule doit avoir suffisamment d’énergie pour surmonter la barrière énergétique pour que la réaction se produise. Cependant, en mécanique quantique, il existe une possibilité que des particules puissent « passer » à travers cette barrière même si elles ne disposent pas de suffisamment d’énergie. Le calcul des OTOC a montré que les réactions chimiques avec une faible énergie d'activation à basse température, où l'effet tunnel domine, peuvent brouiller les informations presque à la limite quantique, comme un trou noir.

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Nancy Macri, également chimiste à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, a utilisé les méthodes d'intégration de chemin qu'elle a développées pour étudier ce qui se passe lorsqu'un simple modèle de réaction chimique est intégré dans un système plus vaste, qui pourrait être les vibrations d'une grosse molécule ou d'un solvant. et tend à supprimer les mouvements chaotiques.

« Dans une étude distincte, nous avons constaté que les environnements plus grands ont tendance à rendre les choses plus irrégulières et à supprimer les effets dont nous parlons », a déclaré Macri. « Nous avons donc calculé l'OTOC d'un système de tunnel interagissant avec un vaste environnement, et ce que nous avons constaté, c'est que les bousculades étaient supprimées – un changement de comportement significatif. »

Applications pratiques et recherches futures

L’un des domaines d’application pratique des résultats de la recherche consiste à fixer des limites à la manière dont les systèmes de tunneling peuvent être utilisés pour créer des qubits pour les ordinateurs quantiques. Il faut réduire le mélange d’informations entre les systèmes de tunneling en interaction pour améliorer la fiabilité des ordinateurs quantiques. La recherche pourrait également être pertinente pour les réactions dépendantes de la lumière et la conception de matériaux avancés.

« Il est possible d'étendre ces idées à des processus dans lesquels vous n'effectuerez pas seulement un effet tunnel dans une réaction donnée, mais où vous aurez plusieurs étapes d'effet tunnel, car c'est ce qui implique, par exemple, la conduction électronique dans de nombreux nouveaux matériaux mous,  » Groppeli a déclaré. « Les matériaux quantiques comme les pérovskites sont utilisés pour fabriquer des cellules solaires et des choses comme ça. »

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Référence : « Quantum Information Scrambling and Chemical Reactions » par Zhenghao Zhang, Sohang Kundu, Nancy Macri, Martin Groppeli et Peter J. Woolness, 1er avril 2024, Actes de l'Académie nationale des sciences.
est ce que je: 10.1073/pnas.2321668121

Wolinis est professeur de sciences à la Dr. Pollard Welsh Foundation à Rice, professeur de chimie, de biochimie, de biologie cellulaire, de physique, d'astronomie, de science des matériaux et de nano-ingénierie et codirecteur du Centre de biophysique théorique, financé par le National Science. Fondation. institution. Co-auteurs Gruebele est titulaire de la chaire James R. Eiszner en chimie. Macri est professeur Edward William et Jane Marr Gutgessel et professeur de chimie et de physique. Qinghao Zhang était étudiant diplômé en physique à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign et est maintenant étudiant postdoctoral au Pacific Northwest National Laboratory. Sohang Kundu a récemment obtenu son doctorat. Il a obtenu son doctorat en chimie de l'Université de l'Illinois et est actuellement étudiant postdoctoral à Université de Colombie.

La recherche a été soutenue par la National Science Foundation (1548562, 2019745, 1955302) et la chaire Pollard Welch de Rice (C-0016).

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La matière noire et les anneaux d'Einstein résolvent le mystère de l'ancienne galaxie • Earth.com

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La matière noire et les anneaux d'Einstein résolvent le mystère de l'ancienne galaxie • Earth.com

Une équipe de chercheurs dirigée par Hai Bo Yu a jeté un nouvel éclairage sur la nature mystérieuse de la matière noire à travers le prisme d’une ancienne galaxie.

L'étude se concentre sur JWST-ER1gIl s’agit d’une immense galaxie ancienne découverte par le télescope spatial James Webb (JWST) en septembre dernier, qui s’est formée alors que l’univers n’avait qu’un quart de son âge actuel.

Étonnamment, JWST-ER1g est associé à un anneau d'Einstein, un phénomène prédit par la théorie de la relativité générale d'Einstein. La galaxie agit comme une lentille, déviant la lumière provenant d’une source lointaine, qui apparaît alors comme un anneau.

Ce phénomène, connu sous le nom de forte lentille gravitationnelle, permet aux chercheurs de calculer la masse totale emprisonnée à l’intérieur de l’anneau, constitué de composants stellaires et de matière noire.

Détecter le halo de matière noire

« Si nous soustrayons la masse stellaire de la masse totale, nous obtenons la masse de la matière noire à l'intérieur de l'anneau », a expliqué le professeur Yu, professeur de physique et d'astronomie à l'Université de Californie. Université de Californie, Riverside.

« Mais la valeur de la masse de matière noire semble être plus élevée que prévu. C'est déroutant. Dans notre article, nous fournissons une explication », a conclu Yu.

L’équipe suggère que la forte densité de matière noire dans JWST-ER1g pourrait être due à la compression du halo de matière noire entourant la galaxie.

Lorsque la matière ordinaire, telle que le gaz d'origine et les étoiles, s'effondre et se condense dans le halo de matière noire, elle peut comprimer le halo, provoquant une augmentation de la densité de matière noire.

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« Nos études numériques montrent que ce mécanisme peut expliquer la densité de matière noire plus élevée de JWST-ER1g – plus de masse de matière noire dans le même volume, conduisant à une densité de matière plus élevée », a déclaré Dimao Kong, étudiant diplômé de deuxième année à l'UCLA qui a dirigé l'analyse. . Sombre dans JWST-ER1g ». densité. »

Comprendre les anneaux d'Einstein

Les anneaux d'Einstein sont un phénomène cosmique étonnant qui se produit lorsqu'un objet massif, tel qu'une galaxie ou un trou noir, agit comme une lentille gravitationnelle.

Le champ gravitationnel massif de l'objet courbe et amplifie la lumière provenant d'une source plus éloignée, comme une autre galaxie ou un quasar situé directement derrière elle. Le résultat est un anneau de lumière presque parfait apparaissant autour du corps de l’objectif.

La science derrière les anneaux d'Einstein

La théorie de la relativité générale d'Albert Einstein prédit l'existence d'une lentille gravitationnelle. Selon cette théorie, les objets massifs déforment le tissu de l’espace-temps, obligeant la lumière à suivre des trajectoires courbes au lieu de lignes droites.

Lorsqu’une source de lumière lointaine et un objet de lentille d’observation massif s’alignent parfaitement, un anneau d’Einstein se forme.

La taille et la forme de l'anneau d'Einstein dépendent de divers facteurs, tels que la masse de l'objet lentille, la distance entre l'objet lentille et la source de lumière et l'alignement de l'observateur.

Plus l’objet lenticulaire est massif et plus l’alignement est précis, plus l’anneau d’Einstein apparaît proéminent.

Etude de l'univers à travers les anneaux d'Einstein

Les astronomes utilisent les anneaux d'Einstein comme outils puissants pour étudier l'univers. En analysant la lumière de ces anneaux, les chercheurs peuvent déterminer la masse et la répartition de la matière visible et noire au sein de l'objet lenticulaire.

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Ces informations aident les scientifiques à mieux comprendre la structure et l’évolution des galaxies et des amas de galaxies.

De plus, les anneaux d'Einstein agissent comme des loupes cosmiques, permettant aux astronomes d'observer des galaxies et des quasars lointains qui autrement seraient trop faibles pour être détectés.

En étudiant ces images agrandies, les chercheurs peuvent en apprendre davantage sur les débuts de l’Univers et la formation des galaxies il y a des milliards d’années.

Exemples notables d'anneaux d'Einstein

L'un des anneaux les plus célèbres d'Einstein est Fer à cheval cosmiqueIl a été découvert en 2007. Cet anneau, créé par un amas massif de galaxies, amplifie la lumière provenant d'une galaxie lointaine d'un facteur 300, offrant ainsi une vue sans précédent de l'univers primitif.

Un autre bon exemple est l'anneau d'Einstein SDSSJ1038+4849Qui se compose de deux anneaux concentriques. Cette formation rare apparaît lorsque deux galaxies distantes s’alignent parfaitement avec un amas massif de galaxies devant, créant ainsi un double anneau d’Einstein.

Alors que les astronomes continuent d'explorer l'univers à l'aide de télescopes de plus en plus puissants, par exemple Télescope spatial James WebbIls découvriront probablement davantage d’anneaux d’Einstein, élargissant ainsi notre compréhension de l’univers et de ses merveilles cachées.

Une opportunité unique pour la recherche sur la matière noire

JWST-ER1g, formé 3,4 milliards d'années après le Big Bang, offre une opportunité unique d'étudier la matière noire, qui représente 85 % de la matière de l'univers mais n'a jamais été découverte en laboratoire.

Daning Yang, chercheur postdoctoral à l'Université de Californie et co-auteur de l'article, a souligné l'importance de cet objet lenticulaire puissant.

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« Cet objet lenticulaire puissant est unique car il possède un anneau d'Einstein parfait, à partir duquel nous pouvons obtenir des informations précieuses sur la masse totale à l'intérieur de l'anneau, ce qui constitue une étape cruciale pour tester les propriétés de la matière noire », a expliqué Yang.

Continuez la quête pour comprendre la matière noire

En résumé, la découverte de JWST-ER1g et de l'anneau d'Einstein associé par le télescope spatial James Webb a ouvert de nouvelles voies pour étudier la matière noire, un composant mystérieux qui constitue 85 % de la matière de l'univers.

En analysant cet objet lenticulaire d’une puissance unique, l’équipe de chercheurs dirigée par le professeur Hai Bo Yu a proposé une explication convaincante de la densité étonnamment élevée de matière noire au sein de la galaxie.

Alors que le télescope spatial James Webb continue d’explorer les profondeurs de l’univers, découvrant d’anciennes galaxies et des phénomènes cosmiques, nous pouvons nous attendre à d’autres découvertes révolutionnaires qui dévoileront davantage la nature mystérieuse de la matière noire et feront progresser notre compréhension de l’univers.

L'étude complète a été publiée dans Lettres de journaux astrophysiques.

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