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Les plus grandes explosions de l’univers ont créé les éléments qui nous composent, mais il existe une autre source mystérieuse

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Les plus grandes explosions de l’univers ont créé les éléments qui nous composent, mais il existe une autre source mystérieuse

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Crédit image : NASA/SWIFT/Cruz de Wilde

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Après sa « naissance » lors du Big Bang, l’univers était composé principalement d’atomes d’hydrogène et de quelques atomes d’hélium. Ce sont les éléments les plus légers du tableau périodique. Tous les éléments plus lourds que l’hélium ont été produits sous une forme ou une autre au cours des 13,8 milliards d’années qui se sont écoulées entre le Big Bang et nos jours.

Les étoiles ont produit bon nombre de ces éléments plus lourds grâce au processus de fusion nucléaire. Cependant, cela ne fait que rendre les objets aussi lourds que du fer. Créer des objets plus lourds consommerait de l’énergie plutôt que d’en libérer.

Pour expliquer aujourd’hui l’existence de ces éléments plus lourds, il faut trouver les phénomènes qui peuvent les produire. Un type d’événement qui convient parfaitement est un Sursaut gamma (GRB)– La classe d’explosions la plus puissante de l’univers. Ces explosions peuvent avoir une force d’un quintillion (10 suivi de 18 zéros) deux fois plus brillante que notre Soleil, et on pense qu’elles sont causées par plusieurs types d’événements.

Les explosions GRB peuvent être divisées en deux catégories : les explosions longues et les explosions courtes. Les GRB longs sont associés à la mort d’étoiles massives à rotation rapide. Selon cette théorie, une rotation rapide canalise la matière éjectée lors de l’effondrement d’une étoile massive en jets étroits se déplaçant à des vitesses extrêmement élevées.

Les courtes rafales ne durent que quelques secondes. On pense que cela est dû à la collision de deux étoiles à neutrons, qui sont des étoiles « mortes » compactes et denses. En août 2017, un événement important a contribué à étayer cette théorie. Légo Et ViergeDeux détecteurs d’ondes gravitationnelles aux États-Unis ont détecté un Un signal qui semble provenir de deux étoiles à neutrons Déplacez-vous pour entrer en collision.

Quelques secondes plus tard, un bref sursaut gamma, connu sous le nom de GRB 100817A, a été détecté venant de la même direction dans le ciel. Depuis des semaines, presque tous les télescopes de la planète pointent vers cet événement dans un effort sans précédent pour étudier ses effets.

Les observations ont révélé un kilonova Sur le site GRB 170817A. Une kilonova est une légère cousine d’une explosion de supernova. Ce qui est le plus intéressant, c’est qu’il existe des preuves de cela De nombreux éléments lourds ont été produits lors de l’explosion. Auteurs d’études en nature L’analyse de l’explosion a montré que ces kilonovas semblaient produire deux classes différentes de débris, ou projectiles. L’un est constitué principalement d’éléments légers, tandis que l’autre est constitué d’éléments lourds.

Nous avons déjà mentionné que la fission nucléaire ne peut produire que des éléments lourds comme le fer du tableau périodique. Mais il existe un autre processus qui pourrait expliquer comment les kilonovas ont pu produire des objets plus lourds.


Un jet de particules pénètre dans l’étoile alors qu’elle s’effondre dans un trou noir. Source de l’image : Centre de vol spatial Goddard de la NASA

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Un jet de particules pénètre dans l’étoile alors qu’elle s’effondre dans un trou noir. Source de l’image : Centre de vol spatial Goddard de la NASA

Processus de capture de neutrons rapide, ou processus r, est le processus dans lequel les noyaux (ou noyaux) d’éléments plus lourds tels que le fer capturent de nombreuses particules de neutrons en peu de temps. Leur masse croît alors rapidement, donnant lieu à des éléments beaucoup plus lourds. Cependant, pour que le processus r réussisse, vous avez besoin de conditions adéquates : une densité élevée, une température élevée et un grand nombre de neutrons libres disponibles. Des sursauts gamma se produisent pour fournir ces conditions nécessaires.

Cependant, la fusion de deux étoiles à neutrons, comme celle qui a provoqué la kilonova GRB 170817A, est un événement très rare. En fait, ils pourraient être si rares qu’ils constituent une source improbable des éléments lourds abondants que l’on trouve dans l’univers. Mais qu’en est-il des longs sursauts gamma ?

Une étude récente s’est particulièrement intéressée à un long sursaut gamma, GRB 221009. Ça s’appelle un bateau-Le plus brillant de tous les temps. Cette sursaut GRB a été capturée sous la forme d’une impulsion de rayonnement intense balayant le système solaire le 9 octobre 2022.

Le bateau a déclenché une campagne d’observation astronomique similaire au kilonova. Ce GRB était dix fois plus actif que le précédent recordman, et était si proche de nous que… Impact sur l’atmosphère terrestre C’était mesurable sur Terre et comparable à une tempête solaire majeure.

Parmi les télescopes étudiant les impacts du bateau figurait le télescope spatial James Webb (JWST). Elle a observé les GRB environ six mois après leur explosion, afin de ne pas être aveuglée par la rémanence de l’explosion initiale. Les données recueillies par le télescope spatial James Webb ont montré que, même si l’événement était inhabituellement brillant, il était dû à Juste une explosion de supernova moyenne.

En fait, des observations antérieures d’autres GRB longs n’ont indiqué aucune relation entre la luminosité d’un GRB et la taille de l’explosion de supernova qui lui est associée. Le bateau ne semble pas faire exception.

L’équipe du JWST a également déduit combien d’éléments lourds avaient été produits lors de l’explosion du bateau. Ils n’ont trouvé aucune indication sur les éléments produits par le processus r. Ceci est surprenant, car on pense théoriquement que la luminosité des longs GRB est liée aux conditions qui règnent en leur cœur, très probablement un trou noir. Pour les événements très brillants – en particulier les événements extrêmes comme un bateau – les conditions doivent être réunies pour que le processus r se produise.

Ces résultats indiquent que les sursauts gamma ne constituent peut-être pas la source décisive d’éléments lourds espérée dans l’univers. Au lieu de cela, il doit y avoir une ou plusieurs sources qui existent encore.

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Trois lancements de missiles spéciaux à surveiller

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Trois lancements de missiles spéciaux à surveiller

Avez-vous vu le lancement du Starship de SpaceX plus tôt ce mois-ci ? Si cela a aiguisé votre appétit pour des lancements de fusées plus avancés, alors vous avez de la chance car cet été verra trois autres lancements de grande envergure.

Attendez-vous à une rare sortie de la fusée Falcon Heavy de SpaceX, au lancement de la première nouvelle fusée et à une tentative d’envoyer des astronautes plus loin dans l’espace que jamais depuis les missions Apollo de la NASA au début des années 1970.

Voici tout ce que vous devez savoir – et les dates de votre agenda.

Mardi 25 juin : Rare lancement et atterrissage tandem

Mission : SpaceX Falcon Heavy lance le satellite GOES-U de la NOAA.

Où regarder : SpaceX site Web ou Chaîne Youtube.

La dixième fusée SpaceX Falcon Heavy sera lancée aujourd’hui depuis le Kennedy Space Center en Floride, mettant en orbite un satellite météorologique NASA/NOAA GOES-U. GOES-U est unique en ce sens qu’il dispose d’un coronographe qui image mystérieusement l’atmosphère extérieure la plus chaude du Soleil, aidant ainsi les physiciens solaires à prédire avec plus de précision la météo spatiale.

Falcon Heavy est un lanceur lourd partiellement réutilisable, et le point culminant sera de voir ses deux propulseurs atterrir côte à côte sur deux plateformes côte à côte.

La NASA et SpaceX visent une fenêtre de lancement de deux heures qui s’ouvrira à 17 h 16 HNE le mardi 25 juin, mais gardez un œil sur SpaceX se nourrit de X Pour un timing précis.

Mardi 9 juillet : Une nouvelle fusée puissante décolle pour la première fois dans le ciel

Mission : Lancer pour la première fois la nouvelle fusée géante en Europe.

Où regarder : Agence spatiale européenne site Web ou Chaîne Youtube.

L’Agence spatiale européenne a confirmé le premier lancement de la sonde Ariane 6 depuis le port spatial européen en Guyane française.

Le nouveau lanceur lourd européen remplace Ariane 5 et dispose d’un étage supérieur rallumable, qui lui permettra de lancer plusieurs missions sur différentes orbites en un seul vol.

Vendredi 12 juillet : Polaris Dawn atteint 870 milles au-dessus de la Terre

Mission : SpaceX Falcon 9 lancera un équipage commercial de quatre astronautes privés dans l’espace à bord d’une capsule Dragon.

Où regarder : SpaceX site Web ou Chaîne Youtube.

Le programme Polaris est un partenariat avec SpaceX qui verra jusqu’à trois missions de vols spatiaux habités pour démontrer de nouvelles technologies. Elle est dirigée par Jared Isaacman, fondateur de Shift4 Payments, parti dans l’espace en tant que commandant de la mission SpaceX Inspiration4 en septembre 2021.

Cette première mission, « Polaris Dawn », verra le vaisseau spatial Dragon avec quatre astronautes (Isaacman, Scott Poteet, Sarah Gillies et Anna Menon) voler à 870 milles au-dessus de la Terre, le niveau le plus élevé depuis les missions Apollo sur la Lune.

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Je vous souhaite un ciel clair et des yeux écarquillés.

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Une source de cristaux liquides de paires de photons

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La conversion ascendante paramétrique spontanée (SPDC), en tant que source de photons intriqués, présente un grand intérêt pour la physique quantique et la technologie quantique, mais jusqu’à présent, elle ne peut être mise en œuvre que dans des matériaux solides. Des chercheurs de l’Institut Max Planck pour la science de la lumière (MPL) et de l’Institut Josef Stefan de Ljubljana, en Slovénie, ont démontré pour la première fois la SPDC dans un cristal liquide. Les résultats ont été récemment publiés dans natureouvrent la voie à une nouvelle génération de sources quantiques : efficaces et accordables par champs électriques.

Diviser un photon en deux est l’un des outils les plus utiles en photonique quantique. Il peut créer des paires de photons intriqués, des photons uniques, de la lumière compressée et des états photoniques encore plus complexes, essentiels aux technologies photoniques quantiques. Ce processus est connu sous le nom de conversion abaisseur automatique (SPDC).

Le SPDC est étroitement lié à la symétrie centrale. Il s’agit de la symétrie par rapport à un point – par exemple, un carré est symétrique au centre mais pas un triangle. Essentiellement, en divisant un photon en deux, le SPDC brise la symétrie centrale. Par conséquent, cela n’est possible que dans les cristaux dont la cellule primaire est asymétrique au centre. La SPDC ne peut pas se produire dans les liquides ou les gaz ordinaires, car ces matériaux sont isotropes.

Cependant, des chercheurs ont récemment découvert des cristaux liquides de structure différente, appelés cristaux liquides nématiques ferroélectriques. Bien qu’ils soient fluides, ces matériaux se caractérisent par une forte rupture de symétrie centrale. Leurs molécules sont allongées, asymétriques et surtout, elles peuvent être réorientées par un champ électrique externe. La réorientation des molécules modifie la polarisation des paires de photons générées, ainsi que le taux de génération. Avec un conditionnement approprié, un échantillon de ces matériaux peut constituer un dispositif extrêmement utile car ils produisent efficacement des paires de photons, peuvent être facilement réglés à l’aide d’un champ électrique et peuvent être intégrés dans des dispositifs plus complexes.

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À l’aide d’échantillons préparés à l’Institut Josef Stefan (Ljubljana, Slovénie) à partir de cristaux liquides nématiques ferroélectriques fabriqués par Merck Electronics KGaA, des chercheurs de l’Institut Max Planck pour la science de la lumière ont appliqué pour la première fois la SPDC à un cristal liquide. . L’efficacité de génération de photons intriqués est aussi élevée que celle des meilleurs cristaux non linéaires, tels que le niobate de lithium, d’épaisseur similaire. En appliquant un champ électrique de quelques volts seulement, ils ont pu activer et désactiver la génération de paires de photons, ainsi que modifier les propriétés de polarisation de ces paires. Cette découverte marque le début d’une nouvelle génération de sources lumineuses quantiques : flexibles, accordables et efficaces.

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Le framework CUISINES pour les projets de comparaison de modèles exoplanétaires, version 1.0

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Le framework CUISINES pour les projets de comparaison de modèles exoplanétaires, version 1.0

Illustration de la conception expérimentale générale du CREME exoMIP (Tsigaridis et al. en préparation), comme exemple de la façon dont l’exoMIP peut être structuré pour permettre une large participation communautaire. — Ph.EP astronomique

Alors que le télescope spatial James Webb commence à renvoyer des observations, il est plus important que jamais que les modèles climatiques exoplanétaires soient capables de prédire de manière cohérente et correcte l’observabilité des exoplanètes, de récupérer leurs données et d’interpréter les environnements planétaires à partir de ces données.

Les comparaisons entre modèles jouent un rôle crucial dans ce contexte, surtout à l’heure où peu de données sont disponibles pour valider les prédictions des modèles. Le groupe de travail CUISINES du Nexus for Exoplanet System Science (NExSS) de la NASA soutient une approche systématique pour évaluer les performances des modèles d’exoplanètes et fournit ici un cadre pour mener des projets d’intercomparaison de modèles d’exoplanètes organisés par la communauté (exoMIP).

Le cadre CUISINES adapte spécifiquement les pratiques de la communauté climatique terrestre pour répondre aux besoins des chercheurs exoplanétaires, y compris une gamme de types de modèles, de cibles planétaires et d’études spatiales paramétriques. Son objectif est d’aider les chercheurs à travailler collectivement, équitablement et ouvertement pour atteindre des objectifs communs.

Le cadre CUISINES repose sur cinq principes : 1) Définir à l’avance la ou les questions de recherche que exoMIP vise à aborder. 2) Créer une conception pilote qui maximise la participation de la communauté et en faire la publicité largement. 3) Planifiez un calendrier de projet qui permet à tous les membres d’exoMIP de participer pleinement. 4) Créer des produits de données à partir des résultats du modèle pour une comparaison directe avec les observations. 5) Créez un plan de gestion des données applicable aujourd’hui et évolutif à l’avenir.

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Au cours des premières années de son existence, CUISINES fournit déjà un soutien logistique à 10 exoMIP et continuera à organiser des ateliers annuels pour approfondir les commentaires de la communauté et présenter de nouvelles idées d’exoMIP.

Linda E. Sohl, Thomas J. Fuchez, Sean Domagal-Goldman, Duncan A. Christie, Russell Detrick, Jacob Haque-Misra, C.E. Harman, Nicholas Iero, Nathan J. Mayne, Costas Tsigarides, Geronimo L. Villanueva, Ambre V. Jeune, Guillaume Chaverot

Commentaires : 14 pages, deux numéros
Sujets : Astrophysique terrestre et planétaire (astro-ph.EP) ; Instruments et méthodes astrophysiques (astro-ph.IM)
Citer comme : arXiv:2406.09275 [astro-ph.EP] (ou arXiv :2406.09275v1 [astro-ph.EP] pour cette version)
Date de soumission
Qui : Linda Suhl
[v1] Jeudi 13 juin 2024, 16:14:22 UTC (903 Ko)
https://arxiv.org/abs/2406.09275
Astrobiologie

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