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L’étude révèle comment de nouvelles cellules rejoignent les tissus existants en lisant des informations mécaniques

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L’étude révèle comment de nouvelles cellules rejoignent les tissus existants en lisant des informations mécaniques

L’intégration n’est pas seulement un problème d’importance sociale parmi les humains, mais aussi un problème pour les cellules qui nous composent en tant qu’êtres humains. L’ajout de nouvelles cellules à une population cellulaire déjà établie est essentiel pour la formation des organes au cours du développement normal, mais le même mécanisme est souvent détourné par les cellules cancéreuses lorsqu’elles se propagent dans d’autres cellules. Une nouvelle étude multidisciplinaire révèle comment de nouvelles cellules rejoignent les tissus en lisant les informations mécaniques des tissus voisins. Ils utilisent des doigts cellulaires appelés filopodes pour toucher les cellules adjacentes afin d’ouvrir la couche cellulaire. L’étude a été publiée dans Communication Nature.

Les nouvelles cellules utilisent des structures en forme de doigts pour ouvrir la couche de cellules hôtes

Pour comprendre comment les nouvelles cellules s’intègrent dans la couche cellulaire, le groupe de scientifiques s’est concentré sur la formation de couches cellulaires dans une couche cellulaire. Les cellules de grenouille partagent de nombreuses propriétés avec les cellules humaines, elles sont donc utiles pour ce type de recherche.

Au cours du développement fœtal, cette population cellulaire multicouche est réarrangée à mesure que de nouvelles cellules se déplacent d’un tissu à l’autre. Ce processus doit se produire avec une précision précise afin que chaque cellule entrante soit correctement positionnée.

Des micrographies à haute résolution ont montré que les cellules afférentes étendent des structures en forme de doigts vers la couche cellulaire sur laquelle elles reposent.

Des analyses détaillées des expériences combinées au modèle théorique ont révélé que les cellules afférentes utilisent des extensions en forme de doigts pour rétracter les têtes de la couche hôte, principalement pour vérifier si elles peuvent ouvrir la tête et s’insérer.

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Amin Dost Mohammadi, professeur associé et responsable du Smart Active Matter Group à l’Institut Niels Bohr, explique comment cela fonctionne :

« Nous avons trouvé un certain complexe protéique qui s’accumule dans la tête et permet aux doigts des cellules entrantes d’établir un contact physique avec la tête. Comme les cellules entrantes qui étirent leurs bras au hasard pour voir où elles peuvent se fixer. »

Les modèles physiques prédisent le comportement des tissus vivants

Nous nous sommes ensuite tournés vers un modèle informatique physique de la couche cellulaire pour voir si nous pouvions prédire quels sommets seraient les plus sensibles à ces forces de traction. Ces points reliant quatre cellules ou plus sont plus susceptibles de s’ouvrir que les points reliant trois cellules.


Amin Dost Mohammadi, professeur adjoint

Une tendance similaire a été observée dans les expériences, confirmant les prédictions théoriques et montrant que les cellules déjà entrantes utilisent des forces de traînée pour trouver les points les plus faibles de la couche hôte pour s’insérer. »

Les expériences physiques et biologiques vont de pair

Les chercheurs ont utilisé un modèle physique très simple d’un réseau de sommets reliés entre eux par des arêtes comme alternative au réseau complexe formé par les cellules (voir exemple vidéo).

« Avec ce modèle simple, nous pouvons ensuite tester différents types de têtes. Nous pouvons tirer dessus pour simuler les forces d’attraction exercées par les nouvelles cellules, et nous pouvons vérifier la tension que peuvent supporter les têtes de tension et si elles peuvent réellement s’ouvrir. » par conséquent. »

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C’était vraiment une discussion entre modèle et expériences, physique et biologie : concevoir un modèle simple, le modifier pour représenter au mieux les éléments clés d’une expérience, puis faire des prédictions qui ont été vérifiées par des expériences. »

Les cellules entrantes créent leurs propres emplacements dans les couches de cellules existantes

Cependant, à ce stade, il n’était pas clair comment ces points faibles étaient apparus en premier lieu. « Lorsqu’il n’y a pas de cellule entrante, il y a très peu de points faibles dans la couche de cellules et la plupart des sommets ne connectent que trois cellules ensemble. À notre grande surprise, nous avons réalisé qu’exactement lorsque les cellules entrantes s’approchent d’une couche de cellules, il y a un grand nombre de connecter des sommets qui apparaissent quatre ou cinq cellules, ce qui suggère que les cellules afférentes elles-mêmes peuvent peut-être influencer la formation de vulnérabilités dans la couche cellulaire supérieure », explique Amin Dostmohammadi.

La mécanique dirige l’intégration des cellules

Ces nouvelles découvertes mettent en évidence l’importance des informations mécanistes dans la direction du mouvement cellulaire au cours du développement embryonnaire et permettent de mieux comprendre comment les structures en forme de doigts (pattes filamenteuses), une caractéristique commune aux crabes envahisseurs, sont utilisées pour détecter les cellules voisines.

« C’est incroyable de voir à quel point tout ce processus est mécanique. Les cellules n’ont pas de cerveau ni de mécanisme de prise de décision. Il est donc fascinant de découvrir comment les cellules entrantes extraient, détectent et sélectionnent très précisément les points faibles d’une couche cellulaire existante. et, si l’environnement est défavorable, faites-le. » Les cellules modifient le calque et s’insèrent », ajoute Amin Dostmohammadi.

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« La compréhension acquise grâce à la découverte des mécanismes d’entrée dans les cellules a des implications dans les situations où des cellules indésirables, telles que les cellules cancéreuses, envahissent une couche cellulaire. Cette compréhension est une condition préalable au développement de thérapies post-traitement. »

Combinant les domaines de la physique théorique et de la biologie du développement, c’est le résultat d’une équipe internationale de scientifiques du Niels Bohr Institute (NBI), du Novo Nordisk Foundation Center for Stem Cell Medicine (reNEW) et du Max Planck Center for the Physics of Systèmes vivants (MPI-PKG).

Source:

Référence de la revue :

Ventura, v. et coll. (2022) utilisent des filopodes multicellulaires pour examiner la mécanique des tissus lors de l’intégration épithéliale in vivo. Communication Nature. doi.org/10.1038/s41467-022-34165-0.

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Les collisions d’étoiles à neutrons repoussent les limites de la physique extrême

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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.

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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.

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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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Les moteurs Warp pourraient envoyer des ondes gravitationnelles à travers l’univers : ScienceAlert

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Les moteurs Warp pourraient envoyer des ondes gravitationnelles à travers l’univers : ScienceAlert

Les humains du futur utiliseront-ils des moteurs de distorsion pour explorer l’univers ? Nous ne sommes pas en mesure d’éliminer cette possibilité. Mais si nos lointains descendants le faisaient, cela ne l’inclurait pas Cristaux de dilithiumEt Dialectes écossais D’ici là, cela s’évaporera dans l’histoire.

Warp Drives trouve ses racines dans l’un des films de science-fiction les plus célèbres de tous les temps, mais il a une base scientifique. Un nouveau document de recherche examine la science derrière cela et se demande si le fait de ne pas contenir un moteur de distorsion émettrait des ondes gravitationnelles détectables.

Le document est intitulé «Ce que personne n’a vu auparavant : des formes d’ondes gravitationnelles générées par l’effondrement d’un moteur de distorsion.Les auteurs sont Katie Clough, Tim Dietrich et Sebastian Kahn, physiciens issus d’institutions du Royaume-Uni et d’Allemagne.

Il y a de la place pour les moteurs de torsion dans la relativité générale, et le physicien mexicain Miguel Alcubierre a décrit comment ils pourraient fonctionner théoriquement en 1994. Il est bien connu dans les cercles spatiaux et physiques pour ses recherches. Moteur Alcubierre.

Tout le monde sait qu’aucun objet ne peut voyager plus vite que la vitesse de la lumière. Mais les moteurs à distorsion peuvent offrir une solution alternative. En déformant l’espace-temps lui-même, un vaisseau spatial à distorsion ne violerait pas la règle de la vitesse plus rapide que la lumière (FTL).

« Bien qu’ils soient issus de la science-fiction, les moteurs de distorsion ont une description concrète dans la relativité générale, où Alcubierre a été le premier à proposer une échelle spatio-temporelle qui prend en charge les voyages plus rapides que la lumière », expliquent les auteurs. Il écrit.

Il existe des obstacles scientifiques évidents à la création d’un moteur de distorsion. Mais il est possible de simuler comment cela fonctionnerait et comment cela serait détecté via les ondes gravitationnelles en cas de panne. Les moteurs de distorsion déforment l’espace-temps lui-même, tout comme les fusions binaires d’objets compacts comme les trous noirs et les étoiles à neutrons. Il est théoriquement possible qu’un signal d’onde gravitationnelle soit émis de la même manière que les fusions.

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« Pour rechercher de tels signaux et les identifier correctement dans les données mesurées, il est important de comprendre leurs phénomènes et leurs propriétés », expliquent les auteurs. Il explique.

Cela commence par comprendre le fonctionnement des moteurs de distorsion, c’est pourquoi nous devons nous plonger dans la physique.

« L’idée de base derrière un entraînement de torsion est qu’au lieu de dépasser directement la vitesse de la lumière dans un cadre de référence local, ce qui violerait l’invariance de Lorentz, une « bulle de torsion » peut parcourir des distances plus rapides que la vitesse de la lumière (telle que mesurée à certains endroits). grandes distances) » Observateur ) en contractant l’espace-temps devant lui et en élargissant l’espace-temps derrière lui. États.

Le premier inconvénient est que les lecteurs de distorsion nécessitent un état d’énergie nul (NEC). La physique stipule qu’une région de l’espace ne peut pas avoir une densité d’énergie négative. Il existe des solutions théoriques à ce problème, mais pour le moment, aucune d’entre elles n’est pratique.

« D’autres problèmes liés à l’échelle de distorsion incluent la possibilité de courbes temporelles fermées et, d’un point de vue plus pratique, les difficultés rencontrées par les personnes à bord du navire pour contrôler et désactiver la bulle », expliquent les auteurs. Il explique.

En effet, l’équipage n’aurait aucun moyen d’envoyer des signaux à la proue du navire. Il est difficile pour les événements à l’intérieur de la bulle d’affecter les événements à l’extérieur de la bulle de distorsion. Cet article explique.

« Du point de vue de la simulation dynamique d’un entraînement de distorsion, le principal défi est la stabilité », déclarent les auteurs. Il explique. Les équations montrent qu’un moteur Alcubierre pourrait déclencher une bulle torsadée en utilisant l’équation d’Einstein, mais il n’existe aucune équation connue qui puisse la soutenir.

« Il n’existe (à notre connaissance) aucune équation d’état connue qui permettrait de maintenir une jauge d’entraînement de torsion dans une configuration stable au fil du temps. Par conséquent, même si l’on peut stipuler qu’une bulle de torsion est initialement stationnaire, elle évoluera rapidement à partir de cela ». dans la plupart des cas, les distorsions du fluide de distorsion et de l’espace-temps se disperseront ou s’effondreront en un point central. »

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Bien que l’instabilité soit un obstacle majeur aux moteurs de distorsion, c’est aussi ce qui pourrait les rendre détectables. Si le moteur Alcubierre atteint une vitesse constante, cela ne peut pas être détecté. Il ne génère aucune onde gravitationnelle et n’a pas de masse ADM. ADM est l’abréviation d’Arnowitt-Deser-Misner, du nom de trois physiciens. Je laisse aux lecteurs curieux le soin d’en savoir plus Bloc ADM.

Mais un lecteur de distorsion ne peut être détecté que s’il est fixe et stable. Une fois qu’il s’effondre, accélère ou décélère, il peut être détecté. Dans leur travail, les auteurs ont laissé la bulle du moteur de distorsion s’effondrer.

« Physiquement, cela pourrait être lié à un effondrement du champ de confinement que la civilisation d’après-warp utilise (vraisemblablement) pour soutenir la bulle de distorsion contre l’effondrement. » Il écrit.

Dans leurs formulations, la nature du navire lui-même n’a pas d’importance. Seules la bulle de distorsion et le fluide de distorsion à l’intérieur comptent.

Les chercheurs ont simulé l’effondrement d’une bulle de distorsion. Ils ont constaté que l’effondrement générait des ondes gravitationnelles aux propriétés différentes de celles générées par les fusions.

« Le signal se présente sous la forme d’une rafale, ne contenant initialement aucun contenu d’onde gravitationnelle, suivie d’une période oscillatoire avec une fréquence caractéristique d’ordre 1/[R], » ils Il écrit. « Dans l’ensemble, le signal est très différent des collisions binaires compactes typiques observées par les détecteurs d’ondes gravitationnelles et ressemble davantage à des événements tels que l’effondrement d’une étoile à neutrons instable ou la collision directe de deux trous noirs. »

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Les auteurs soulignent que bien que le moteur de distorsion génère le signal GW, celui-ci se situe en dehors de la plage de fréquences de nos détecteurs au sol actuels.

« Des propositions concernant des détecteurs haute fréquence ont été faites, donc à l’avenir, il sera peut-être possible d’imposer des limites à la présence de tels signaux. » Il écrit. Le vaisseau lui-même peut également envoyer une sorte de signal multi-messages, mais il est difficile de savoir comment la matière du vaisseau interagit avec la matière normale.

« Comme nous ne savons pas quel type de matériau a été utilisé pour construire le vaisseau de distorsion, nous ne savons pas s’il interagirait (en dehors de la gravité) avec la matière ordinaire lorsqu’elle se propagerait dans l’univers », ont déclaré les chercheurs. Il explique.

Il s’agit d’une expérience de pensée amusante. Il est possible qu’il y ait une sorte de solution de contournement pour les voyages FTL un jour dans un avenir lointain. Si tel est le cas, cela pourrait être lié à une meilleure compréhension de la matière noire et de l’énergie noire. Si des ETI existent, elles pourraient être en mesure d’exploiter des connaissances fondamentales sur l’univers que nous ne possédons pas encore.

S’ils découvrent comment construire et utiliser un moteur de distorsion, même si c’est impossible, leurs activités pourraient créer des ondes gravitationnelles que nos futurs observatoires pourront détecter, même dans d’autres galaxies. Mais pour l’instant, tout cela reste théorique.

« Nous prévenons que les formes d’onde obtenues sont probablement très spécifiques au modèle utilisé, qui présente plusieurs problèmes théoriques connus, comme indiqué dans l’introduction », écrivent les auteurs. Il écrit Dans leur conclusion. « Des travaux supplémentaires seront nécessaires pour comprendre à quel point les signatures sont générales et caractériser correctement leur détectabilité. »

Nul doute que certains physiciens curieux continueront à travailler là-dessus.

Cet article a été initialement publié par L’univers aujourd’hui. Lis le Article original.

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La Chine et la France lancent un satellite pour mieux comprendre l’univers

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La Chine et la France lancent un satellite pour mieux comprendre l’univers

Xichang : Un satellite franco-chinois sera lancé samedi à la recherche des explosions les plus puissantes de l’univers, un exemple marquant de coopération entre une puissance occidentale et le géant asiatique.

Le Space Variable Object Observer (SVOM), développé par des ingénieurs des deux pays, recherchera des sursauts gamma dont la lumière a parcouru des milliards d’années-lumière pour atteindre la Terre.

Le satellite de 930 kilogrammes transportant quatre instruments – deux français et deux chinois – sera lancé à bord d’une fusée chinoise Longue Marche 2-C depuis une base spatiale de Xichang, dans le sud-ouest de la province du Sichuan.

Les sursauts gamma se produisent généralement après l’explosion d’étoiles massives – celles 20 fois plus massives que le Soleil – ou la fusion d’étoiles compactes.

Les rayons cosmiques extrêmement brillants peuvent émettre une explosion d’énergie équivalente à plus d’un milliard de soleils.

Uri Gottlieb, astrophysicien au Center for Astrophysics du Flatiron Institute de New York, explique à l’AFP que les observer, c’est comme « regarder en arrière dans le temps, car la lumière de ces objets met beaucoup de temps à nous parvenir ».

– ‘Beaucoup de mystères’ –

Les rayons portent des traces de nuages ​​de gaz et de galaxies qu’ils traversent au cours de leur voyage dans l’espace, ce qui constitue une donnée précieuse pour mieux comprendre l’histoire et l’évolution de l’univers.

« SVOM a le potentiel de percer de nombreux mystères dans le domaine des sursauts gamma, notamment en révélant les GRB les plus éloignés de l’univers, qui correspondent aux plus anciens GRB », a déclaré Gottlieb.

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Les explosions les plus lointaines identifiées à ce jour se sont produites seulement 630 millions d’années après le Big Bang, soit cinq pour cent de l’âge actuel de l’univers.

« Nous nous intéressons aux sursauts gamma en tant que tels, car ce sont des explosions cosmiques très intenses qui nous permettent de mieux comprendre la mort de certaines étoiles », a déclaré Frederick Denny, astrophysicien à l’Institut d’astrophysique. Paris.

« Toutes ces données permettent de tester les lois de la physique avec des phénomènes impossibles à reproduire en laboratoire sur Terre. »

Une fois analysées, les données peuvent aider à mieux comprendre la composition de l’espace, la dynamique des nuages ​​de gaz ou d’autres galaxies.

Le projet est issu d’un partenariat entre les agences spatiales française et chinoise ainsi que d’autres groupes scientifiques et techniques des deux pays.

Une coopération spatiale à ce niveau entre l’Occident et la Chine est assez rare, d’autant plus que les États-Unis ont interdit toute coopération entre la NASA et Pékin en 2011.

– Course contre le temps –

Jonathan McDowell, astronome au Centre d’astrophysique Harvard-Smithsonian aux États-Unis, a déclaré : « Les préoccupations américaines concernant le transfert de technologie ont empêché les alliés américains de coopérer dans une large mesure avec les Chinois, mais cela arrive parfois. »

En 2018, la Chine et la France ont lancé conjointement CFOSAT, un satellite océanographique principalement utilisé pour la météorologie maritime.

Plusieurs pays européens ont participé au programme chinois d’exploration lunaire Chang’e.

Bien que SVOM ne soit « en aucun cas unique », a déclaré McDowell, il reste « important » dans le contexte de la coopération spatiale entre la Chine et l’Occident.

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Une fois qu’il aura atteint une orbite à 625 kilomètres (388 miles) au-dessus de la Terre, le satellite enverra ses données aux observatoires.

Le principal défi est que les sursauts gamma sont très courts, ce qui oblige les scientifiques à courir contre la montre pour collecter des informations.

Dès qu’une explosion est détectée, SVOM envoie une alerte à l’équipe en service 24 heures sur 24.

D’ici cinq minutes, ils devront faire fonctionner un réseau de télescopes au sol qui s’aligneront précisément sur l’axe de la source d’explosion pour faire des observations plus détaillées.

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