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Un signal d’alarme depuis l’Antarctique

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Un signal d’alarme depuis l’Antarctique

Dans cette illustration, l’eau de mer s’écoule profondément sous la surface dans une fissure de la banquise qui s’ouvre activement en Antarctique. De nouvelles recherches montrent que de telles fissures peuvent s’ouvrir très rapidement et que l’écoulement de l’eau de mer aide à contrôler la rapidité avec laquelle la banquise se brise. Crédit : Rob Soto

Il y a suffisamment d'eau gelée dans les glaciers du Groenland et de l'Antarctique pour que, s'ils fondaient, les mers du monde s'élèveraient de plusieurs mètres. Ce qui arrivera à ces glaciers au cours des prochaines décennies constitue la plus grande inconnue en ce qui concerne l’augmentation future du niveau de la mer, en partie parce que la physique du vêlage des glaciers n’est pas encore entièrement comprise.

La question cruciale est de savoir comment des océans plus chauds peuvent entraîner une désintégration plus rapide des glaciers. Université de Washington Les chercheurs ont démontré la fracture à grande échelle la plus rapide connue le long de la plate-forme de glace de l'Antarctique. L'étude a été récemment publiée dans Fourni par l'Université du Golfe ArabiqueIl montre qu'une fissure de 10,5 kilomètres de long s'est formée en 2012 sur le glacier de Pine Island – une plate-forme de glace en retrait retenant la plus grande calotte glaciaire de l'Antarctique occidental – en 5 minutes et demie environ. Cela signifie que la fissure s'est ouverte à une vitesse d'environ 115 pieds (35 mètres) par seconde, soit environ 80 miles par heure.

« À notre connaissance, il s'agit de l'événement d'ouverture de faille le plus rapide jamais observé », a déclaré l'auteur principal Stephanie Olinger, qui a réalisé ce travail dans le cadre de ses recherches doctorales à l'Université du Wisconsin et à l'Université Harvard et est maintenant chercheuse postdoctorale à l'Université de Stanford. . « Cela montre que, dans certaines conditions, les plates-formes de glace peuvent se briser. Cela nous indique que nous devons rechercher ce type de comportement à l'avenir et cela nous indique comment nous pouvons décrire ces fractures dans des modèles de calotte glaciaire à grande échelle. « .

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L'importance de la formation de fissures

La crevasse est une fissure qui traverse environ 1 000 pieds (300 m) de glace flottante d'une plate-forme de glace typique de l'Antarctique. Ces fissures sont un précurseur du vêlage de la banquise, où de gros morceaux de glace se détachent d'un glacier et tombent dans la mer. De tels événements se produisent souvent au glacier Pine Island, où l'iceberg observé dans l'étude s'est longtemps séparé du continent.

Image satellite de la faille

Des images satellite prises le 8 mai (à gauche) et le 11 mai (à droite), à ​​trois jours d'intervalle en 2012, montrent une nouvelle faille formant un « Y » bifurquant à gauche de la faille précédente. Trois instruments sismiques (triangles noirs) ont enregistré des vibrations qui ont été utilisées pour calculer des vitesses de propagation des failles allant jusqu'à 80 mph. Crédit : Olinger et al./AGU Advances

« Les plates-formes de glace exercent une influence importante sur la stabilité du reste de la calotte glaciaire de l'Antarctique. « Si la plate-forme de glace se brise, la glace située derrière elle s'accélère », a déclaré Ollinger. « Ce processus de fracturation est essentiellement la façon dont les plates-formes de glace de l'Antarctique travail. »Création de grands icebergs.

Dans d’autres régions de l’Antarctique, les failles se développent souvent sur des mois ou des années. Mais cela pourrait se produire plus rapidement dans un environnement en évolution rapide comme le glacier de Pine Island, où les chercheurs pensent que la calotte glaciaire de l’Antarctique occidental s’est déjà formée. Un tournant est passé Quand il s'effondre dans l'océan.

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Défis liés à la surveillance des changements glaciaires

Les images satellite fournissent un retour d’information continu. Mais les satellites en orbite autour de la Terre ne traversent chaque point de la Terre que tous les trois jours. Il est difficile de déterminer ce qui se passera pendant ces trois jours, surtout compte tenu de la vue dangereuse de la fragile banquise antarctique.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont combiné des outils pour comprendre la formation des failles. Ils ont utilisé des données sismiques enregistrées par des instruments placés sur la banquise par d'autres chercheurs en 2012 ainsi que des observations radar de satellites.

La glace glaciaire se comporte comme un solide sur de courtes échelles de temps, mais plutôt comme un liquide visqueux sur de longues échelles de temps.

« La formation d'une fissure ressemble-t-elle davantage à un bris de verre ou à un bris de Silly Putty ? C'était la question », a déclaré Ollinger. « Nos calculs de cet événement montrent que c'est très similaire au bris de verre. »

Le rôle de l’eau de mer et les recherches futures

Si la glace était un simple matériau fragile, elle se décomposerait plus rapidement, a déclaré Olinger. Une enquête plus approfondie a mis en évidence le rôle de l'eau de mer. L'eau de mer contenue dans les crevasses maintient l'espace ouvert contre les forces intérieures du glacier. Étant donné que l’eau de mer a une viscosité, une tension superficielle et une masse, elle ne peut pas combler un vide instantanément. Au lieu de cela, la vitesse à laquelle l’eau de mer remplit l’ouverture de la fissure contribue à ralentir la propagation de la fissure.

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« Avant de pouvoir améliorer les performances des modèles de calotte glaciaire à grande échelle et les prévisions de l'élévation future du niveau de la mer, nous devons avoir une bonne compréhension, basée sur la physique, des nombreux processus différents qui influencent la stabilité de la plate-forme de glace », a déclaré Olinger.

Référence : « Le couplage océanique limite la vitesse de rupture pour l'événement de propagation de fissure de plate-forme glaciaire le plus rapide » par Stephanie D. Olinger et Bradley B. Lipofsky et Marin A. Denol, 05 février 2024, Fourni par l'Université du Golfe Arabique.
est ce que je: 10.1029/2023AV001023

La recherche a été financée par la National Science Foundation. Les co-auteurs sont Brad Lipofsky et Marine Degnole, tous deux membres du corps professoral de l'UW en sciences de la terre et de l'espace, qui ont commencé à conseiller leurs travaux à Harvard.

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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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