Depuis plus d’un siècle, les astronomes savent que l’univers est en expansion depuis le Big Bang. Au cours des huit premiers milliards d’années, le taux d’expansion était relativement constant car il était entravé par la force de gravité. Cependant, grâce à des missions comme Le télescope spatial Hubble, les astronomes ont depuis appris que depuis près de cinq milliards d’années, le taux d’expansion s’accélérait. Cela a conduit à la théorie largement acceptée selon laquelle une force mystérieuse est à l’origine de l’expansion (connue sous le nom d’énergie noire), tandis que certains insistent sur le fait que la force de gravité peut avoir changé avec le temps.
C’est une hypothèse controversée car cela signifie que Théorie générale de la relativité d’Einstein (Validé neuf voies à partir de dimanche) Erreur. Mais selon une nouvelle étude internationale, Enquête sur l’énergie noire (DES) En coopération, la nature de la gravité est restée la même tout au long de l’histoire de l’univers. Ces résultats arrivent peu de temps avant qu’il y ait deux télescopes de nouvelle génération (Nancy Grace RomanEt le Euclide) dans l’espace pour effectuer des mesures plus précises de la gravité et de son rôle dans l’évolution cosmique.
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La théorie générale de la relativité d’Einstein, qu’il a finalisée en 1915, décrit comment la courbure de l’espace-temps change en présence de la gravité. Depuis plus d’un siècle, cette théorie a prédit avec précision presque tout dans notre univers, de l’orbite et des lentilles gravitationnelles de Mercure à l’existence de trous noirs. Mais entre les années 1960 et 1990, deux contradictions ont été découvertes qui ont incité les astronomes à se demander si la théorie d’Einstein était correcte. Premièrement, les astronomes notent que les effets gravitationnels des structures massives (telles que les galaxies et les amas de galaxies) ne correspondent pas à leur masse observée.
Cela a donné naissance à la théorie selon laquelle l’espace est rempli d’une masse invisible qui interagit avec la matière « normale » (également appelée « lumineuse » ou visible) par gravité. Pendant ce temps, l’expansion observée de l’univers (et la façon dont il subit une accélération) a donné naissance à la théorie de l’énergie noire et au modèle Lambda Cold Dark Matter (Lambda CDM). La matière noire froide est une explication où cette masse est constituée de grosses particules se déplaçant lentement tandis que lambda représente l’énergie noire. En théorie, ces deux forces représentent 95% de la teneur totale en énergie de masse de l’univers, mais toutes les tentatives pour en trouver des preuves directes ont échoué.
La seule alternative possible est que la relativité doit être modifiée pour tenir compte de ces contradictions. Pour voir si c’est le cas, les membres DES utilisent l’extension Le télescope Victor M Blanco mesure 4 mètres de long dans le Observatoire panaméricain Cerro Tilolo Au Chili, pour observer des galaxies à 5 milliards d’années-lumière. Ils espéraient déterminer si la gravité a changé au cours des cinq derniers milliards d’années (depuis le début de l’accélération) ou à des distances cosmiques. Ils ont également consulté les données d’autres télescopes, dont l’Agence spatiale européenne Satellite de Planckqui cartographie le fond diffus cosmologique (CMB) depuis 2009.
Ils ont porté une attention particulière à la façon dont les images qu’ils ont vues contenaient de subtiles distorsions dues à la matière noire (lentilles gravitationnelles). Tel que La première image libéré de Télescope spatial James Webb JWST explique que les scientifiques peuvent déduire la force de la gravité en analysant à quel point une lentille gravitationnelle déforme l’espace-temps. Jusqu’à présent, la collaboration DES a mesuré les formes de plus de 100 millions de galaxies, et toutes les observations correspondent à ce que prédit la relativité générale. La bonne nouvelle est que la théorie d’Einstein tient toujours, mais cela signifie également que le mystère de l’énergie noire demeure pour l’instant.
Vue d’artiste du télescope spatial romain Nancy Grace, nommé d’après le premier astronome en chef de la NASA. Crédits : NASA
Heureusement, les astronomes n’auront pas à attendre longtemps avant que de nouvelles données plus détaillées soient disponibles. Il y a d’abord l’Agence spatiale européenne Euclide expéditionSon lancement est prévu pour 2023 au plus tard. Cette mission cartographiera la géométrie de l’univers, en regardant 8 milliards d’années dans le passé pour mesurer les effets de la matière noire et de l’énergie noire. D’ici mai 2027, la NASA le rejoindra Télescope spatial romain Nancy Grace, qui retracera plus de 11 milliards d’années. Ce seront les relevés cosmiques les plus détaillés jamais réalisés et devraient fournir les preuves les plus convaincantes pour (ou contre) le modèle Lambda-CDM.
Comme l’a déclaré la co-auteure de l’étude, Agnès Ferté, qui a mené la recherche en tant que chercheuse postdoctorale au Jet Propulsion Laboratory, dans un récent communiqué de presse de la NASA :
« Il y a encore de la place pour défier la théorie de la gravité d’Einstein, à mesure que les mesures deviennent plus précises. Mais nous avons encore beaucoup à faire avant d’être prêts pour Euclide et Romain. Il est donc impératif que nous continuions à collaborer avec des scientifiques du monde entier sur ce problème comme nous l’avons fait avec l’Energy Survey. the dark ».
De plus, les notes que vous avez fournies la toile L’une des plus anciennes étoiles et galaxies de l’univers permettra aux astronomes de cartographier l’évolution de l’univers depuis ses premières périodes. Ces efforts ont le potentiel de répondre à certains des mystères les plus urgents de l’univers. Cela inclut la façon dont la relativité et la masse observée correspondent à l’expansion de l’univers, mais cela peut également donner un aperçu de la façon dont la gravité et d’autres forces fondamentales de l’univers (telles que décrites dans la mécanique quantique) interagissent – théorie de tout (doigt de pied).
S’il y a une chose qui caractérise l’ère actuelle de l’astronomie, c’est la façon dont les relevés à longue portée et les outils de nouvelle génération se combinent pour tester ce qui était jusqu’à présent du matériel théorique. Les piratages potentiels auxquels cela pourrait mener nous raviront et nous confondront à coup sûr. Mais à la fin, ils révolutionneront la façon dont nous regardons l’univers.
La Royal Society Career Development Fellowship sera ouverte aux candidatures de scientifiques d’origine noire – un groupe largement sous-représenté dans le milieu universitaire britannique – en novembre prochain dans le but de lancer leur carrière de chercheur.
Jusqu’à cinq bourses seront offertes Attribué la première année Pour les candidats exceptionnels qui ont terminé ou ont récemment terminé un doctorat. Les gagnants recevront un financement de quatre ans (jusqu’à 690 000 £) pour des recherches motivées par la curiosité, soit dans une université britannique, soit dans un organisme de recherche à but non lucratif. Le programme offrira également des opportunités de mentorat et de formation avec les membres de la Royal Society et les réseaux professionnels.
Le projet pilote intervient après qu’un rapport « inquiétant » commandé par la Royal Society of Chemistry montre qu’il n’y a pas eu de réelle amélioration de la représentation noire dans la chimie universitaire au cours des 10 dernières années, avec une perte significative de chimistes noirs après avoir obtenu leurs premiers diplômes.
La sous-représentation apparaît à tous les niveaux du monde universitaire, ce qui souligne la nécessité d’intervenir pour lutter contre le décrochage scolaire, en particulier depuis les cycles supérieurs jusqu’aux premiers stades postdoctoraux. Les données de l’Autorité des statistiques de l’enseignement supérieur (HES) pour 2022 montrent que 4 % des étudiants en STEM au niveau du doctorat étaient issus de milieux noirs, et ce chiffre tombe à 2,5 % parmi le personnel universitaire, une proportion qui diminue encore davantage dans les postes de direction. Les Noirs représentent 4 % de la population britannique.
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Les capteurs de rayons X et de transition de SSRL révèlent des informations sur les diamants de taille nanométrique cachés sous la couche de silice. Les électrons irradiés s’échappent de la surface du nanodiamant, traversent la silice et sont collectés sous forme de signaux. Plus le revêtement est épais, moins les électrons atteignent la surface. Comprendre la chimie des couches de silice aidera les chercheurs à améliorer les coques de silice et à expérimenter d’autres matériaux comme revêtements, élargissant ainsi les applications des nanodiamants dans l’informatique quantique et le biomarquage. Crédit : Greg Stewart/Laboratoire national des accélérateurs du SLAC
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Les capteurs de rayons X et de transition de SSRL révèlent des informations sur les diamants de taille nanométrique cachés sous la couche de silice. Les électrons irradiés s’échappent de la surface du nanodiamant, traversent la silice et sont collectés sous forme de signaux. Plus le revêtement est épais, moins les électrons atteignent la surface. Comprendre la chimie des couches de silice aidera les chercheurs à améliorer les coques de silice et à expérimenter d’autres matériaux comme revêtements, élargissant ainsi les applications des nanodiamants dans l’informatique quantique et le biomarquage. Crédit : Greg Stewart/Laboratoire national des accélérateurs du SLAC
Revêtir un objet rare – de minuscules éclats de diamant – avec le sable, l’ingrédient principal, peut sembler inhabituel, mais le résultat final s’avère avoir un certain nombre d’applications précieuses. Le problème est que personne ne sait avec certitude quel est le lien entre les deux substances.
Aujourd’hui, des chercheurs de l’Université d’État de San Jose (SJSU) rapportent dans la revue ACS Au Nanoscience Les groupes chimiques d’alcool à la surface du diamant sont responsables des coquilles de silice avantageusement uniformes, un résultat qui pourrait les aider à créer de meilleurs nanodiamants recouverts de silice, de minuscules outils avec des applications allant du biomarquage des cellules cancéreuses à la détection quantique.
L’équipe a révélé le mécanisme de liaison grâce aux puissants rayons X générés par la source de lumière à rayonnement synchrotron de Stanford (SSRL) du laboratoire national des accélérateurs SLAC du ministère de l’Énergie.
« Maintenant que nous connaissons ces détails plus fins – comment fonctionne la liaison plutôt que de simplement deviner – nous pouvons mieux explorer de nouveaux systèmes hybrides de diamants », déclare Abraham Woollcott, chercheur principal de l’étude et professeur au SJSU.
Une grande partie du travail de Woolcott concerne les nanodiamants, qui sont des diamants synthétiques qui se décomposent en morceaux si petits qu’il en faudrait 40 000 pour couvrir la largeur d’un seul cheveu humain. En théorie, les nanodiamants ont des réseaux de carbone parfaits, mais parfois un atome d’azote s’y infiltre et remplace l’atome de carbone à côté de l’atome de carbone manquant. Techniquement, c’est un défaut, mais il est utile, car le défaut réagit aux champs magnétiques, aux champs électriques et à la lumière, le tout à température ambiante, ce qui signifie que les nanodiamants ont de nombreuses applications.
Ils peuvent être utilisés comme qubits, unité de base d’un ordinateur quantique. Frappez-le avec une lumière verte et il brille en rouge afin que les biologistes puissent le mettre dans des cellules vivantes et le suivre à mesure qu’il se déplace. Mais les scientifiques ne peuvent pas facilement programmer les nanodiamants pour qu’ils aillent où ils veulent, car les bords des diamants sont pointus et peuvent briser les membranes cellulaires.
Le recouvrir de silice résout les deux problèmes. La silice forme une croûte lisse et uniforme qui recouvre les arêtes vives. Cela crée également une surface modifiable, que les scientifiques peuvent décorer avec des étiquettes pour diriger des molécules vers des cellules spécifiques, telles que des cellules cancéreuses ou des neurones. « Le diamant en coquille de silice devient un système contrôlable », a déclaré Woolcott.
Mais les scientifiques ont été en désaccord pendant un certain temps sur la façon dont cette coquille s’est formée, a déclaré Wolcott. Son équipe a montré que l’hydroxyde d’ammonium combiné à l’éthanol, des produits chimiques généralement inclus dans le processus de revêtement, produisent de nombreux groupes alcool à la surface du nanodiamant, et ces alcools facilitent la croissance de la coque.
« Personne n’a été capable de l’expliquer depuis plus de 10 ans, mais nous avons pu extraire cette information », a déclaré Woolcott.
Après avoir étudié les particules à l’aide de microscopes électroniques à transmission à la fonderie moléculaire du laboratoire national Lawrence Berkeley du ministère de l’Énergie, les chercheurs ont projeté des rayons X SSRL sur les nanodiamants pour explorer les surfaces cachées sous la couche de silice.
Le capteur de transition de SSRL, un thermomètre ultra-sensible qui collecte les changements de température et les convertit en énergies de rayons X, a révélé les groupes chimiques présents à la surface des nanodiamants.
En utilisant une deuxième technique – la spectroscopie d’absorption des rayons X (XAS) – l’équipe a généré des électrons en mouvement à la surface du nanodiamant, puis les a capturés alors qu’ils traversaient la coque de silice et s’échappaient. Plus le revêtement est épais, moins les électrons atteignent la surface. Les signaux étaient un petit ruban à mesurer, indiquant l’épaisseur de la couche de silice à l’échelle nanométrique.
« XAS est puissant car vous pouvez détecter quelque chose de submergé ou caché, comme un diamant sous une coquille de silice », a déclaré Woolcott. « Les gens n’ont jamais fait cela avec des nanodiamants auparavant, donc en plus de découvrir le mécanisme de liaison, nous avons également montré que le XAS est utile aux scientifiques des matériaux et aux chimistes. »
À l’avenir, Woolcott, connu pour offrir des opportunités de recherche pratique, souhaite que les étudiants travaillent sur le revêtement des nanodiamants avec d’autres matériaux. Par exemple, le titane, le zinc et d’autres oxydes métalliques peuvent ouvrir de nouveaux horizons dans les applications de détection quantitative et de biomarquage.
« Les nanodiamants sont des micro-outils étonnants avec des applications immédiates », a déclaré Karen Lopez, Ph.D., professeur de génie biomédical. étudiant à l’Université de Californie à Irvine, qui, comme les autres auteurs du SJSU, a travaillé sur l’étude en tant qu’étudiant de premier cycle. « Maintenant que nous comprenons comment se forme la croûte de silice, nous pouvons commencer à l’améliorer et à l’étendre à d’autres types de matériaux. »
Plus d’information:
Birla J. Sandoval et al., Diamants quantiques sur la plage : aperçus chimiques de la croissance de la silice sur les nanodiamants à l’aide de la caractérisation et de la simulation multimodales, ACS Au Nanoscience (2023). DOI : 10.1021/acsnanoscienceau.3c00033
Un léger « pont » de gaz relie deux galaxies en collision dans une nouvelle image prise par le télescope spatial Hubble.
Le système Arp 107 comprend une paire de galaxies en train de fusionner. Elle est située à environ 465 millions d’années-lumière de nous AtterrirLe duo galactique est relié par un faible flux de poussière et de gaz.
HubbleIl s’agit d’une mission conjointe dirigée par la NASA et Agence spatiale européenne, capturez cette nouvelle vue d’Arp 107 à l’aide de la caméra Advanced Surveys. La plus grande galaxie, capturée à gauche de l’image, présente un grand bras en spirale qui s’incurve autour du noyau de la galaxie. Ce monde cosmique est connu sous le nom de Galaxie Seyfert et abrite un noyau galactique actif.
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« Les galaxies de Seyfert sont remarquables car, malgré l’énorme luminosité du noyau actif, le rayonnement de la galaxie entière peut être observé », ont déclaré les responsables de l’ESA dans leur rapport. un permis. « Cela est clairement visible sur cette image, où les spirales de la galaxie entière peuvent être facilement vues. »
Les noyaux galactiques actifs présentent une lueur intense associée à la chute de matière dans la galaxie massive Le trou noir Au centre de la galaxie. En fait, le rayonnement émis par un noyau galactique actif peut éclipser la lumière combinée de toutes les étoiles de sa galaxie hôte.
Le bras spiral brillant de la galaxie est parsemé de bourgeons brillants étoilesles naissances d’étoiles sont alimentées par la source abondante de matière extraite du plus petit compagnon galaxievisible en bas à droite de l’image.
La plus petite galaxie semble avoir un noyau brillant, mais des bras spiraux relativement faibles à mesure qu’elle est absorbée par la plus grande galaxie. Flux de matériaux de connexion Fusionner les galaxies Il pend délicatement sous la paire sur la nouvelle image de Hubble, publiée par l’Agence spatiale européenne le 18 septembre.
Arp 107 appartient à un groupe de galaxies connu sous le nom d’Atlas des galaxies exotiques, compilé en 1966 par Halton Arp. La nouvelle image de Hubble a été prise dans le cadre d’une initiative plus large visant à observer les membres peu étudiés du catalogue Arp.
« Une partie de l’objectif du programme de surveillance était de fournir au public des images de ces monuments époustouflants et difficiles à identifier. GalaxiesL’Agence spatiale européenne a déclaré dans le communiqué.
