Le Large High-Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) a découvert une structure géante de bulles de rayons gamma de très haute énergie dans la région de formation d'étoiles du Cygnus, marquant pour la première fois l'origine de rayons cosmiques d'énergie supérieure à 10 péta- les électrons volts (PeV, 1PeV) ont été déterminés = 10¹⁵eV) détecté.

Cette réalisation a été publiée sous la forme d'un article de couverture dans Bulletin scientifique Le 26 février.

La recherche a été réalisée grâce à une collaboration LHAASO dirigée par le professeur Cao Zhen en tant que porte-parole de l'Institut de physique des hautes énergies de l'Académie chinoise des sciences. Le Dr Gao Quandong, le Dr Li Cong, le professeur Liu Ruiyu et le professeur Yang Ruizi sont co-auteurs de cet article.

Les rayons cosmiques sont des particules chargées provenant de l’espace, principalement composées de protons. L’origine des rayons cosmiques est l’une des questions les plus importantes de l’astrophysique moderne. Les mesures des rayons cosmiques au cours des dernières décennies ont révélé une rupture d'environ 1 PeV dans le spectre énergétique (c'est-à-dire la distribution de l'abondance des rayons cosmiques en fonction de l'énergie des particules), appelée le « genou » du spectre énergétique des rayons cosmiques en raison de sa forme semblable à une articulation du genou.

Démonstration de la propagation des rayons cosmiques de haute énergie dans l'espace interstellaire. Crédit : China Media Group

Les scientifiques pensent que les rayons cosmiques dont l'énergie est inférieure à celle du « genou » proviennent d'objets astrophysiques situés dans l'univers. Voie LactéeLa présence du « genou » indique également que la limite d'énergie pour accélérer les protons provenant de la plupart des sources de rayons cosmiques dans la Voie lactée est d'environ quelques PeV. Cependant, l'origine des rayons cosmiques dans la région du « genou » reste un mystère non résolu et constitue l'un des sujets les plus intéressants de la recherche sur les rayons cosmiques ces dernières années.

Découverte du super accélérateur de rayons cosmiques

LHAASO a détecté une structure géante de bulles de rayons gamma ultra-énergétiques dans la région de formation d'étoiles du Cygnus, avec plusieurs photons dépassant 1 PeV à l'intérieur de la structure, l'énergie la plus élevée atteignant 2,5 PeV, indiquant la présence d'un superaccélérateur de rayons cosmiques. À l'intérieur de la bulle, qui accélère en permanence les particules de rayons cosmiques à haute énergie avec une énergie allant jusqu'à 20 PeV et les injecte dans l'espace interstellaire. Ces rayons cosmiques à haute énergie entrent en collision avec le gaz interstellaire et produisent des rayons gamma. L'intensité des photons gamma est clairement liée à la répartition du gaz environnant, et un amas d'étoiles massif (liaison OB, Cygnus OB2) près du centre de la bulle est considéré comme un candidat prometteur pour un superaccélérateur de rayons cosmiques. Cygnus OB2 est constitué de nombreuses étoiles jeunes, chaudes et massives dont la température de surface dépasse environ 35 000°C (étoiles de type O) et 15 000°C (étoiles de type B).

Le grand observatoire des douches aériennes à haute altitude dans le comté de Daocheng, dans la province chinoise du Sichuan (sud-ouest). Crédit : China Media Group

La luminosité radiative de ces étoiles est des centaines, voire des millions de fois supérieure à celle du Soleil, et la pression de rayonnement massive emporte les matériaux de surface des étoiles, formant des vents stellaires dynamiques qui atteignent des vitesses de plusieurs milliers de kilomètres par seconde. La collision des vents stellaires avec le milieu interstellaire environnant et la violente collision des vents stellaires créent des sites idéaux pour une accélération efficace des particules. Il s’agit du premier superaccélérateur de rayons cosmiques identifié à ce jour. À mesure que le temps d'observation augmente, LHAASO devrait découvrir davantage d'accélérateurs de rayons cosmiques et, espérons-le, résoudre le mystère de l'origine des rayons cosmiques dans la Voie Lactée.

L'observation du LHAASO a également indiqué que le super accélérateur de rayons cosmiques à l'intérieur de la bulle augmente considérablement la densité des rayons cosmiques dans l'espace interstellaire environnant, dépassant de loin le niveau moyen des rayons cosmiques dans la Voie Lactée. L'extension spatiale de l'hyperdensité dépasse la plage observée pour les bulles, fournissant une explication possible de l'augmentation de l'émission diffuse de rayons gamma du plan galactique précédemment détectée par LHAASO.

Le professeur Elena Amato, astrophysicienne renommée de l'Institut national italien d'astrophysique (INAF), a souligné l'impact de cette découverte sur l'origine des rayons cosmiques en général. Elle a également commenté que ces résultats « ont non seulement un impact sur notre compréhension de l’émission diffuse, mais ont également des conséquences très pertinentes pour notre description du transport des rayons cosmiques (CR) dans la galaxie ».

Référence : « Bulle de rayons gamma ultra-énergétiques alimentée par la superstructure PeVatron » par la collaboration LHAASO, 23 décembre 2023, Bulletin scientifique.
est ce que je: 10.1016/j.scib.2023.12.040

La Vallée de la Mort en Californie, l'endroit le plus sec d'Amérique du Nord, héberge un lac éphémère depuis fin 2023. Une récente analyse de la NASA a calculé les profondeurs d'eau du lac éphémère sur plusieurs semaines en février et mars 2024, démontrant les capacités de la coalition américaine. . Eaux de surface et topographie des océans (huile de coude) les satellites, qui Lancé En décembre 2022.

L'analyse a révélé que la profondeur de l'eau du lac variait d'environ 3 pieds (1 mètre) à moins de 1,5 pied (0,5 mètre) sur une période d'environ six semaines. Cette période comprenait une Une série de tempêtes Qui a balayé l’État de Californie, apportant des quantités de pluie record.

Une série d’images (ci-dessus) et d’animations (ci-dessous), basées sur les données SWOT, montrent certains de ces changements dans la profondeur de l’eau du lac. Les zones profondes sont bleues, les zones peu profondes sont jaunes.

Pour estimer la profondeur du lac, connu officieusement sous le nom de lac Manly, les chercheurs ont utilisé les données sur le niveau d'eau collectées par SWOT et ont soustrait les informations correspondantes sur l'élévation des terres de l'US Geological Survey pour le bassin de Badwater.

Les chercheurs ont découvert que les niveaux d’eau variaient dans l’espace et dans le temps au cours de la période d’environ 10 jours séparant les observations SWOT. Immédiatement après une série de tempêtes début février, le lac temporaire mesurait environ 10 km de long et 5 km de large. Chaque pixel de l'image représente une zone d'environ 330 pieds sur 330 pieds (100 mètres sur 100 mètres).

« C'est un très bon exemple de la façon dont SWOT suit le fonctionnement de systèmes lacustres uniques », a déclaré Tamlin Pavelski, responsable scientifique de l'eau douce à la NASA pour SWOT et hydrologue à l'Université de Caroline du Nord à Chapel Hill.

Contrairement à de nombreux lacs dans le monde, le lac Death Valley est temporaire et relativement peu profond, et des vents forts suffisent à déplacer la masse d'eau douce de quelques kilomètres, comme cela s'est produit du 29 février au 2 mars. Comme il n’y a généralement pas d’eau dans le bassin de Badwater, les chercheurs ne disposent pas d’instruments permanents pour étudier l’eau dans cette zone. Une analyse SWOT peut combler le manque de données lorsque des endroits comme celui-ci et d’autres dans le monde sont inondés.

Peu de temps après son lancement, SWOT a mesuré une augmentation Presque toute l'eau à la surface de la Terre, développant l'une des vues les plus détaillées et les plus complètes des océans, des lacs d'eau douce et des rivières de la planète. Non seulement le satellite peut détecter l’étendue de l’eau, comme le font d’autres satellites, mais SWOT peut également mesurer les niveaux de surface de l’eau. Parallèlement à d'autres types d'informations, les mesures SWOT peuvent produire des données sur la profondeur de l'eau pour les éléments intérieurs tels que les lacs et les rivières.

L'équipe scientifique SWOT effectue ses mesures à l'aide d'un interféromètre radar en bande Ka (Karen) un outil. Avec deux antennes espacées de 10 mètres sur la flèche, KaRIn produit une paire d'ensembles de données alors qu'il orbite autour du globe, faisant rebondir les impulsions radar sur les surfaces de l'eau pour collecter des informations sur l'élévation de la surface.

« Nous n'avons jamais fait voler un radar en bande Ka comme l'instrument KaRIn sur un satellite auparavant », a déclaré Pavelski. Les données représentées par le graphique ci-dessus sont donc également importantes pour que les scientifiques et les ingénieurs puissent mieux comprendre comment ce type de radar fonctionne depuis l'orbite. . .

Image de l'Observatoire de la Terre de la NASA par Lauren Dauphin, utilisant les données SWOT fournies par Équipe scientifique SWOT Et les données Landsat de Commission géologique des États-Unis. Histoire de Jane Lee (NASA Jet Propulsion Laboratory).

Des chercheurs de l'Université nationale de Singapour (NUS) ont développé un nouveau concept pour créer la prochaine génération de matériaux quantiques à base de carbone, sous la forme de minuscules nanographes magnétiques en forme de papillon unique qui hébergent des spins hautement corrélés. Cette nouvelle conception a le potentiel d’accélérer les progrès des matériaux quantiques qui sont essentiels au développement de technologies informatiques quantiques de pointe, prêtes à révolutionner le traitement de l’information et les capacités de stockage haute densité.

L'équipe était dirigée par le professeur agrégé Luo Jeong du département de chimie de l'université nationale de Singapour et de l'institut des matériaux fonctionnels intelligents, ainsi que par le professeur Wu Jishan, également du département de chimie de l'université nationale de Singapour, et des collaborateurs internationaux. . La recherche a été publiée dansChimie naturelle.

Le nanographène magnétique, une petite structure constituée de molécules de graphène, présente des propriétés magnétiques remarquables dues au comportement de certains électrons dans les orbitales des atomes de carbone. En concevant soigneusement la disposition de ces atomes de carbone à l’échelle nanométrique, le comportement de ces électrons uniques peut être contrôlé. Cela rend le nanographène très prometteur pour créer de très petits aimants et pour fabriquer les éléments de base nécessaires aux ordinateurs quantiques, appelés bits quantiques ou qubits.

La structure unique en forme de papillon du graphène magnétique développée par les chercheurs contient quatre triangles arrondis ressemblant à des ailes de papillon, chacune de ces ailes portant un électron non apparié responsable des propriétés magnétiques observées. La structure a été obtenue grâce à une conception atomiquement précise du réseau électronique π dans le graphène nanostructuré.

« Le nanographène magnétique, une petite molécule composée d'anneaux benzéniques fusionnés, est très prometteur en tant que matériau quantique de nouvelle génération pour héberger des spins quantiques exquis en raison de sa diversité chimique et de son long temps de cohérence de spin », a déclaré le professeur agrégé Lu. est une tâche ardue mais essentielle pour construire des réseaux quantiques complexes et évolutifs.

Cette réalisation est le résultat d'une étroite collaboration entre des chimistes de synthèse, des scientifiques des matériaux et des physiciens, dont les principaux contributeurs, le professeur Pavel Jelinek et le Dr Libor Vai, de l'Académie tchèque des sciences de Prague.

Nanographène magnétique à spin hautement intriqué de nouvelle génération

Les propriétés magnétiques du nanographène proviennent généralement de la disposition de ses électrons, appelés électrons π, ou de la force de leurs interactions. Cependant, il est difficile de faire fonctionner ces propriétés ensemble pour créer plusieurs cours interconnectés. Le nanographène présente également principalement un arrangement magnétique unique, dans lequel les spins sont alignés soit dans la même direction (ferromagnétisme), soit dans des directions opposées (antimagnétisme).

Les chercheurs ont développé un moyen de surmonter ces défis. Le nanographène en forme de papillon, doté de propriétés ferromagnétiques et antiferromagnétiques, est formé en combinant quatre triangles plus petits en un losange au centre. Le nanographène mesure environ 3 nanomètres.

Pour produire le nanographène « papillon », les chercheurs ont d’abord conçu un précurseur de molécule spéciale via la chimie conventionnelle en solution. Ce matériau de départ a ensuite été utilisé pour la synthèse de surface ultérieure, un nouveau type de réaction chimique en phase solide réalisée dans un environnement sous vide. Cette approche a permis aux chercheurs de contrôler avec précision la forme et la structure du nanographène au niveau atomique.

Un aspect intéressant du nanographène « papillon » réside dans ses quatre électrons non appariés, avec des spins délocalisés principalement dans les régions des « ailes » et enchevêtrés ensemble. À l’aide d’un microscope à sonde cryogénique doté d’une pointe en niclocine comme capteur de spin au niveau atomique, les chercheurs ont mesuré le magnétisme des nanographènes papillon. De plus, cette nouvelle technique aide les scientifiques à diriger les spins intriqués pour comprendre comment fonctionne le magnétisme du nanographène au niveau atomique.

Cette percée non seulement répond aux défis existants, mais ouvre de nouvelles possibilités pour contrôler avec précision les propriétés magnétiques à la plus petite échelle, conduisant à des développements passionnants dans la recherche sur les matériaux quantiques.

« Les connaissances acquises grâce à cette étude ouvrent la voie à la création d’une nouvelle génération de matériaux quantiques organiques dotés d’architectures de spin quantiques sur mesure. À l’avenir, notre objectif est de mesurer la dynamique de spin et le temps de cohérence au niveau d’une seule molécule et de les manipuler de manière cohérente. « Les spins intriqués », a déclaré le professeur agrégé Lu. « Cela représente une étape majeure vers la réalisation de capacités de traitement et de stockage de l'information plus puissantes. »