Connect with us

science

Voie lactée : les astronomes capturent les images les plus profondes et les plus précises à ce jour du trou noir de notre galaxie

Published

on

Les astronomes ont révélé « les images les plus profondes et les plus précises à ce jour » de la région entourant le trou noir supermassif de notre Voie lactée.

De nouvelles images époustouflantes, prises à divers moments plus tôt cette année et publiées aujourd’hui par l’Observatoire européen austral (ESO), montrent plusieurs étoiles se déplaçant autour de l’orbite du trou noir, Sagittarius A*.

Les chercheurs de l’ESO ont utilisé le Very Large Telescope (VLT), situé dans le désert d’Atacama au nord du Chili, pour capturer les images, qui sont agrandies 20 fois plus qu’auparavant.

Ils ont également révélé une étoile inédite près du trou noir, appelée S300 et présente L’estimation la plus précise de la masse du trou noir central de la Voie lactée à ce jour – 4,3 millions de fois la masse du Soleil.

Une image de l’Observatoire européen austral prise le 30 mars 2021 montre des étoiles sous forme de petits points orange autour du trou noir Sagittaire A* au centre de la Voie lactée.

Les photos d'ESO des étoiles autour du Sagittaire A* sont datées du 29 mai de cette année.  S29 - l'étoile particulièrement brillante près du centre de cette image, la deuxième en partant du bas - s'est rapprochée le plus d'un trou noir fin mai 2021

Les photos d’ESO des étoiles autour du Sagittaire A* sont datées du 29 mai de cette année. S29 – l’étoile particulièrement brillante près du centre de cette image, la deuxième en partant du bas – s’est rapprochée le plus d’un trou noir fin mai 2021

Les images de l'ESO prises avec le Very Large Telescope (VLT) montrent le mouvement des étoiles au centre de la Voie lactée à divers moments plus tôt dans l'année.

Les images de l’ESO prises avec le Very Large Telescope (VLT) montrent le mouvement des étoiles au centre de la Voie lactée à divers moments plus tôt dans l’année.

Des trous noirs supermassifs au cœur des galaxies

Les trous noirs supermassifs sont des objets trouvés au cœur de la plupart des galaxies.

Ils ont une masse de millions à des milliards de fois la masse du Soleil et ne laissent rien s’échapper, pas même la lumière.

Le trou noir supermassif de la Voie lactée est connu sous le nom de Sagittaire A*.

Il existe également une classe de trous noirs supermassifs, avec une masse d’au moins 10 milliards de fois celle des fils.

Même le plus grand trou noir, avec une masse de 100 milliards de fois la masse du Soleil, a été appelé un trou noir supermassif.

La réalisation est détaillée dans deux articles publiés aujourd’hui dans Astronomy and Astrophysics, rédigés par une équipe internationale d’experts. Ils voulaient en savoir plus sur le Sagittaire A*, qui se trouve dans la constellation du Sagittaire.

Quelle est sa taille exacte ? Est-ce que ça tourne ? Les étoiles qui l’entourent se comportent-elles exactement comme on pourrait s’y attendre de la théorie de la relativité générale d’Einstein ? a déclaré Reinhard Genzel, directeur de l’Institut Max Planck de physique extraterrestre (MPE) à Garching, en Allemagne.

READ  La chasse intensive à la baleine n'a pas privé le rorqual commun de sa diversité génétique

La meilleure façon de répondre à ces questions est de suivre les étoiles sur des orbites proches du trou noir supermassif. Et ici, nous prouvons que nous pouvons le faire avec plus de précision que jamais.

Les trous noirs sont des régions de l’espace-temps où la gravité tire tellement que la lumière ne peut pas sortir. Ils agissent comme des sources gravitationnelles intenses qui soulèvent la poussière et les gaz environnants.

Les étoiles de notre galaxie, y compris notre Soleil, tournent autour du Sagittaire A* en raison de leur force gravitationnelle.

Ces étoiles orbitent autour du trou noir à des milliers de milliards de kilomètres, mais seront englouties si elles se rapprochent trop.

Heureusement, la Terre est à environ 27 000 années-lumière, soit à plus de 150 000 milliards de kilomètres, du Sagittaire A*.

Ce graphique montre l'emplacement du champ de vision dans lequel se trouve le Sagittaire A * - le trou noir est marqué d'un cercle rouge dans la constellation du Sagittaire (Sagittaire).  Cette carte montre la plupart des étoiles visibles à l'œil nu dans de bonnes conditions

Ce graphique montre l’emplacement du champ de vision dans lequel se trouve le Sagittaire A * – le trou noir est marqué d’un cercle rouge dans la constellation du Sagittaire (Sagittaire). Cette carte montre la plupart des étoiles visibles à l’œil nu dans de bonnes conditions

Cette vue à large champ de la lumière visible montre de riches nuages ​​d'étoiles dans la constellation du Sagittaire vers le centre de notre Voie lactée.  L'image entière est remplie d'un grand nombre d'étoiles - mais beaucoup restent cachées derrière des nuages ​​de poussière et ne sont révélées que dans les images infrarouges.  Cette vue a été créée à partir de photographies de lumière rouge et bleue et fait partie du Digital Sky Survey 2. Le champ de vision est d'environ 3,5° x 3,6°

Cette vue à large champ de la lumière visible montre de riches nuages ​​d’étoiles dans la constellation du Sagittaire vers le centre de notre Voie lactée. L’image entière est remplie d’un grand nombre d’étoiles – mais beaucoup restent cachées derrière des nuages ​​de poussière et ne sont révélées que dans les images infrarouges. Cette vue a été créée à partir de photographies de lumière rouge et bleue et fait partie du Digital Sky Survey 2. Le champ de vision est d’environ 3,5° x 3,6°

Sagittaire A* : le trou noir supermassif au milieu de la Route Royale

Le trou noir supermassif connu sous le nom de Sagittaire A* domine le centre de la Voie lactée.

Proéminent mais invisible, Sgr A* a une masse équivalente à environ quatre millions de soleils.

À seulement 26 000 années-lumière de la Terre, Sgr A* est l’un des très rares trous noirs de l’univers où l’on peut réellement voir un flux de matière à proximité.

Moins d’un pour cent de la matière initialement sous l’influence gravitationnelle d’un trou noir atteint son horizon des événements, ou point de non-retour, car une grande partie est éjectée.

READ  Un ancien crâne de singe suggère que les origines humaines pourraient se situer en Europe plutôt qu'en Afrique

Ainsi, l’émission de rayons X de la matière proche de Sgr A* est remarquablement faible, tout comme la plupart des trous noirs géants galactiques dans l’univers voisin.

Le matériau capturé doit perdre de la chaleur et du moment angulaire avant de pouvoir plonger dans le trou noir. L’éjection de la substance permet à cette perte de se produire.

La preuve de l’existence d’un trou noir au centre de notre galaxie a été fournie pour la première fois par le physicien Karl Jansky en 1931, lorsqu’il a découvert des ondes radio provenant de la région.

L’équipe de recherche, connue sous le nom de collaboration GRAVITY, a développé une nouvelle technique pour obtenir les images les plus profondes et les plus précises à ce jour du centre galactique de notre Voie lactée.

Ils ont utilisé le Very Large Telescope (VLT), une installation exploitée par l’ESO à l’observatoire de Paranal dans le désert d’Atacama au nord du Chili.

Les télescopes qui composent le VLT peuvent travailler ensemble pour former un « interféromètre » géant – le VLTI – qui permet de filtrer les images pour tout objet inutile.

« Le VLTI nous donne cette incroyable résolution spatiale et avec les nouvelles images, nous devenons plus profonds que jamais », a déclaré Julia Stadler, chercheuse à l’Institut Max Planck d’astrophysique de Garching.

Nous sommes étonnés de la quantité de détails, du mouvement et du nombre d’étoiles qu’il révèle autour du trou noir.

Avec leurs dernières observations, faites entre mars et juillet 2021, l’équipe s’est concentrée sur la prise de mesures précises des étoiles à l’approche du trou noir.

Cela comprend une étoile jamais vue auparavant, appelée S300, et une étoile appelée S29, qui s’est approchée du trou noir fin mai 2021.

S29 l’a dépassé à une distance de seulement 8 milliards de miles (13 milliards de kilomètres), environ 90 fois la distance entre le Soleil et la Terre, à une vitesse étonnante de 5 430 miles par seconde.

Aucune autre étoile n’a jamais été observée pour passer aussi près d’un trou noir ou voyager si vite.

Les chercheurs ont également pu définir la distance de la Terre au Sagittaire A* à une distance de 27 000 années-lumière.

Les mises à jour de l’installation VLT plus tard cette décennie pousseront la technologie encore plus loin, révélant des étoiles plus faibles plus proches du trou noir.

READ  L'apprentissage automatique identifie le cratère qui a éjecté les célèbres roches martiennes

En fin de compte, l’équipe vise à trouver des étoiles si proches que leurs orbites ressentiront les effets gravitationnels de la rotation du trou noir.

Une image de l'Observatoire européen austral prise le 24 juin 2021 montre les positions changeantes des étoiles autour du Sagittaire A*

Une image de l’Observatoire européen austral prise le 24 juin 2021 montre les positions changeantes des étoiles autour du Sagittaire A*

Photos ESO des étoiles autour du Sagittaire A* datées du 27 juillet de cette année.  Le Sagittaire A* doit son nom à sa situation dans la constellation du Sagittaire

Photos ESO des étoiles autour du Sagittaire A* datées du 27 juillet de cette année. Le Sagittaire A* doit son nom à sa situation dans la constellation du Sagittaire

Sur la photo, les instruments forment le Very Large Telescope dans le désert d'Atacama, éloigné et peu peuplé, dans le nord du Chili.

Sur la photo, les instruments forment le Very Large Telescope dans le désert d’Atacama, éloigné et peu peuplé, dans le nord du Chili.

Le prochain Very Large Telescope (ELT) de l’ESO, en construction dans le désert chilien d’Atacama, permettra à l’équipe de mesurer la vitesse de ces étoiles avec une très grande précision.

Cela permettrait également aux chercheurs de mesurer la vitesse de rotation du trou noir – quelque chose que personne n’avait pu faire auparavant.

Les deux documents de l’équipe ont été publiés aujourd’hui. la premier papier Intitulé « Galactic Center Mass Distribution from Astronomical Interferometry of Multiple Star Orbits ».

la deuxième papier Cela s’appelle « Deep Galactic Center Images with Gravity ».

Sagittaire A* a une fuite ! Le télescope spatial Hubble de la NASA détecte un avion semblable à une explosion dans le vide central d’un téléphone GALAXY

Des scientifiques de la NASA ont détecté une « fuite » dans le trou noir supermassif de notre Voie lactée.

La NASA dit que le trou noir, Sagittarius A*, émet périodiquement un « jet semblable à un chalumeau » dans l’espace à travers cette fuite, peut-être une fois tous les plusieurs milliers d’années.

On pense que le trou noir « éjecte » ce jet chaque fois qu’il avale quelque chose d’énorme comme un nuage de gaz, puis le jet entre en collision avec un énorme nuage d’hydrogène.

Les données proviennent de deux télescopes de la NASA – Hubble et Chandra – ainsi que des radiotélescopes ALMA dans le désert d’Atacama au Chili et du Very Large Array (VLA) au Nouveau-Mexique.

Hubble n’a pas encore photographié l’avion, c’est pourquoi il le qualifie d' »avion fantôme ».

Lire la suite : La NASA dit que le trou noir supermassif de la Voie lactée « a une fuite »

Continue Reading
Click to comment

Leave a Reply

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

science

La Chine construit un réseau de radars pour soutenir les prévisions météorologiques spatiales mondiales-China.org.cn

Published

on

La Chine construit un réseau de radars pour soutenir les prévisions météorologiques spatiales mondiales-China.org.cn

Cette image non datée fournie par le Centre national des sciences spatiales (NSSC) montre des radars à diffusion cohérente haute fréquence situés dans la région autonome ouïgoure du Xinjiang, dans le nord-ouest de la Chine. [Photo/Xinhua]

La Chine a construit un réseau de radars à haute fréquence aux latitudes moyennes dans les régions du nord du pays afin de fournir des données de détection de haute qualité pour les prévisions et les alertes météorologiques spatiales mondiales.

Le premier lot de résultats de découvertes scientifiques du réseau a été publié lors d’un atelier international sur le réseau de radars super doubles auroral (SuperDARN), qui s’est ouvert lundi à Pékin.

Le réseau, établi par le Centre national des sciences spatiales (NSSC) de l’Académie chinoise des sciences, a été achevé en octobre 2023. Il fait également partie de la deuxième phase du projet chinois Meridian, un réseau de surveillance de la météo spatiale comprenant des stations au sol.

Le Conseil de sécurité nationale a déclaré que la Chine avait réalisé de nouvelles avancées dans la technologie des radars à diffusion cohérente à haute fréquence et dans la recherche scientifique, et qu’elle s’efforcerait d’approfondir la coopération internationale dans ce domaine.

L’ionosphère abrite toutes les particules chargées de l’atmosphère terrestre. Il abrite également de nombreux vaisseaux spatiaux, notamment des stations spatiales. Les scientifiques affirment que des irrégularités dans l’ionosphère pourraient perturber les signaux.

Six radars à diffusion cohérente à haute fréquence ont été installés dans la province du Jilin, dans la région autonome de Mongolie intérieure et dans la région autonome ouïgoure du Xinjiang, dans les régions du nord de la Chine.

READ  Quand un style ne convient pas à tout le monde

Cette série de radars à haute fréquence permet une détection continue et à grande échelle des irrégularités ionosphériques dans les latitudes moyennes et élevées du secteur asiatique. La portée de détection peut atteindre 4 000 kilomètres du sud au nord, et la portée est-ouest dépasse 12 000 kilomètres, selon le NSSC.

La série de radars à haute fréquence devrait rejoindre le réseau SuperDARN, un réseau mondial de radars scientifiques qui surveillent les conditions dans l’environnement spatial proche de la Terre et permettent l’échange et le partage de données en temps réel avec des bases de données au Royaume-Uni et au Canada.

SuperDARN, qui compte des membres provenant de dizaines de pays, dont le Royaume-Uni, les États-Unis, le Canada, le Japon, la Chine, la France, l’Italie, la Norvège, l’Australie et l’Afrique du Sud, est également l’une des principales organisations internationales participant à l’International Meridian Circle. Le programme proposé par la Chine.

Continue Reading

science

Des courants d’étoiles étonnamment anciens pourraient être les éléments constitutifs de la Voie Lactée

Published

on

Des courants d’étoiles étonnamment anciens pourraient être les éléments constitutifs de la Voie Lactée

Les archéologues hongrois, déchiffrant l’arbre généalogique complexe de notre galaxie, ont découvert deux autres branches : des flux primordiaux de milliers d’étoiles près du cœur de la Voie lactée qui pourraient être deux de ses premiers morceaux il y a au moins 12 milliards d’années. Les anciens amas se sont probablement formés avant même que le disque et les bras spiraux de la Voie lactée ne commencent à se former, fournissant ainsi de nouvelles informations sur la façon dont notre galaxie vieille de 13,6 milliards d’années s’est formée à ses débuts et s’est assemblée vers la spirale organisée que nous connaissons aujourd’hui.

Les étoiles des deux courants ont entre 12 et 13 milliards d’années, si vieilles que leurs découvreurs ont été étonnés de pouvoir les détecter, et encore moins les découvrir dans des amas aussi clairement distinguables. Les astronomes soupçonnent que ces filaments stellaires, chacun mesurant environ 10 millions de soleils, ont été laissés sur place lorsque leurs galaxies massives ont fusionné avec la Voie Lactée naissante, il y a environ 12 milliards d’années. Si cette hypothèse était confirmée par de futures observations, les astronomes auraient détecté la genèse de la Voie Lactée, représentant une époque où la Voie Lactée naissante se regroupait à la suite de multiples fusions avec des galaxies plus petites et malheureuses.

Les nouveaux brins d’étoiles ont été nommés Shiva et Shakti, en hommage au couple divin hindou dont l’union aurait créé l’univers. Shiva semble héberger environ 5 600 étoiles et Shakti environ 1 700 étoiles, et il reste probablement beaucoup d’autres étoiles à découvrir.

Shiva et Shakti sont « deux ajouts fascinants à la famille des mystères que nous accumulons dans les amas de la Voie lactée », explique Bob Benjamin, astronome à l’Université du Wisconsin-Whitewater, qui n’a pas été impliqué dans la découverte mais dans ses recherches. Se concentre sur la structure de la Voie Lactée. « Il y a un grand enthousiasme autour de cette idée car nous pouvons maintenant voir de très nombreux morceaux de la galaxie avec leurs propres histoires individuelles se réunir pour créer la galaxie que nous connaissons et aimons. »

Messages mitigés

Les étoiles de Shiva et de Shakti orbitent sur des « orbites tout à fait uniques » autour de la Voie lactée qui diffèrent des étoiles laissées par d’autres fusions de galaxies, explique Khyati Malhan de l’Institut Max Planck d’astronomie (MPIA) en Allemagne, qui a dirigé la découverte. Bien qu’ils soient les restes de deux galaxies distinctes, la composition chimique des deux amas d’étoiles est assez similaire, ce qui indique que leurs galaxies mères étaient également denses, explique Malhan.

READ  Un étrange objet quantique a été créé avec succès en laboratoire pour la première fois

Malhan et son collègue Hans-Walter Rex du MPIA ont découvert les étoiles en analysant les données envoyées par l’Observatoire européen Gaia, qui cartographie les mouvements et les spectres de millions d’étoiles dans notre galaxie. Il décrit le duo Shiva et Shakti un peu plus loin dans un article publié en mars dans la revue Journal d’astrophysique.

Pour reconstituer l’histoire de notre galaxie, les astronomes classent généralement les étoiles en deux groupes : celles nées à l’intérieur de notre galaxie et celles à l’extérieur de notre galaxie qui ont été absorbées par les puissantes forces de marée de notre galaxie. Les deux groupes ont généralement des compositions chimiques distinctes. Les étoiles in situ comme celles qui habitent le disque de notre galaxie sont riches en éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium, dont le fer. Ces éléments se forment lorsque les étoiles sont « bien cuites sous pression » dans l’environnement dense de notre galaxie, explique Malhan. En revanche, les étoiles ex situ telles que celles dispersées dans la couronne relativement clairsemée ne contiennent pas de grands réservoirs de métaux lourds.

Étonnamment, les données de Gaia montrent que Shiva et Shakti manquent de fer, ce qui suggère qu’ils sont nés en dehors de notre galaxie et ont ensuite fusionné, mais qu’ils sont riches en d’autres éléments lourds généralement attribués aux étoiles locales. « C’est là que Shiva et Shakti nous envoient des signaux mitigés », dit Malhan. La précision cosmique a brouillé la véritable origine de ces étoiles, ce qui a pour effet d’améliorer notre compréhension des débuts de l’histoire de la Voie Lactée.

«Ils présentent un casse-tête intéressant», explique Benjamin. « En tant que scientifique, j’aime cette partie car elle signifie que nous avons des débats. »

Les étoiles nouvellement découvertes sont peut-être nées sur place, puis déplacées des profondeurs de notre galaxie vers leur site de découverte à environ 26 000 années-lumière du centre. Cela serait dû à la bande centrale de la Voie lactée, la structure dense de plusieurs milliers d’années-lumière qui relie les bras spiraux de la galaxie. Tout comme un ventilateur rotatif pousse les molécules d’air dans des poches denses, la barre tourbillonnante de notre galaxie « saisit » les étoiles, les rassemblant en amas bondés. Le « bar trapping », qui piège les étoiles sur des orbites en harmonie avec les orbites des barres, explique la chimie observée des nouvelles étoiles « assez simplement et facilement », explique l’astronome Vasiliy Belokurov de l’Université de Cambridge, qui étudie la formation des galaxies ( même s’il n’en était pas un). Participation à la nouvelle étude). « La bande aide : elle fait ressortir ces étoiles et nous les présente en quelque sorte. »

READ  La chasse intensive à la baleine n'a pas privé le rorqual commun de sa diversité génétique

Si les étoiles ne sont qu’un artefact de la rotation de la barre, Malhan et Rex soutiennent que la chimie des nouvelles étoiles devrait être similaire aux débris d’une autre fusion de galaxies appelée Gaia-Sausage-Encelade d’il y a 10 milliards d’années, dont les restes représente un amas de galaxies. Des étoiles bleues dans le halo de notre galaxie. « Jusqu’à présent, cela ne semble pas être le cas », déclare Malhan.

«Le temps nous le dira», dit Benjamin. « Pour les raisons qu’ils ont données, je pense qu’ils ont la bonne explication. »

Cependant, tout le monde n’est pas convaincu que les débris du GSE constituent une comparaison précise avec les nouvelles étoiles. Belokurov souligne que les étoiles restantes de la fusion GSE ne passent pas de temps près du centre de la Voie lactée, où elles pourraient interagir avec sa barre, donc « elles ne peuvent pas vraiment être piégées », dit-il. « Une fois que vous réalisez cela, cela fait pencher la balance dans l’autre sens. »

Bien que Belokurov applaudisse la transparence de l’équipe en soulignant des alternatives à l’explication principale, il existe « une confusion de leur part quant à ce à quoi devrait ressembler la chimie de ces structures centrales si elles faisaient partie de la couronne piégée et tournée par la barre », dit-il. . .

Les données provenant du vaisseau spatial Gaia, dont le lancement est prévu début 2026, incluront des étoiles faibles et fourniront plus de détails sur l’origine de Shiva et Shakti. Même si les nouvelles étoiles finissent par ne pas être représentatives de la façon dont la Voie Lactée s’est formée, elles pourraient quand même révéler des indices intéressants sur la façon dont elle a évolué au fil des éons, dit Benjamin. « Pour moi, c’est tout aussi excitant. »

READ  Un ancien crâne de singe suggère que les origines humaines pourraient se situer en Europe plutôt qu'en Afrique

L’archéologie hongroise à travers les yeux de Gaia

Au cours d’entretiens, Benjamin, Malhan et d’autres astronomes ont loué à plusieurs reprises le vaisseau spatial Gaia pour son poids révolutionnaire dans le déchiffrement de l’histoire de notre galaxie. Malhan souligne qu’il y a à peine dix ans, la première fusion connue avec notre Voie lactée a eu lieu il y a 6 milliards d’années, lorsque la galaxie naine du Sagittaire est tombée dans notre galaxie. Précisément Cartographie des étoiles par Gaia Cependant, à partir d’étoiles de plus en plus faibles, les astronomes ont découvert en 2019 des débris issus d’une fusion GSE il y a 10 milliards d’années. La prétendue infusion de Shiva et Shakti révélée par Gaia il y a 12 milliards d’années ramène les astronomes dans le temps.

« C’est comme si quelqu’un disait : ‘Nous allons vous offrir chaque année une nouvelle paire de lunettes, qui amélioreront votre vision chaque année' », explique Benjamin. « Pense à quel point tu es excité. »

« Tous les outils et les connaissances que nous appliquons aujourd’hui existaient dans une certaine mesure il y a dix ans », ajoute Malhan. Cependant, les données de Gaia fournissent les vues les plus claires à ce jour de notre galaxie remontant à ses tout premiers débuts, dit-il. « C’est grâce à Gaia. »

Bien sûr, notre Voie lactée n’est pas la seule galaxie à avoir l’habitude de cannibaliser ses plus petits membres. Les astronomes savent grâce aux simulations cosmologiques que chaque galaxie évolue – et parfois se déchire – à travers des fusions qui se produisent sur des milliards d’années. Cependant, la rapidité avec laquelle une galaxie grandit ou meurt dépend en grande partie de facteurs exclusifs à sa situation dans notre univers, tels que la dispersion de son habitat avec d’autres galaxies.

« Chaque galaxie a sa propre histoire », explique Benjamin. « Mais ce qui est spécial dans notre galaxie, c’est que nous pouvons reconstituer son histoire. »

Continue Reading

science

La recherche vise à faire de la cellulose une matière première renouvelable adaptée aux biocarburants

Published

on

La recherche vise à faire de la cellulose une matière première renouvelable adaptée aux biocarburants

La cellulose, qui contribue à donner aux parois cellulaires végétales leur structure rigide, s’avère prometteuse en tant que matière première renouvelable pour les biocarburants, si les chercheurs parviennent à accélérer le processus de production.

Comparée à la décomposition d’autres biocarburants tels que le maïs, la décomposition de la cellulose est lente et inefficace, mais elle peut éviter les soucis liés à l’utilisation d’une source de nourriture tout en profitant d’une matière végétale abondante qui autrement serait perdue. Les recherches menées par des chercheurs de Penn State ont révélé comment plusieurs barrières moléculaires ralentissent ce processus.

La dernière étude de l’équipe, publiée dans Actes de l’Académie nationale des sciencesIl décrit le processus moléculaire par lequel le cellobiose (une fraction de deux saccharines de cellulose synthétisée lors de la dégradation de la cellulose) peut obstruer un pipeline et interférer avec la dégradation ultérieure de la cellulose.

L’équipe de recherche a identifié de nouveaux détails sur la manière dont les enzymes cellulases Cel7A (or) sont inhibées lorsque la cellulose (verte) est décomposée par le produit de dégradation de la cellulose, le cellobiose, au niveau de la « porte d’entrée » (1) et de la « porte arrière » (2). du tunnel catalytique Cel7A, et deux autres composants issus des parois cellulaires végétales, la lignine (marron) et le xylane (orange), qui réagissent avec la cellulose. Cette recherche promet de révéler de nouvelles stratégies pour décomposer efficacement la cellulose afin de produire de la bioénergie et des biomatériaux durables. Photo : Neria Zixer/Penn State.

Fermentation efficace

La production de biocarburants repose sur la décomposition de composés tels que l’amidon ou la cellulose en glucose, qui peut ensuite être efficacement fermenté en éthanol pour être utilisé comme carburant ou converti en d’autres substances utiles. L’option de biocarburant dominante sur le marché aujourd’hui est produite à partir de maïs, en partie parce que les amidons qu’il contient se décomposent facilement, selon les chercheurs.

« L’utilisation du maïs comme source de biocarburant suscite de nombreuses inquiétudes, notamment la concurrence avec l’approvisionnement alimentaire mondial et la grande quantité de gaz à effet de serre générée lorsque l’éthanol est produit à partir du maïs », explique Charles Anderson, professeur de biologie à l’Eberly College en Pennsylvanie. Science et auteur de l’article.

READ  L'apprentissage automatique identifie le cratère qui a éjecté les célèbres roches martiennes

« Une alternative prometteuse consiste à décomposer la cellulose des parties non comestibles des plantes telles que les tiges de maïs, d’autres déchets végétaux tels que les résidus forestiers et des cultures dédiées qui peuvent être cultivées sur des terres marginales. Mais l’un des principaux obstacles à cela est donc… appelés biocarburants de deuxième génération d’être… Économiquement compétitif, le processus actuel de craquage de la cellulose est lent et inefficace.

« Nous utilisons une technique d’imagerie relativement nouvelle pour explorer les mécanismes moléculaires qui ralentissent ce processus. »

La cellulose est constituée de chaînes de glucose liées entre elles par des liaisons hydrogène pour former des structures cristallines. Les scientifiques utilisent des enzymes appelées cellulases, dérivées de champignons ou de bactéries, pour décomposer les matières végétales et extraire le glucose de la cellulose.

Structure cristalline de la cellulose

Mais les chercheurs affirment que la structure cristalline de la cellulose, combinée à d’autres composés appelés xylane et lignine, également présents dans les parois cellulaires, constitue un défi supplémentaire à la dégradation de la cellulose. Cependant, les techniques conventionnelles n’ont pas permis de révéler les mécanismes moléculaires spécifiques de ces décélérations.

Pour explorer ces mécanismes peu clairs, les chercheurs ont marqué chimiquement des lignées cellulaires avec des marqueurs fluorescents. Ils ont ensuite utilisé le microscope SCATTIRSTORM de Penn State, que l’équipe a conçu et construit dans ce but précis, pour suivre les molécules à chaque étape du processus d’effondrement et interpréter les vidéos résultantes à l’aide d’un traitement informatique et d’une modélisation biochimique.

« Les méthodes traditionnelles surveillent le processus de dégradation à plus grande échelle, en manipulant artificiellement l’emplacement de l’enzyme ou en capturant uniquement les molécules en mouvement, ce qui signifie que vous risquez de manquer une partie du processus qui se produit naturellement », explique Will Hancock, professeur de génie biomédical à l’Université de Californie. Université de Pennsylvanie. Government Engineering College et auteur de cet article.

READ  Une étrange spirale apparaît au milieu des aurores boréales dans le ciel nocturne de l'Alaska

« En utilisant le microscope SCATTIRSTORM, nous avons pu observer des enzymes cellulosiques individuelles en action pour vraiment comprendre ce qui ralentit ce processus et générer de nouvelles idées sur la façon de le rendre plus efficace. »

Plus précisément, les chercheurs ont étudié l’effet d’une enzyme cellulase fongique appelée Cel7A. Dans le cadre du processus de dégradation, Cel7A alimente la cellulose dans une sorte de tunnel moléculaire, où elle est hachée.

« Cel7A transporte la chaîne du glucose jusqu’à la « porte d’entrée » du tunnel, la chaîne est coupée et les produits sortent par la « porte arrière » dans ce qui ressemble à un pipeline », explique Daguan Nong, professeur adjoint de recherche en génie biomédical à UCLA. Penn State College of Engineering et premier auteur de cet article.

« Nous ne savons pas exactement comment l’enzyme attache la chaîne de glucose au tunnel ni ce qui se passe exactement à l’intérieur, mais nous savons grâce à des études antérieures que le produit qui sort par la porte arrière, le cellobiose, peut interférer avec le traitement ultérieur de la cellulose. » Maintenant, nous en savons plus sur la façon dont ils interagissent.

Fragments de cellobiose di-saccharide

À l’intérieur du tunnel, Cel7A coupe la cellulose, qui contient des unités répétitives de glucose, en fragments de cellobiose di-saccharide. Les chercheurs ont découvert que le cellobiose présent dans la solution peut se lier à la « porte arrière » du tunnel, ce qui pourrait ralentir la sortie des molécules de cellobiose ultérieures, car il bloque essentiellement le passage. En outre, ils ont découvert qu’il pouvait se lier au Cel7A près de la porte d’entrée, empêchant ainsi l’enzyme de se lier à de la cellulose supplémentaire.

« Étant donné que le cellobiose est très similaire à la cellulose, il n’est peut-être pas surprenant que de petits morceaux puissent pénétrer dans le tunnel », explique Hancock. « Maintenant que nous comprenons mieux comment le cellobiose perturbe les choses, nous pouvons explorer de nouvelles façons d’affiner ce processus. Par exemple, nous pouvons changer la porte avant ou arrière du tunnel ou modifier certains aspects de l’enzyme Cel7A. plus efficace pour prévenir cette inhibition.

READ  Un ancien crâne de singe suggère que les origines humaines pourraient se situer en Europe plutôt qu'en Afrique

« De nombreux travaux ont été réalisés pour concevoir des enzymes cellulases plus efficaces au cours des deux dernières décennies, et il s’agit d’une approche incroyablement puissante. Une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires qui limitent la dégradation de la cellulose nous aidera à diriger cet effort. »

Cette recherche s’appuie sur des travaux récents de l’équipe de recherche pour comprendre d’autres obstacles au processus de dégradation – le xylane et la lignine – qu’ils ont récemment publiés dans la revue RSC Durabilité et biotechnologie pour les biocarburants et les bioproduits.

« Nous avons découvert que le xylane et la lignine agissent de différentes manières pour interférer avec la dégradation de la cellulose », explique Neria Zixer, chercheuse postdoctorale en biologie au Eberly College of Science de Penn State et auteur principal de l’article RSC Sustainability.

« Le xylane recouvre la cellulose, réduisant ainsi la proportion d’enzymes qui peuvent se lier à la cellulose et la déplacer. La lignine inhibe la capacité de l’enzyme à se lier à la cellulose ainsi que son mouvement, réduisant ainsi la vitesse et la distance de l’enzyme. »

Bien qu’il existe des stratégies pour éliminer des composants tels que le xylane et la lignine de la cellulose, les chercheurs affirment que l’élimination du cellobiose est plus difficile. Une méthode utilise une deuxième enzyme pour séparer le cellobiose, mais ajoute un coût et une complexité supplémentaires au système.

« Environ 50 cents par gallon de coûts de production de bioéthanol concernent uniquement les enzymes, donc réduire ce coût au minimum contribuerait grandement à rendre le bioéthanol issu de déchets végétaux plus compétitif par rapport aux combustibles fossiles ou à l’éthanol extrait », explique Anderson à propos du maïs.  »

« Nous continuerons à étudier la manière dont les enzymes sont conçues et à explorer comment les enzymes fonctionnent ensemble dans le but de rendre ce processus aussi peu coûteux et efficace que possible. »

Continue Reading

Trending

Copyright © 2023