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Zhaodi Pan cherche à découvrir le plus ancien sombre secret

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L’univers a commencé il y a 13,8 milliards d’années, mais les scientifiques ont encore du mal à comprendre son origine. Zhaodi Pan, membre du Laboratoire national d’Argonne du Département de l’énergie (DOE), explore ce mystère en étudiant le fond cosmique des micro-ondes, la lumière la plus ancienne de l’univers. Il développe des détecteurs sensibles qui détectent la lumière du fond diffus cosmologique et utilise les données pour créer des cartes bidimensionnelles de la distribution de la matière dans l’univers. Il espère que son travail permettra de mieux comprendre l’histoire de l’univers.

« Comprendre la matière et l’énergie qui composent 95% de notre univers est un énorme casse-tête. » – Zhaodi Pan

Pan a commencé à s’intéresser à la cosmologie tout en obtenant son doctorat. à l’Université de Chicago. Une fois diplômé, rejoignez Argonne en octobre 2020 en tant que boursier Maria Goeppert Mayer. La bourse Maria Goeppert Mayer est une récompense internationale décernée à des scientifiques et ingénieurs doctorants exceptionnels pour les aider à faire progresser leur carrière dans l’environnement de recherche à fort impact de l’Argonne. La bourse est décernée à Maria Goeppert Mayer, une physicienne théoricienne qui a reçu le prix Nobel de physique en 1963 pour son travail à Argonne qui a proposé un modèle mathématique pour la structure des enveloppes nucléaires des noyaux atomiques. La bourse offre aux chercheurs en début de carrière la possibilité de poursuivre leurs propres orientations de recherche, avec le soutien d’un sponsor et un financement pouvant aller jusqu’à trois ans. Les boursiers peuvent également se voir proposer des postes à long terme en Argonne après la fin de leurs bourses. Ici, Ban décrit son programme de recherche et explique pourquoi il aime travailler en Argonne.

Q : Qu’ignorons-nous de l’histoire de notre univers ?

une. La matière dont sont constituées toutes nos étoiles et galaxies ne représente que 5% de toute la matière de notre univers. Les scientifiques pensent que la matière noire représente 25 % et l’énergie noire 70 % de notre univers, mais nous n’en savons presque rien. Comprendre la matière et l’énergie qui composent 95% de notre univers est un immense casse-tête. Un autre mystère lié aux origines de notre univers. Bien que nous ayons construit une histoire cohérente de son origine, il manque toujours une preuve directe – la théorie de l’inflation. Cette théorie décrit comment la taille de l’univers primitif a augmenté de façon exponentielle en très peu de temps après le Big Bang. L’inflation explique deux phénomènes différents que nous avons observés en astronomie et en cosmologie, mais nous devons trouver plus de preuves pour comprendre comment cela correspond à notre modèle cosmologique standard et, finalement, pour révéler comment notre univers s’est formé.

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Q : Quels sont vos intérêts de recherche ?

une. Je m’intéresse à l’origine de l’univers et à la nature de l’énergie noire et de la matière noire. Je pense que c’est la prochaine percée pour la physique et la cosmologie. Il existe deux façons de résoudre ces problèmes. Une méthode consiste à utiliser des accélérateurs tels que le Large Hadron Collider pour créer de la matière noire ou des particules qui médient leurs interactions avec la matière ordinaire. Une autre façon est de se pencher directement sur l’histoire de l’univers en étudiant le fond diffus cosmologique, qui est la lumière la plus ancienne de l’univers. Le fond diffus cosmologique peut avoir des signaux très faibles qui sont caractéristiques de la période d’inflation. J’ai travaillé en étroite collaboration avec l’Argonne Detector Group pour développer la prochaine génération de détecteurs pour étudier ces empreintes digitales dans le fond diffus cosmologique.

Q : Quelle est l’orientation de votre activité en Argonne ?

une. Les projets sur lesquels je travaille sont centrés sur la cartographie de la distribution de la matière dans l’univers et la recherche de signatures de la période inflationniste. Le détecteur sur lequel je travaille actuellement s’appelle un détecteur à induction cinétique micro-ondes, qui aide à identifier les émissions moléculaires des gaz dans l’univers. L’un des avantages de cette stratégie est qu’elle peut détecter la lumière dans un univers plus grand que les télescopes optiques, qui sont utilisés pour étudier les étoiles. J’analyse également les données de la caméra de troisième génération du télescope du pôle Sud, appelée SPT-3G, pour cartographier la distribution de la matière dans l’univers.

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Q : Qu’est-ce qui vous a poussé à postuler pour cette bourse ?

une. Lorsque j’ai obtenu mon diplôme de l’Université de Chicago, je cherchais des opportunités post-doctorales. L’Argonne, en tant qu’institut de recherche de premier plan, a tout ce qu’il faut pour faire avancer ce domaine. Il dispose d’une salle blanche de classe mondiale qui peut être utilisée pour la fabrication de réactifs. Il est à la pointe de la technologie superordinateurs Il peut gérer de grands ensembles de données provenant de relevés cosmiques. Le groupe Détecteurs de supraconducteurs et simulations cosmologiques d’Argonne dispose non seulement des ensembles de données, mais également des ressources nécessaires pour répondre aux questions qui m’intéressent. L’opportunité de m’intégrer à ces groupes et de formuler de nouvelles orientations de recherche m’a inspiré à postuler.

Q : Comment cette bourse a-t-elle contribué à votre développement de carrière ?

une. Le programme de bourses m’a fourni une base solide pour la croissance de ma carrière en me permettant de poursuivre mes intérêts de recherche et de me connecter avec une communauté de professionnels solidaires. Grâce au programme de bourses, j’ai pu poursuivre des recherches et des projets qui auraient été difficiles à réaliser autrement. Le soutien fourni par la bourse m’a permis de me concentrer sur l’exploration de domaines de recherche sans me soucier des contraintes financières. La connexion avec une communauté diversifiée d’individus, de mentors et de professionnels partageant les mêmes idées m’a permis d’ouvrir de nouvelles directions et collaborations professionnelles. J’ai obtenu de nombreuses informations précieuses sur le développement de matériel et l’analyse de données et j’ai également élargi mes connaissances.

Q : Qu’aimez-vous dans votre travail pour Argonne ?

une. J’aime l’environnement de travail collaboratif et solidaire ici. Nous avons des liens étroits avec les chercheurs du Fermilab du Département de l’énergie et de l’Université de Chicago, ce qui nous permet de réaliser plus qu’une institution ne peut faire seule. De plus, nous avons accès à de nombreuses installations et équipements modernes. Notre équipe interagit et collabore d’une manière qui profite à toutes les personnes impliquées, et je suis enthousiasmé par le potentiel de découvertes révolutionnaires qui émergeront de nos efforts collectifs. Je n’ai aucun doute que la Chicagoland Collaboration conduira à de nombreux développements scientifiques passionnants au cours des vingt prochaines années.

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Q : Quelles activités aimez-vous faire en dehors de la recherche ?

une. J’aime faire du vélo, de la randonnée et de l’escalade pendant mon temps libre. Le Waterfall Glen Trail autour d’Argonne est un bon endroit où aller !

Q : Quel conseil donneriez-vous aux personnes intéressées à suivre votre cheminement de carrière ?

une. Trouvez le domaine qui vous intéresse le plus, puis plongez pour en savoir plus. Soyez audacieux et prêt à relever de nouveaux défis.

Laboratoire National d’Argonne Cherche à trouver des solutions aux problèmes nationaux pressants dans le domaine de la science et de la technologie. Premier laboratoire national du pays, Argonne mène des recherches révolutionnaires en sciences fondamentales et appliquées dans presque toutes les disciplines scientifiques. Les chercheurs d’Argonne travaillent en étroite collaboration avec des chercheurs de centaines d’entreprises, d’universités et d’agences fédérales, étatiques et municipales pour les aider à résoudre leurs problèmes spécifiques, faire progresser le leadership scientifique américain et préparer la nation à un avenir meilleur. Avec des employés de plus de 60 pays, Argonne est dirigée par UChicago Argonne, LLC pour Bureau des sciences du département américain de l’énergie.

Bureau des sciences du département américain de l’énergie C’est le plus grand soutien de la recherche fondamentale en sciences physiques aux États-Unis et s’efforce de relever certains des défis les plus urgents de notre époque. Pour plus d’informations, visitez https://energy.gov/science.

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Le framework CUISINES pour les projets de comparaison de modèles exoplanétaires, version 1.0

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Le framework CUISINES pour les projets de comparaison de modèles exoplanétaires, version 1.0

Illustration de la conception expérimentale générale du CREME exoMIP (Tsigaridis et al. en préparation), comme exemple de la façon dont l’exoMIP peut être structuré pour permettre une large participation communautaire. — Ph.EP astronomique

Alors que le télescope spatial James Webb commence à renvoyer des observations, il est plus important que jamais que les modèles climatiques exoplanétaires soient capables de prédire de manière cohérente et correcte l’observabilité des exoplanètes, de récupérer leurs données et d’interpréter les environnements planétaires à partir de ces données.

Les comparaisons entre modèles jouent un rôle crucial dans ce contexte, surtout à l’heure où peu de données sont disponibles pour valider les prédictions des modèles. Le groupe de travail CUISINES du Nexus for Exoplanet System Science (NExSS) de la NASA soutient une approche systématique pour évaluer les performances des modèles d’exoplanètes et fournit ici un cadre pour mener des projets d’intercomparaison de modèles d’exoplanètes organisés par la communauté (exoMIP).

Le cadre CUISINES adapte spécifiquement les pratiques de la communauté climatique terrestre pour répondre aux besoins des chercheurs exoplanétaires, y compris une gamme de types de modèles, de cibles planétaires et d’études spatiales paramétriques. Son objectif est d’aider les chercheurs à travailler collectivement, équitablement et ouvertement pour atteindre des objectifs communs.

Le cadre CUISINES repose sur cinq principes : 1) Définir à l’avance la ou les questions de recherche que exoMIP vise à aborder. 2) Créer une conception pilote qui maximise la participation de la communauté et en faire la publicité largement. 3) Planifiez un calendrier de projet qui permet à tous les membres d’exoMIP de participer pleinement. 4) Créer des produits de données à partir des résultats du modèle pour une comparaison directe avec les observations. 5) Créez un plan de gestion des données applicable aujourd’hui et évolutif à l’avenir.

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Au cours des premières années de son existence, CUISINES fournit déjà un soutien logistique à 10 exoMIP et continuera à organiser des ateliers annuels pour approfondir les commentaires de la communauté et présenter de nouvelles idées d’exoMIP.

Linda E. Sohl, Thomas J. Fuchez, Sean Domagal-Goldman, Duncan A. Christie, Russell Detrick, Jacob Haque-Misra, C.E. Harman, Nicholas Iero, Nathan J. Mayne, Costas Tsigarides, Geronimo L. Villanueva, Ambre V. Jeune, Guillaume Chaverot

Commentaires : 14 pages, deux numéros
Sujets : Astrophysique terrestre et planétaire (astro-ph.EP) ; Instruments et méthodes astrophysiques (astro-ph.IM)
Citer comme : arXiv:2406.09275 [astro-ph.EP] (ou arXiv :2406.09275v1 [astro-ph.EP] pour cette version)
Date de soumission
Qui : Linda Suhl
[v1] Jeudi 13 juin 2024, 16:14:22 UTC (903 Ko)
https://arxiv.org/abs/2406.09275
Astrobiologie

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Ingénieur – Des « mégaclusters » de satellites pourraient mettre en péril la reconstitution du trou d’ozone

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Ingénieur – Des « mégaclusters » de satellites pourraient mettre en péril la reconstitution du trou d’ozone

Le Protocole de Montréal de 1987 a réglementé avec succès les CFC nocifs pour la couche d’ozone afin de protéger la couche d’ozone, réduisant ainsi le trou d’ozone au-dessus de l’Antarctique, et une reprise est attendue dans les 50 prochaines années.

Cependant, de nouvelles recherches de Université de Californie du Sud Ecole d’Ingénieurs de Viterbi Il a montré que ces oxydes ont été multipliés par huit entre 2016 et 2022 et continueront de s’accumuler à mesure que le nombre de satellites en orbite terrestre basse (LEO) augmentera, mettant ainsi la couche d’ozone en danger dans les décennies à venir.

Les chercheurs ont expliqué que sur 8 100 objets en orbite terrestre basse, 6 000 sont des satellites Starlink lancés au cours des dernières années et que la demande d’une couverture Internet mondiale entraîne une augmentation rapide du lancement d’essaims de petits satellites de communication.

SpaceX est le leader de ce projet, avec l’autorisation de lancer 12 000 satellites Starlink supplémentaires et jusqu’à 42 000 satellites prévus. Amazon et d’autres sociétés dans le monde envisagent également de créer des constellations allant de 3 000 à 13 000 satellites, ajoutent les auteurs de l’étude.

Les satellites Internet ont une durée de vie d’environ cinq ans seulement, les entreprises doivent donc lancer des satellites de remplacement pour maintenir le service Internet, ce qui poursuit un cycle d’obsolescence programmée et de contamination imprévue, ont indiqué les chercheurs.

Les oxydes d’aluminium déclenchent des réactions chimiques qui détruisent l’ozone stratosphérique, qui protège la Terre des rayons ultraviolets. Les oxydes ne réagissent pas chimiquement avec les molécules d’ozone, mais conduisent plutôt à des réactions destructrices entre l’ozone et le chlore, conduisant à l’appauvrissement de la couche d’ozone.

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Étant donné que les oxydes d’aluminium ne sont pas consommés dans ces réactions chimiques, ils peuvent continuer à détruire molécule après molécule d’ozone pendant des décennies à mesure qu’ils dérivent dans la stratosphère, ont indiqué les chercheurs.

« Ce n’est que ces dernières années que les gens ont commencé à penser que cela pourrait devenir un problème », a déclaré Joseph Wang, chercheur en astronautique à l’Université de Californie du Sud et auteur correspondant de l’étude, dans un communiqué. « Nous avons été l’une des premières équipes à considérer les implications de ces faits. »

Puisqu’il est impossible de collecter des données sur des engins spatiaux en feu, des études antérieures ont utilisé des analyses de micrométéorites pour estimer la contamination potentielle. Cependant, les chercheurs ont indiqué que les micrométéorites contiennent très peu d’aluminium, un métal qui représente 15 à 40 % de la masse de la plupart des satellites. Ces estimations ne s’appliquent donc pas bien aux nouveaux satellites.

Au lieu de cela, les chercheurs ont modélisé la composition chimique et les liaisons au sein des matériaux satellites lors de leurs interactions aux niveaux moléculaire et atomique. Les résultats ont permis aux chercheurs de comprendre comment la matière change avec différents apports d’énergie.

L’étude a été financée par NASAIl a été constaté qu’en 2022, la rentrée des satellites a augmenté la quantité d’aluminium dans l’atmosphère de 29,5 % au-dessus des niveaux normaux.

La modélisation a montré qu’un satellite typique de 250 kg avec 30 pour cent de sa masse d’aluminium générerait environ 30 kg de nanoparticules d’oxyde d’aluminium (taille de 1 à 100 nanomètres) lors de la rentrée. La plupart de ces particules sont générées dans la mésosphère, entre 50 et 85 kilomètres (30 à 50 miles) au-dessus de la surface de la Terre.

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L’équipe a ensuite calculé que, en fonction de la taille des particules, il faudrait jusqu’à 30 ans pour que les oxydes d’aluminium dérivent jusqu’aux hauteurs stratosphériques, où se trouvent 90 % de l’ozone troposphérique.

Les chercheurs estiment qu’au moment où les constellations de satellites actuellement prévues seront achevées, 912 tonnes d’aluminium tomberont sur Terre chaque année. Cela libérerait environ 360 tonnes d’oxydes d’aluminium par an dans l’atmosphère, soit une augmentation de 646 % par rapport aux niveaux naturels.

L’étude a été publiée dans la revue en libre accès AGU Lettres de recherche géophysiqueentièrement lisible ici.

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Des chercheurs de l’Université de Californie du Sud ont prouvé que le noyau terrestre perdait de la vitesse.

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Des chercheurs de l’Université de Californie du Sud ont prouvé que le noyau terrestre perdait de la vitesse.

Le noyau interne a commencé à ralentir vers 2010, se déplaçant plus lentement que la surface de la Terre. Crédit : Université de Californie du Sud

Une nouvelle étude fournit des preuves claires que le noyau interne de la Terre a commencé à ralentir vers 2010.

Université de Californie du Sud Les scientifiques ont découvert que le noyau interne de la Terre ralentit par rapport à la surface de la planète, un phénomène qui a commencé vers 2010 après des décennies de tendance inverse. Ce changement majeur a été révélé par l’analyse de données sismiques détaillées provenant de tremblements de terre et d’essais nucléaires. La décélération est affectée par la dynamique du noyau externe liquide environnant et par l’attraction gravitationnelle du manteau terrestre, ce qui peut légèrement affecter la rotation de la Terre.

Dynamique du noyau interne

Des scientifiques de l’Université de Californie du Sud ont prouvé que le noyau interne de la Terre reculait – ralentissait – par rapport à la surface de la planète, comme le montre une nouvelle étude publiée le 12 juin dans la revue nature.

La communauté scientifique débat depuis longtemps du mouvement du noyau interne, certaines études suggérant qu’il tourne plus vite que la surface de la Terre. Cependant, des recherches récentes de l’Université de Californie du Sud montrent de manière concluante qu’à partir de 2010 environ, le noyau interne a ralenti et se déplace désormais à un rythme plus lent que la surface de la planète.

« Quand j’ai vu pour la première fois les sismogrammes qui faisaient allusion à ce changement, j’ai été mystifié », a déclaré John Vidal, professeur de géosciences au doyen de l’USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences. « Mais lorsque nous avons trouvé vingt autres observations pointant vers le même schéma, la conclusion était inévitable. Le noyau interne avait ralenti pour la première fois depuis plusieurs décennies. D’autres scientifiques ont récemment plaidé en faveur de modèles similaires et différents, mais notre dernière étude fournit la solution la plus convaincante. »

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Déclin et ralentissement relatifs

Le noyau interne est dans un état d’inversion et de rétraction par rapport à la surface de la planète car il se déplace légèrement plus lentement au lieu de plus vite que le manteau terrestre pour la première fois depuis environ 40 ans. Par rapport à sa vitesse des décennies précédentes, le noyau interne ralentit.

Le noyau interne est une boule solide de fer et de nickel entourée d’un noyau externe de fer et de nickel liquides. D’environ la taille de la Lune, le noyau interne se trouve à plus de 3 000 milles sous nos pieds et présente un défi pour les chercheurs : il ne peut être ni visité ni vu. Les scientifiques doivent utiliser les ondes sismiques des tremblements de terre pour créer des visualisations du mouvement du noyau interne.

Une nouvelle approche de l’approche itérative

Vidal et Wei Wang, de l’Académie chinoise des sciences, ont utilisé des formes d’onde et des tremblements de terre répétés, contrairement à d’autres recherches. Les tremblements de terre répétés sont des événements sismiques qui se produisent au même endroit pour produire des sismogrammes identiques.

Dans cette étude, les chercheurs ont compilé et analysé les données sismiques enregistrées autour des îles Sandwich du Sud à partir de 121 tremblements de terre répétés survenus entre 1991 et 2023. Ils ont également utilisé les données de deux essais nucléaires soviétiques entre 1971 et 1974, ainsi que des essais répétés français et américains. Expériences nucléaires issues d’autres études du noyau interne.

Vidal a déclaré que le ralentissement de la vitesse du noyau interne était causé par le balancement du noyau externe de fer liquide qui l’entoure, qui génère le champ magnétique terrestre, en plus des forces gravitationnelles des zones denses du manteau rocheux sus-jacent.

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Impact sur la surface de la Terre

Les effets de ce changement dans le mouvement du noyau interne de la surface terrestre ne peuvent que faire l’objet de spéculations. Vidal a déclaré que le retrait du noyau interne pourrait modifier la durée d’une journée de quelques fractions de seconde : « Il est très difficile de remarquer que, de l’ordre d’un millième de seconde, il se perd presque dans le bruit des océans. et l’ambiance. »

Les futures recherches menées par les scientifiques de l’USC espèrent tracer plus en détail le chemin du noyau interne afin de révéler exactement pourquoi il change.

« La danse intérieure du cœur est peut-être plus vibrante que ce que nous connaissons jusqu’à présent », a déclaré Vidal.

Référence : « Inner Core Retraction by Seismic Waveform Reflections » par Wei Wang, Jun E. Fidel, Guanying Pang, Keith D. Cooper et Ruyan Wang, 12 juin 2024, nature.
est ce que je: 10.1038/s41586-024-07536-4

Outre Vidal, les autres auteurs de l’étude comprennent Ruian Wang de l’Université de Californie du Sud Dornsife, Wei Wang de l’Académie chinoise des sciences, Guanying Pang de l’Université Cornell et Keith Cooper de l’Université de l’Utah.

Cette recherche a été soutenue par la National Science Foundation (EAR-2041892) et l’Institut de géologie et de géophysique de l’Académie chinoise des sciences (IGGCAS-201904 et IGGCAS-202204).

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