Comment la matière noire peut-elle interagir avec la matière ordinaire?

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Une équipe internationale de scientifiques comprenant l’Université de Californie à Riverside et le physicien Hai-Bo Yu ont imposé des conditions sur la façon dont la matière noire peut interagir avec la matière ordinaire.

La matière noire – matière non lumineuse dans l’espace – est censée représenter 85% de la matière dans l’univers. Contrairement à la matière normale, elle n’absorbe pas, ne réfléchit pas et n’émet pas de lumière, ce qui la rend difficile à détecter.

Les physiciens sont certains que la matière noire existe, ayant déduit cette existence de l’effet gravitationnel que la matière noire a sur la matière visible. Ce dont ils sont moins certains, c’est comment la matière noire interagit avec la matière ordinaire – ou même si c’est le cas.

Dans la recherche de la détection directe de la matière noire, l’accent expérimental a été mis sur les WIMP, ou particules massives faiblement interactives, les particules hypothétiques supposées constituer la matière noire.

Mais l’équipe de recherche internationale de Yu invoque une théorie différente pour défier le paradigme WIMP: le modèle de matière noire auto-interactif, ou SIDM, un cadre bien motivé qui peut expliquer toute la diversité observée dans les courbes de rotation galactiques. Proposé pour la première fois en 2000 par deux éminents astrophysiciens, le SIDM a regagné en popularité à la fois en physique des particules et en astrophysique depuis 2009, aidé en partie par le travail de Yu et de ses collaborateurs.

Yu, théoricien au Département de physique et d’astronomie de UCR, et Yong Yang, expérimentaliste à l’Université de Shanghai Jiaotong en Chine, ont codirigé l’équipe chargée d’analyser et d’interpréter les dernières données recueillies en 2016 et 2017 à PandaX-II, un xénon L’expérience de détection directe de la matière noire basée sur la substance noire en Chine (PandaX fait référence au détecteur de particules et d’astrophysique au xénon, PandaX-II se réfère à l’expérience). Si une particule de matière noire entre en collision avec le xénon liquéfié de PandaX-II, le résultat serait deux signaux simultanés: l’un des photons et l’autre des électrons.

Yu a expliqué que PandaX-II suppose que la matière noire «parle à» la matière normale – c’est-à-dire interagit avec les protons et les neutrons – par des moyens autres que l’interaction gravitationnelle (l’interaction gravitationnelle ne suffit pas). Les chercheurs recherchent ensuite un signal identifiant cette interaction. De plus, la collaboration PandaX-II suppose que la «particule médiateur», qui est la médiation des interactions entre la matière noire et la matière normale, a une masse beaucoup moins grande que la particule médiateur du paradigme WIMP.

« Le paradigme WIMP suppose que cette particule de médiateur est très lourde – 100 à 1000 fois la masse d’un proton – ou à propos de la masse de la particule de matière noire », a déclaré Yu. «Ce paradigme domine le champ depuis plus de 30 ans, mais nous ne voyons pas toutes ses prédictions dans les observations astrophysiques, alors que le modèle SIDM suppose que la particule du médiateur est environ 0,001 fois la masse du corps. La présence d’un tel médiateur léger pourrait conduire à des signatures de fumée de SIDM dans la détection directe de la matière noire, comme nous l’avons suggéré dans un document de théorie antérieure. PandaX-II, l’une des expériences de détection directe les plus sensibles au monde, est sur le point de valider le modèle SIDM lorsqu’une particule de matière noire est détectée.

L’équipe internationale de chercheurs rapporte le 12 juillet dans Physical Review Letters la limite la plus forte de la force d’interaction entre la matière noire et la matière visible avec un médiateur léger. La revue a choisi le document de recherche comme un point culminant, un honneur important.

« C’est une contrainte de la physique des particules sur une théorie qui a été utilisée pour comprendre les propriétés astrophysiques de la matière noire », a déclaré Flip Tanedo, un expert de la matière noire à UCR, qui n’était pas impliqué dans la recherche. «L’étude met en évidence la complémentarité des expériences nécessaires à la recherche de la matière noire et montre pourquoi la physique théorique joue un rôle crucial dans la traduction entre ces différents types de recherches.» L’étude de Hai-Bo Yu et de ses collègues interprète nouvelles données expérimentales en termes d’un cadre qui le rend facile à se connecter à d’autres types d’expériences, en particulier les observations astrophysiques, et un éventail beaucoup plus large de théories.  »

PandaX-II est situé au laboratoire souterrain de China Jinping, province du Sichuan, où les pandas sont abondants. Le laboratoire est le laboratoire souterrain le plus profond au monde. PandaX-II a généré le plus grand ensemble de données pour la détection de la matière noire lorsque l’analyse a été effectuée. PandaX-II, l’une des trois seules expériences de détection directe de la matière noire au xénon, est l’une des installations frontalières à la recherche d’événements extrêmement rares où les scientifiques espèrent observer une particule de matière noire interagir avec la matière ordinaire. propriétés des particules de la matière noire.

Les tentatives des physiciens des particules pour comprendre la matière noire n’ont pas encore donné de preuves définitives de la matière noire en laboratoire.

« La découverte d’une particule de matière noire qui interagit avec la matière ordinaire est l’un des saints sceaux de la physique moderne et représente le meilleur espoir de comprendre les propriétés fondamentales des particules de la matière noire », a déclaré Tanedo.

Au cours de la dernière décennie, Yu, un expert mondial en SIDM, a dirigé un effort pour rapprocher la physique des particules et la cosmologie en cherchant des façons de comprendre les propriétés des particules de la matière noire à partir de données astrophysiques. Lui et ses collaborateurs ont découvert une classe de théories de la matière noire avec une nouvelle force sombre qui peut expliquer les caractéristiques inattendues observées dans les systèmes à travers un large éventail, des galaxies naines aux amas de galaxies. Plus important encore, ce nouveau cadre SIDM sert de béquille aux physiciens des particules pour convertir les données astronomiques en paramètres de physique des particules des modèles de la matière noire. De cette manière, le framework SIDM est un traducteur pour deux communautés scientifiques différentes pour comprendre les résultats de l’autre.

Maintenant, avec la collaboration expérimentale de PandaX-II, Yu a montré comment les théories de la matière noire auto-interagissantes peuvent être distinguées lors de l’expérience PandaX-II.

« Avant cette ligne de travail, ces types d’expériences de la matière noire en laboratoire se concentraient principalement sur les candidats de la matière noire qui n’avaient pas d’auto-interactions », a déclaré Tanedo. « Ce travail a montré comment les forces sombres affectent les signaux de laboratoire de la matière noire. »

Yu a noté qu’il s’agit du premier résultat de détection directe pour SIDM rapporté par une collaboration expérimentale.

« Avec plus de données, nous continuerons à sonder les interactions de la matière noire avec un médiateur léger et la nature auto-interactive de la matière noire », a-t-il dit.

Un système d’étoiles binaire est en train de projeter de puissants particules vers la Terre comme un genre de ‘canon à rayon cosmique’

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Notre Soleil est évidemment l’endroit le plus intense de notre système solaire, mais il est vraiment assez froid comparé à beaucoup d’autres systèmes. 

Eta Carinae, par exemple, est un système d’étoiles binaires qui se trouve à environ 7500 années-lumière de la Terre, et il est si incroyablement extrême que lorsqu’il envoie des rayons cosmiques dans l’espace, il parvient à nous atteindre ici sur Terre.

Une nouvelle étude réalisée par des astronomes utilisant le télescope spatial NuSTAR de la NASA dresse un tableau saisissant de Eta Carinae. Le système à deux étoiles est un endroit violent, avec ses étoiles jumelles produisant des vents stellaires incroyablement puissants lorsqu’ils tournent l’un autour de l’autre.

Le cœur de Eta Carinae est son double étoile, dont l’une représente 30 fois la masse de notre Soleil et l’autre 90 fois la masse. Ces étoiles massives sont en orbite autour d’une distance très proche, effectuant une rotation complète tous les cinq ans et demi. À leur approche la plus proche, les étoiles ne sont séparées que de 140 millions de miles, ce qui, selon la NASA, équivaut à peu près à la même distance que Mars du Soleil.

Les deux étoiles dégagent constamment des particules chargées à des vitesses extrêmement élevées, le vent de la plus grande étoile claquant dans celui de l’étoile plus petite, créant des vagues massives d’énergie qui sont soufflées dans l’espace. Une partie de cette énergie trouve son chemin dans notre propre système solaire, et pendant longtemps les astronomes ne savaient pas exactement d’où elle venait. Grâce aux outils fournis par le télescope NuSTAR, les scientifiques ont pu tracer définitivement la source.

« Nous savons depuis quelque temps que la région autour d’Eta Carinae est la source d’émission énergétique dans les rayons X et les rayons gamma de haute énergie », a déclaré Fiona Harrison, chercheur principal de NuSTAR, dans un communiqué . « Mais jusqu’à ce que NuSTAR soit capable d’identifier le rayonnement, montrer qu’il vient du binaire et étudier ses propriétés en détail, l’origine était mystérieuse. »

Ce «canon à rayons cosmiques» comme l’appelle la NASA ne nous menace pas à cause de la distance entre la Terre et le système volatil, mais la recherche de la source des divers rayons cosmiques peut aider les chercheurs à mieux comprendre les processus qui façonnent la galaxie. 

Les scientifiques découvrent des molécules organiques complexes sur Encelade

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Cassini a découvert des molécules organiques complexes qui éclatent d’Encelade dans l’espace. 

Les scientifiques de l’Institut de recherche du Sud-Ouest pensent que les processus hydrothermaux dans le noyau rocheux de la lune pourraient synthétiser des composés organiques à partir de précurseurs inorganiques. Alternativement, ces processus pourraient transformer des matières organiques préexistantes en les chauffant, ou pourraient générer des conditions géochimiques dans l’océan d’Encelade qui permettraient à d’éventuelles formes de vie extraterrestre de synthétiser des molécules biologiques.

En utilisant les données de spectrométrie de masse du vaisseau spatial Cassini de la NASA, les scientifiques ont découvert que de grandes molécules organiques riches en carbone sont éjectées des fissures de la surface glacée de la lune Encelade de Saturne. Les scientifiques du Southwest Research Institute pensent que les réactions chimiques entre le noyau rocheux de la lune et l’eau chaude de son océan souterrain sont liées à ces molécules complexes.

« Nous sommes encore une fois époustouflés par Encelade: auparavant, nous n’avions identifié que les molécules organiques les plus simples contenant quelques atomes de carbone, mais même cela était très intrigant », a déclaré le Dr Christopher Glein, spécialiste de la chimie extraterrestre. océanographie. Il est coauteur d’un article dans Nature décrivant cette découverte. « Récemment, nous avons trouvé des molécules organiques avec des masses supérieures à 200 unités de masse atomique, soit plus de dix fois plus que le méthane. » Avec des molécules organiques complexes provenant de son océan liquide, cette lune est le seul corps exigences de base pour la vie telle que nous la connaissons. « 

Avant sa désorption en septembre 2017, Cassini a échantillonné le panache de matériau émergeant du sous-sol d’Enceladus. L’analyseur de poussière cosmique (CDA) et le spectromètre de masse ionique et neutre (INMS) ont effectué des mesures à la fois dans le panache et dans l’anneau E de Saturne, formé de grains de glace qui s’échappent de la gravité d’Encelade.

« Même après sa fin, le vaisseau spatial Cassini continue de nous enseigner le potentiel d’Encelade à faire progresser le domaine de l’astrobiologie dans un monde océanique », a déclaré Glein. « Cet article démontre la valeur du travail d’équipe dans la science planétaire.Les équipes INMS et CDA ont collaboré pour parvenir à une compréhension plus approfondie de la chimie organique de l’océan souterrain d’Encelade qu’il ne serait possible avec un seul ensemble de données. »

Au cours du survol d’Encelade par Cassini le 28 octobre 2015, l’INMS a détecté de l’hydrogène moléculaire alors que l’engin spatial volait à travers le panache. Les survols antérieurs ont fourni des preuves d’un océan souterrain global situé au-dessus d’un noyau rocheux. On pense que l’hydrogène moléculaire dans le panache se forme par l’interaction géochimique entre l’eau et les roches dans les environnements hydrothermaux.

«L’hydrogène fournit une source d’énergie chimique qui soutient les microbes qui vivent dans les océans de la Terre près des sources hydrothermales», a déclaré le Dr Hunter Waite, chercheur principal de l’INMS et co-auteur du nouveau document. « Une fois que vous avez identifié une source potentielle de nourriture pour les microbes, la prochaine question à poser est » quelle est la nature des composés organiques complexes dans l’océan?  » Cet article représente la première étape de cette compréhension – la complexité de la chimie organique au-delà de nos attentes!

« Les résultats du document ont également une grande signification pour la prochaine génération d’exploration », a déclaré Glein. « Un futur vaisseau spatial pourrait voler à travers le panache d’Encelade et analyser ces molécules organiques complexes à l’aide d’un spectromètre de masse à haute résolution pour nous aider à déterminer comment elles ont été faites.Nous devons être prudents, mais il est excitant de penser que cette découverte la synthèse biologique de molécules organiques sur Enceladus est possible. « 

Un microbe unique pourrait prospérer sur Mars et aider les futures missions habitées

De nouvelles recherches suggèrent que certaines cyanobactéries pourraient prospérer sur Mars.

Les microbes pourraient même être utilisés pour fournir de l’oxygène aux futures colonies spatiales.

« Cela peut paraître comme la science – fiction, mais les agences spatiales et les entreprises privées du monde entier sont activement en train d’essayer de transformer cette aspiration en réalité dans un avenir pas trop lointain », Elmars Krausz, professeur de chimie à l’ Université nationale australienne, a déclaré dans une nouvelles étude. « La photosynthèse pourrait théoriquement être exploitée avec ces types d’organismes afin de créer de l’air pour permettre aux humains de respirer sur Mars. »

Les cyanobactéries sont les seuls procaryotes photosynthétiques capables de produire de l’oxygène. Ils sont le terrain le plus abondant de bactéries sur la planète et ont colonisé la Terre depuis déjà 2,5 milliards d’années. Plusieurs cyanobactéries se sont adaptées à des conditions de faible luminosité.

«Les organismes adaptés à la faible luminosité, comme les cyanobactéries que nous avons étudiées, peuvent pousser sous les roches et survivre potentiellement aux conditions difficiles de la planète rouge», a déclaré M. Krausz.

Dans le cadre de la dernière recherche, les scientifiques ont analysé les capacités de photosynthèse de Chroococcidiopsis thermalis , une espèce d’algue capable d’absorber et de récolter de l’énergie à partir d’une lumière plus rouge et moins énergétique.

On a déjà découvert que Chroococcidiopsis thermalis vivait dans des sources d’eau chaude en eau profonde et à l’intérieur de roches dans le désert de Mojave. Les dernières recherches ont montré que les cyanobactéries peuvent plus que simplement survivre dans des environnements extrêmes et peu éclairés.

« Ce travail redéfinit l’énergie minimale nécessaire à la lumière pour stimuler la photosynthèse », a déclaré Jennifer Morton, doctorante à l’ANU Research School of Chemistry. « Ce type de photosynthèse pourrait bien se produire dans votre jardin, sous un rocher. »

La nouvelle recherche pourrait également aider les scientifiques à savoir ce qu’il faut rechercher lors de la recherche d’une vie extraterrestre. Bon nombre des planètes et des lunes potentiellement habitables identifiées par les astronomes sont susceptibles d’être relativement hostiles par rapport aux environnements généralement tempérés et riches en eau de la Terre.

Les chlorophylles rouges qui aident les cyanobactéries à prospérer dans des conditions de faible luminosité ont une signature spectrale unique.

« La recherche de la fluorescence de la signature de ces pigments pourrait aider à identifier la vie extraterrestre », a déclaré Morton.

Les trous de ver résulteraient des trous noirs, et la science sera bientôt capable de le prouver

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Lorsque deux trous de ver entrent en collision, ils peuvent produire des ondulations dans l’espace-temps qui ricochent d’eux-mêmes.

Les futurs instruments pourraient détecter ces « échos gravitationnels », apportant la preuve que ces tunnels hypothétiques à travers l’espace-temps existent réellement, suggère un nouvel article.

L’observatoire à ondes gravitationnelles à interféromètre laser (LIGO) a déjà détecté des ondulations spatio-temporelles, appelées ondes gravitationnelles, émanant de la fusion de trous noirs – des découvertes qui ont conduit au Prix Nobel en 2017 .

Mais si la détection de LIGO n’était qu’une des nombreuses observations soutenant l’existence de trous noirs, ces objets exotiques posent toujours des problèmes théoriques. Par exemple, ils semblent être incompatibles avec les lois de la mécanique quantique. Une façon de résoudre ces problèmes est de savoir si les trous noirs étaient en fait des trous de ver.

Point de non retour

L’une des principales caractéristiques des trous noirs est l’horizon des événements, une région de l’espace-temps au-delà de laquelle rien ne peut s’échapper, même pas la lumière. Si vous jetez quelque chose dans un trou noir, c’est perdu pour toujours – dans une certaine mesure. Stephen Hawking a découvert que, grâce à un phénomène connu sous le nom de tunnel quantique, les trous noirs pouvaient en réalité produire un tout petit peu de rayonnement, qui serait connu sous le nom de rayonnement de Hawking. Pendant longtemps, les trous noirs pourraient même s’évaporer à cause de ce rayonnement.

« Mais ce qui sort est aléatoire », a déclaré Amber Stuver, un astrophysicien à l’Université Villanova en Pennsylvanie, qui n’a pas été impliqué dans la nouvelle recherche. Le rayonnement ne contient aucune indication quant à ce qui est entré dans le trou noir.

« En mécanique quantique, si vous savez tout sur un système particulier, alors vous devriez être capable de décrire son passé et son avenir », a-t-elle dit. Mais parce que toute information qui entre dans un trou noir est définitivement perdue, un horizon d’événements ne coïncide pas avec la mécanique quantique.

Pour résoudre ce paradoxe de l’information dite trou noir , certains physiciens ont suggéré que les horizons d’événements n’existent pas. Au lieu d’abîmes où rien ne peut revenir, les trous noirs pourraient être une multitude d’objets spéculatifs de type trou noir dépourvus d’horizons tels que des étoiles de boson, des gravastars, des boules de poils et même des trous de ver, théorisés par Albert Einstein et le physicien Nathan. Rosen il y a des décennies.

Sosies de trous noirs

Dans une étude de 2016 dans la revue Physical Review Letters, les physiciens ont émis l’hypothèse que si deux trous de ver entraient en collision, ils produiraient des ondes gravitationnelles très similaires à celles générées par la fusion des trous noirs. La seule différence dans le signal serait dans la dernière phase de la fusion, appelée le ringdown, lorsque le trou noir nouvellement combiné ou trou de ver détend dans son état final.

Parce que les trous de ver n’ont pas d’horizons d’événements, les ondes gravitationnelles qui heurtent ces objets pourraient rebondir, produisant un écho pendant le ringdown.

« L’intérieur de l’objet est une sorte de cavité où les ondes gravitationnelles sont réfléchies », ont déclaré les chercheurs de la nouvelle étude à Live Science dans un courriel. « La production d’ échos gravitationnels n’est pas très différente des échos sonores ordinaires dans une vallée. »

Dans cet article , publié en janvier dans la revue Physical Review D, l’équipe de physiciens belges et espagnols a analysé les trous de ver qui tournent, qui sont plus réalistes que la variété non filante étudiée dans le travail de 2016. Ils ont calculé ce que le signal d’onde gravitationnelle résultant ressemblerait si les trous de ver fusionnaient.

Comme la puissance du signal diminue pendant le ringdown, cette section du signal serait trop faible pour que la configuration actuelle de LIGO puisse détecter. Mais cela pourrait changer à l’avenir, alors que les chercheurs continuent de mettre à jour et d’affiner l’instrument, selon les chercheurs.

« Au moment où nous fonctionnons à pleine sensibilité de conception, je crois qu’il peut être possible de résoudre la phase de ringdown où ces échos sont prévus, » a déclaré Stuver, qui est également membre de l’équipe LIGO.

Pourtant, les trous de ver sont moins un fait scientifique que la science-fiction, souvent utilisé dans les films et les livres comme autoroutes intergalactiques. Pour que les trous de ver soient traversables, cependant, vous auriez probablement besoin d’une matière exotique inconnue pour les garder ouverts. En décembre dernier, les physiciens ont inventé des trous de ver traversables qui n’ont pas besoin de matière exotique, mais, comme tous les trous de ver, ils sont hautement spéculatifs. « D’un autre côté, les répercussions d’une détection d’échos seraient d’une importance dramatique en physique », écrivent les chercheurs dans un courriel à Live Science. « Donc, étant donné qu’un test expérimental réel sera bientôt disponible, il vaut la peine de les explorer. »

« Il est maintenant temps de prendre au sérieux la possibilité qu’il existe d’autres objets aussi massifs et compacts que les trous noirs », a déclaré Vitor Cardoso, physicien à l’Université de Lisbonne au Portugal, qui participait à une étude antérieure sur le non-pivotement. trous de ver. « C’est l’une des choses les plus excitantes que nous puissions faire avec les ondes gravitationnelles. »

La voix de Stephen Hawking envoyée dans l’espace vers un trou noir

La voix du physicien Stephen Hawking , décédé en mars, sera téléportée dans l’espace vers un trou noir, a annoncé l’Agence spatiale européenne.

Ses paroles préenregistrées sont accompagnées par la musique du compositeur grec Vangelis, qui a écrit les partitions des films Blade Runner et Chariots of Fire .

L’ensemble audio devait être diffusé par un émetteur en Espagne à IA 0620-00, le trou noir connu le plus proche de la Terre, à la suite d’un service rendu vendredi en l’honneur de Hawking à l’abbaye de Westminster à Londres .

Les cendres de Hawking ont été enterrées à l’église entre les corps des scientifiques britanniques Isaac Newton et Charles Darwin .

Environ 1000 personnes, sélectionnées par loterie, ont reçu des invitations pour assister au service commémoratif. Hawking est décédé le 14 mars à l’âge de 76 ans.

Hawking a vécu avec la maladie du motoneurone, une maladie neurologique débilitante, et a perdu l’utilisation de ses cordes vocales dans les années 1980. Assis dans un fauteuil roulant motorisé, il a parlé avec l’aide d’un ordinateur, donnant à ses mots une qualité de robot qu’il a choisi de ne pas améliorer au fur et à mesure que la technologie de la parole s’améliorait. Avec sa voix distinctive, les observations percutantes de Hawking sur les trous noirs et son plaidoyer pour la science étaient reconnaissables et populaires auprès du public.

Sa fille Lucy Hawking a qualifié le couplage de la musique de Vangelis et les paroles de son père d’un «geste beau et symbolique qui crée un lien entre la présence de son père sur cette planète, son désir d’aller dans l’espace et ses explorations de l’univers. un message de paix et d’espoir, d’unité et de la nécessité de vivre ensemble en harmonie sur cette planète.  »

Hawking était professeur à l’Université de Cambridge et étudiait principalement les trous noirs et la théorie de la relativité. Le livre Une brève histoire du temps est le plus connu de plusieurs livres qu’il a écrits pour un public général.

Un trou noir géant avale une étoile et dégage un jet de particules à grande vitesse

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Les scientifiques ont capturé de nouveaux détails d’un trou noir gargantuesque se nourrissant d’une étoile malheureuse, regardant le trou noir consommer sa proie et éructé un jet de matériel se déplaçant à une fraction significative de la vitesse de la lumière. 

Les résultats sont publiésdans l’édition du 14 juin de Science , et pourraient aider les chercheurs à mieux comprendre comment les trous noirs se développent et influencent leur environnement galactique.

« Jamais auparavant nous n’avons été en mesure d’observer directement la formation et l’évolution d’un jet d’un de ces événements », explique le co-auteur de l’étude Miguel Pérez-Torres de l’Institut d’Astrophysique d’Andalousie en Espagne.

Les premières images de la découverte ont vu le jour en janvier 2005 lorsqu’une équipe dirigée par l’astronome Seppo Mattila de l’Université de Turku en Finlande a détecté une source de lumière infrarouge brillante à l’intérieur de l’Arp 299, une paire de galaxies fusionnant à 150 millions d’années-lumière. . En juillet, une autre équipe, dirigée par Pérez-Torres, a réanalysé les données précédemment recueillies, confirmant une source lumineuse d’ondes radio provenant du même endroit.

Tous deux recherchaient des supernovae à proximité des carottes galactiques de l’Arp 299, une région recouverte de poussière et remplie de nuages ​​de gaz et d’étoiles massives naissantes générées par la fusion en cours. Et une supernova était, au début, exactement ce qu’ils pensaient avoir trouvé. Ces explosions stellaires cataclysmiques sont particulièrement brillantes dans la lumière visible et dans les rayons X – sauf dans le centre obscur de l’Arp 299, la plus grande partie de cette lumière serait absorbée par la poussière et ré-irradiée dans l’infrarouge; le reste fuirait alors sous forme d’ondes radio. Mais les observations infrarouges de suivi avec le télescope spatial Spitzer de la NASA ont montré que la source était trop brillante pour être une supernova, flamboyant avec la lumière qui éclipserait de 100 fois une petite galaxie typique. Cela a suggéré que la source n’était pas une supernova du tout, mais plutôt un événement de perturbation des marées (TDE),

Dans un TDE, environ la moitié de l’étoile arrachée est projetée loin du trou noir, tandis que l’autre moitié plonge vers sa perte, s’empilant autour de la gueule du trou dans un disque tourbillonnant de débris incandescents qu’on peut confondre avec une supernova. On ne peut cependant pas se méprendre sur l’autre signature d’un TDE: des jets jumeaux de substance étoilée éjectés à proximité du trou noir à presque la vitesse de la lumière par d’intenses champs magnétiques se tordant et se brisant comme des élastiques. Se jetant dans le gaz diffus du milieu interstellaire, les jets produiraient de copieuses ondes radio potentiellement visibles depuis la Terre. Ainsi, Mattila, Pérez-Torres et 34 autres collaborateurs ont organisé une campagne internationale en utilisant un réseau mondial de radiotélescopes pour obtenir des images radio de la source à haute résolution, patiemment, en surveillant périodiquement sa taille et sa forme à la recherche d’un jet.

En 2011, cette patience a commencé à porter ses fruits puisque la source ponctuelle est devenue déséquilibrée aux longueurs d’onde radio, peut-être en raison de l’émission d’un avion à réaction. À la fin de 2015, le point s’était élargi; l’équipe a enregistré sa croissance à environ 50 000 miles par seconde, soit un quart de la vitesse de la lumière. Après des années passées à scruter leurs données et à modéliser soigneusement la façon dont la lumière et les jets d’un TDE se propageaient à travers le cœur poussiéreux de l’Arp 299, l’équipe se retrouva « avec une explication plausible », dit Mattila. « Les émissions infrarouges et radio provenaient de la perturbation d’une étoile malheureuse dévorée par le trou noir supermassif quand elle passait trop près de ce monstre cosmique. » Le TDE, à son tour, identifie le trou noir supermassif de 20 millions de masse solaire. position exacte dans le noyau de l’Arp 299, et révèle également la taille de l’étoile dévorée,

Les astronomes ont détecté et étudié une poignée d’autres TDE au cours des dernières années, mais la plupart d’entre eux ont été trouvés en raison de leur luminosité dans la lumière visible plutôt que par des émissions infrarouges et radio. « Les perturbations dues aux marées sont des événements très rares, et il faut généralement surveiller un très grand nombre de galaxies afin de les détecter », explique Pérez-Torres. En trouver un enveloppé de poussière dans les galaxies fusionnées de l’Arp 299, ajoute-t-il, les TDE pourraient être beaucoup plus fréquents dans de tels endroits. Dans les galaxies en collision, les étoiles formées à partir d’un gaz canalisé vers un trou noir supermassif central pourraient déclencher des TDE avec une régularité relative. L’énergie qui s’échappe de ces TDE, à son tour, pourrait avoir des effets profonds,

De plus, remarque Mattila, les systèmes comme Arp 299 étaient beaucoup plus communs dans l’univers lointain, quand la formation et l’évolution des galaxies étaient dans les premiers stades. «L’événement que nous avons découvert pourrait donc ne constituer que la partie émergée de l’iceberg d’une population cachée de TDE qui était plus commune lorsque l’univers était beaucoup plus jeune qu’aujourd’hui», explique-t-il. Selon lui, les futurs observatoires infrarouges et radio pourraient, au cours de la prochaine décennie, permettre aux astronomes de détecter beaucoup plus de TDE maintenant «cachés par un rideau de poussière», soulevant le voile pour permettre des études plus approfondies de l’assemblage galactique à travers le temps cosmique.

Les ondes gravitationnelles pourraient être utilisées pour trouver des trous de ver

Au cours des dernières années, des observatoires d’ondes gravitationnelles ont été utilisés pour détecter des collisions entre des paires de trous noirs et même  deux étoiles à neutrons

L’observation de ces signaux très faibles a été possible grâce à une combinaison de technologie sophistiquée et de fortes prédictions théoriques de ce que nous devrions voir. Désormais, les physiciens réfléchissent à ce qu’il pourrait y avoir d’autre.

Une équipe de chercheurs européens a déterminé à quoi ressemblerait le signal d’onde gravitationnelle pour une paire de trous de ver agissant l’un sur l’autre. Les trous de ver sont des ponts hypothétiques entre deux régions différentes de l’espace-temps ou même des univers différents. Dans ce cas, les chercheurs les ont juste considérés comme des objets compacts exotiques, ne s’inquiétant pas trop de leurs autres propriétés.

S’ils existent, les chercheurs affirment qu’ils auront une différence importante avec les trous noirs. Les trous de ver seraient dépourvus d’un horizon ou d’un bord d’événement, la surface au-delà de laquelle rien – même pas la lumière, ne peut échapper à l’attraction gravitationnelle du trou noir. Selon le travail, publié dans Physical Review D , cette différence est la clé.

« La dernière partie du signal gravitationnel détectée par ces deux détecteurs – ce qu’on appelle le ringdown – correspond à la dernière étape de la collision de deux trous noirs, et a la propriété de s’éteindre complètement après une courte période de temps en raison de la présence de l’horizon des événements « , ont expliqué les auteurs Pablo Bueno et Pablo A. Cano, de l’Université KU Leuven en Belgique, dans un communiqué .

« Cependant, s’il n’y avait pas d’horizon, ces oscillations ne disparaîtraient pas complètement, mais au bout d’un certain temps, elles produiraient une série d ‘ » échos « , similaires à ce qui se passe avec le son dans un puits. , nous avions un ECO, l’anneau pourrait être similaire, nous devons donc déterminer la présence ou l’absence des échos pour distinguer les deux types d’objets. « 

L’étude montre une similitude remarquable entre le signal des fusions de trous noirs et la fusion théorique de trou de ver, jusqu’au point d’arrêt. Il n’y a aucune preuve pour conclure que la détection précédente a simplement manqué les échos gravitationnels, mais la nouvelle recherche dit aux observateurs que si ces objets existent et entrent en collision les uns avec les autres, il existe un moyen de les étudier.

« Le temps nous dira si ces échos existent ou pas, si le résultat était positif, ce serait l’une des plus grandes découvertes de l’histoire de la physique », a ajouté Bueno.

Trois observatoires d’ondes gravitationnelles, les deux installations de LIGO aux États-Unis et Vierge en Italie, seront de retour en ligne pour observer l’univers plus tard cette année.

Des détails sans précédent décelés dans un pulsar à 6.500 années-lumière de la Terre

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Une équipe d’astronomes a effectué l’une des observations de la plus haute résolution de l’histoire astronomique en observant deux régions de radiations intenses distantes de 20 kilomètres autour d’une étoile distante de 6500 années-lumière.

L’observation équivaut à utiliser un télescope sur Terre pour voir une puce sur la surface de Pluton.

L’observation extraordinaire a été rendue possible par la géométrie rare et les caractéristiques d’une paire d’étoiles en orbite autour de l’autre. L’une d’entre elles est une étoile froide et légère appelée naine brune, qui présente un «sillage» ou une queue de gaz ressemblant à une comète. L’autre est une étoile exotique à rotation rapide appelée pulsar.

« Le gaz agit comme une loupe juste devant le pulsar », explique Robert Main, l’auteur principal de l’article décrivant l’observation qui sera publiée le 24 mai dans la revue Nature . « Nous regardons essentiellement le pulsar à travers une loupe naturelle qui nous permet périodiquement de voir les deux régions séparément. »

Le pulsar est une étoile à neutrons qui tourne rapidement, plus de 600 fois par seconde. Lorsque le pulsar tourne, il émet des faisceaux de radiation provenant des deux points chauds sur sa surface. Les régions intenses de rayonnement observées sont associées aux faisceaux.

L’étoile naine brune est d’environ un tiers du diamètre du Soleil. Il est à environ deux millions de kilomètres du pulsar, ou cinq fois la distance entre la Terre et la Lune et tourne autour de lui en un peu plus de 9 heures. L’étoile compagnon nain est étroitement liée au pulsar, de sorte qu’un côté fait toujours face à son compagnon pulsant, la façon dont la lune est étroitement liée à la Terre.

Du fait de sa proximité avec le pulsar, l’étoile naine brune est chauffé à blanc par le fort rayonnement provenant de son plus petit compagnon. Le rayonnement intense du pulsar chauffe un côté de l’étoile naine relativement froide pour atteindre la température de notre Soleil, soit environ 6000 ° C.

L’explosion du pulsar pourrait finalement entraîner la disparition de son compagnon. Les pulsars de ces types de systèmes binaires sont appelés pulsars «veuve noire». Tout comme une araignée veuve noire mange son compagnon, on pense que le pulsar, dans les bonnes conditions, pourrait progressivement éroder le gaz de l’étoile naine jusqu’à ce que celle-ci soit consommée.

En plus d’être une observation d’une résolution incroyablement élevée, le résultat pourrait être un indice de la nature de phénomènes mystérieux connus sous le nom de Fast Radio Bursts, ou FRB.

« De nombreuses propriétés observées de FRB pourraient être expliquées si elles sont amplifiées par des lentilles de plasma », dit Main. « Les propriétés des impulsions amplifiées que nous avons détectées dans notre étude montrent une similitude remarquable avec les éclats de la FRB répétée, suggérant que la FRB répétitive peut être mise en évidence par le plasma dans sa galaxie hôte. »

Nous avons découvert que la vie peut être des milliards de fois plus fréquente dans le Multivers

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Pourquoi y a-t-il de la vie dans notre univers? L’existence des galaxies, des étoiles, des planètes et finalement de la vie semble dépendre d’un petit nombre de constantes physiques fondamentales finement réglées.

Si les lois de la physique avaient été différentes, nous n’aurions pas été là pour débattre de la question. Alors, comment se fait-il que les lois de notre univers soient telles qu’elles sont? Est-ce une heureuse coïncidence?

Au cours des dernières décennies, une théorie de plus en plus populaire est apparue. La théorie du multivers suggère que notre univers n’est qu’un parmi d’autres dans un multivers infini où de nouveaux univers naissent constamment. Il semble probable que les univers bébé sont produits avec un large éventail de lois physiques et de constantes fondamentales, mais que seulement une infime fraction de ceux-ci sont hospitaliers pour la vie. Il serait donc logique qu’il y ait un univers avec les constantes fondamentales étranges que nous voyons, finement réglées pour être hospitalières pour la vie.

Plus récemment, notre nouvelle découverte , publiée dans les notices mensuelles de la Royal Astronomical Society, complique les choses en suggérant que la vie peut être beaucoup plus commune dans les univers parallèles que nous l’avions pensé.

Bien qu’il n’y ait aucune preuve physique que des univers parallèles existent (pour l’instant), les théories qui expliquent comment notre univers est apparu semblent suggérer qu’elles sont inévitables. Notre univers a commencé avec un Big Bang, suivi d’une période d’expansion très rapide, appelée inflation. Cependant, selon la physique moderne, il est peu probable que l’inflation ait été un événement unique. Au lieu de cela, de nombreuses taches différentes du cosmos pourraient soudainement commencer à gonfler et à s’étendre à d’énormes volumes – chaque bulle créant un univers à part entière.

Certains croient que nous pourrons un jour assister à des empreintes de collisions avec des univers parallèles dans le fond diffus cosmologique, qui est le rayonnement laissé par la naissance de l’univers. D’autres, cependant, croient que le multivers est une bizarrerie mathématique plutôt qu’une réalité.

Énergie noire

Une constante extrêmement importante dans l’univers est une mystérieuse force inconnue surnommée énergie noire . À l’heure actuelle, cela représente 70% de notre univers. Plutôt que de ralentir notre univers en s’étendant, l’énergie sombre accélère son expansion.

Mais de nombreuses théories actuelles suggèrent que l’énergie sombre devrait être beaucoup plus abondante que cela à travers le multivers. La plupart des univers devraient avoir une abondance d’énergie sombre qui est d’environ un million, un milliard, un milliard, un milliard, un milliard, un milliard de fois plus grand que dans notre univers. Mais si l’énergie sombre était si abondante, l’univers se déchirerait avant que la gravité puisse réunir la matière pour former des galaxies, des étoiles, des planètes ou des personnes.

Alors que notre univers a une valeur étrangement faible d’énergie sombre, c’est cette faible valeur qui rend notre univers hospitalier à la vie. La théorie du multivers peut nous aider à expliquer pourquoi elle est si faible – il y aura toujours des univers avec des valeurs improbables dans un multivers infini.

Cependant, la théorie exige néanmoins que la valeur de notre univers pour l’abondance de l’énergie sombre soit proche du maximum permis pour que la vie intelligente existe. En effet, les valeurs plus grandes de l’énergie sombre devraient être plus fréquentes dans le multivers que les valeurs inférieures. En même temps, nous attendons que la vie n’existe que dans un petit groupe d’univers ayant une valeur inférieure à un certain maximum – ceux dans lesquels la matière peut encore s’agglomérer pour former des étoiles et des galaxies. Cela signifie que les univers ayant une valeur relativement élevée d’énergie sombre (proche du maximum) qui sont accueillants pour la vie devraient être plus nombreux que les univers avec des valeurs faibles (proches du minimum), ce qui signifie qu’ils sont plus probables.

Alors vivons-nous dans un tel univers? Grâce à notre étude, nous avons cherché à savoir ce qu’est ce niveau maximal et si nous en sommes proches.

Simulations informatiques

Notre modèle informatique de l’univers, le projet EAGLE , a réussi à expliquer les propriétés observées des galaxies dans notre univers. Les simulations prennent les lois de la physique et suivent la formation des étoiles et des galaxies au fur et à mesure que l’univers se développe après le Big Bang. Les galaxies qui émergent dans notre modèle ressemblent remarquablement à celles vues dans le ciel nocturne à travers des télescopes.

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