Quel est l'élément le plus lourd que les astronomes peuvent détecter?

John Wendler, Stow, Massachusetts

Publication: vendredi 21 décembre 2012

La mort violente d'étoiles massives produit de l'uranium, l'élément le plus lourd que l'on trouve naturellement sur Terre et dans l'espace. // Crédit: Astronomie: Roen Kelly

L'élément le plus lourd que les astronomes ont trouvé dans l'espace est le même que l'élément le plus lourd présent naturellement sur Terre: l'uranium. Nous avons trouvé des preuves d'uranium sur la Lune, sur Mars et dans certaines météorites tombées sur Terre. Nous avons également détecté de l'uranium dans trois étoiles presque aussi anciennes que l'univers lui-même. L'uranium est probablement également présent dans la plupart des autres étoiles, mais il est extrêmement difficile à détecter.

Les isotopes de l'uranium sont radioactifs. Ils finiront par se désintégrer en libérant simultanément deux protons et deux neutrons. Après que ce processus se répète plusieurs fois et que plusieurs neutrons du noyau se transforment en protons, l'ancien atome d'uranium se transformera en un atome de plomb, qui est assez stable. Cette décroissance se produit à un rythme prévisible. Donc, si nous savons combien d'uranium est présent dans une étoile en particulier, combien il y en avait lorsqu'une ancienne supernova (probablement) l'a produit, et quel est ce taux de décroissance, nous pouvons calculer l'âge de cet uranium. C'est une méthode que les astronomes utilisent pour mesurer l'âge des étoiles.

Certains types de supernovae, la mort violente d'étoiles massives, produisent de l'uranium. Cet uranium est alors probablement emporté dans la prochaine génération d'étoiles; nous voyons encore une partie de la deuxième génération aujourd'hui. Le fait que nous trouvions de l'uranium et d'autres éléments lourds dans ces étoiles anciennes révèle un résultat inattendu: D'une manière ou d'une autre, les premières générations de supernovae ont réussi à produire des éléments partout dans le tableau périodique. Le processus de création des éléments lourds n'était pas du tout progressif.

I an Roederer
Carnegie Observatories, Pasadena, Californie

Source: http://www.astronomy.com
Lien: http://www.astronomy.com/magazine/ask-astro/2012/12/heaviest-element?utm_source=asyfb&utm_medium=social&utm_campaign=asyfb&fbclid=IwAR2ufS31hv7tA0wwGru6Q7UgwqoLIOThQB42Oo826tITco96RAE6l9hP7bM

Les scientifiques savent-ils ce qui a causé Valles Marineris sur Mars?

Frederick Castelot, Milford, Connecticut

Publication: lundi 26 août 2013

SUJETS CONNEXES: MARS

Valles Marineris s'étend sur près d'un quart de la circonférence de la planète rouge. Alors que la lithosphère de Mars de 120 miles d'épaisseur (200 kilomètres) s'est détachée, elle a créé ce canyon géant. // Galerie de photos NASA / NSSDC

Valles Marineris, le grand canyon de Mars qui s'étend sur plus de 4000 miles (4000 kilomètres) et qui atteint jusqu'à 4,3 miles (7,0 km) de profondeur, formé lorsque la lithosphère martienne s'est dispersée au début de l'histoire de la planète rouge. La lithosphère est la partie solide et la plus haute de la planète qui se trouve au-dessus du manteau partiellement fondu. La lithosphère martienne est d'environ 120 miles (200 km) d'épaisseur - beaucoup plus épaisse que celle de la Terre. Cette lithosphère froide a beaucoup de force et peut supporter les grands volcans martiens comme Olympus Mons.
 
Comme sur Terre, le manteau de la planète rouge se déplace lentement, ou convecte, ce qui produit des forces d'étirement et de traction au fond de la lithosphère. Sur notre planète, ces forces sont suffisamment fortes pour briser la lithosphère en plaques qui peuvent s'écarter, créant une dérive des continents et une tectonique des plaques. Sur Mars, la lithosphère est trop épaisse pour pouvoir parcourir de grandes distances, mais la force du manteau était suffisamment forte pour séparer la lithosphère, créant les profonds canyons parallèles de Valles Marineris.

Phil Christensen
Arizona State University, Tempe

Source: http://www.astronomy.com
Lien: http://www.astronomy.com/magazine/ask-astro/2013/08/valles-marineris?utm_source=asyfb&utm_medium=social&utm_campaign=asyfb&fbclid=IwAR1wMcM670rDcsB-vE1pNTxu8Oiw-4o6IXLhd9PdqNgUu5z1ugsGGDw7ntk

Mondes de l'eau dans la Voie lactée

Comment les planètes obtiennent-elles leur eau? Les scientifiques recherchent des preuves à la lumière de naines blanches.

Par Nola Taylor Redd  | Publication: jeudi 13 septembre 2018

Une planète entre dans la dernière phase de sa spirale de mort dans la naine blanche en orbite. Pendant quelques années, le nuage de débris résultant changera le spectre de la naine blanche.

Mark Garlick pour l'astronomie

En ce qui concerne les exoplanètes, la recherche d'eau est primordiale, grâce à son rôle vital dans l'évolution de la vie telle que nous la connaissons. Cependant, trouver le liquide vital dans d'autres mondes est un défi permanent.

Pendant près d'une décennie, les scientifiques ont sondé la composition des planètes alors que les mondes sont déchiquetés et consommés par les étoiles naines blanches. Parce que les éléments lourds coulent rapidement sous la surface stellaire riche en hydrogène et en hélium, tous les métaux (tous les éléments ne sont pas l'hydrogène ou l'hélium) détectés dans l'étoile doivent provenir de débris planétaires qui y tombent. Grâce à ce processus, les astronomes en savent plus sur l'intérieur des exoplanètes mortes que sur la composition de la Terre.

Eaux inexplorées

Que recherchent donc les scientifiques? L'eau est l'ingrédient clé de la vie sur Terre. Ainsi, lorsque nous recherchons la vie sur des mondes de notre système solaire, la présence de l'eau dicte généralement notre intérêt. Il n'est donc pas surprenant que les astronomes à la recherche de mondes potentiellement habitables autour d'autres étoiles saisissent la possibilité de l'eau.

Souvent, la recherche d'exoplanètes se concentre sur la zone habitable, la région autour d'une étoile où l'eau pourrait rester liquide à la surface d'une planète. Malheureusement, il faudra beaucoup de temps avant que l'un de nos télescopes puisse résoudre la surface d'un monde à des années-lumière de nous. Des instruments comme le télescope spatial Hubble de la NASA sondent d'autres mondes, à la recherche de signes d'eau dans leur atmosphère. Mais malgré l'identification de milliers de planètes et de planètes candidates au-delà du système solaire, les scientifiques ne peuvent glaner que les données les plus fines les concernant.

La plupart des planètes identifiées ont été initialement trouvées et étudiées en utilisant la méthode de transit, qui examine comment un objet bloque la lumière de l'étoile. Malheureusement, cela ne peut fournir que la taille du monde. D'autres ont été trouvés en utilisant la méthode de la vitesse radiale, qui mesure combien une planète tire sur son étoile, révélant ainsi sa masse. Si les scientifiques suivent un monde en transit avec une mesure de vitesse radiale - et ils l'ont dans de nombreux cas - alors ils peuvent utiliser la masse et la taille pour calculer la densité moyenne de la planète, fournissant une estimation approximative de sa composition et peut-être un indice si l'eau est présent.

Cette illustration représente la planète extrasolaire HD 189733b avec son étoile parente furtivement au-dessus de son bord supérieur. Les astronomes ont utilisé le télescope spatial Hubble pour détecter le méthane et la vapeur d'eau dans l'atmosphère de la planète de la taille de Jupiter. Ils ont fait cette constatation en étudiant comment la lumière de l'étoile hôte filtre à travers l'atmosphère de la planète.

NASA / ESA / G. Bacon (STScI)

D'où vient l'eau?

Malgré notre familiarité avec notre propre planète, les scientifiques ne connaissent toujours pas la source de l'eau de la Terre. Bien que certains soutiennent que les quatre planètes internes rocheuses de notre système solaire auraient pu naître humides, la majorité pense que les mondes étaient probablement trop chauds pour s'accrocher à l'eau. D'une manière ou d'une autre, la Terre et Mars, et peut-être même Vénus, sont passés de mondes chauds du désert à des planètes aux océans vibrants. Alors que Vénus et Mars ont de nouveau perdu leur eau, le liquide est resté sur Terre, la transformant en une planète riche en vie.

Mais si la Terre s'était formée à sec, d'où venait cette eau? Pendant des décennies, les scientifiques ont cru que les comètes étaient un concurrent sérieux. Les boules de neige rocheuses du système solaire auraient pu s'écraser sur les planètes intérieures lorsque tout entrait en collision dans le violent système solaire primitif, apportant non seulement de l'eau, mais aussi d'autres matières volatiles comme le carbone et l'azote. Malheureusement, des missions sur des comètes ont révélé que l'empreinte chimique de leur eau ne correspond pas tout à fait aux océans de la Terre, ce qui a conduit la plupart des chercheurs à les considérer comme une source d'eau principale - bien qu'ils aient pu contribuer à une fraction de notre approvisionnement actuel.
Aujourd'hui, les astéroïdes restent le concurrent le plus puissant pour la livraison d'eau sur Terre. Dans la ceinture d'astéroïdes, l'eau est emprisonnée dans des minéraux. Si le jeune Jupiter avec son immense gravité y a fait remuer de la matière, certains ont pu se précipiter vers l'intérieur. Les collisions et la chaleur qui en résulteraient auraient libéré l'eau sur la jeune Terre.

«Les astéroïdes contiennent suffisamment d'eau pour donner une belle couche de surface humide à la formation de jeunes planètes rocheuses», explique Ben Zuckerman, qui étudie les naines blanches à l'Université de Californie à Los Angeles.

Ainsi, les chercheurs découvrent le mystère de la façon dont l'eau est arrivée sur Terre, et ils supposent qu'un processus similaire a fonctionné pour les planètes autour d'autres étoiles.

La clé: les nains blancs

Les exoplanètes peuvent être entourées de mystère, mais leurs restes fournissent des indices sur leur vie. Au cours de la dernière décennie, les scientifiques ont trouvé un moyen de sonder ce qui se trouve à l'intérieur d'une exoplanète, non pas de l'extérieur vers l'intérieur, mais de l'intérieur vers l'extérieur. De telles observations fournissent un aperçu plus détaillé de la composition de ces corps que les études de nos mondes les plus proches - y compris la Terre.

«Dans le système solaire, nous n'avons en fait pas de méthode pour voir l'intérieur des planètes», explique Jay Farihi, astronome à l'University College de Londres. «Nous ne connaissons pas, par exemple, 70 à 80% de la composition de la Terre, même si nous y sommes.»

L'impression de cet artiste montre un objet massif semblable à une comète tombant dans la naine blanche WD 1425 + 540, qui se trouve dans la constellation Boötes à environ 170 années-lumière.

NASA / ESA / Z. Levy (STScI)

Cela ne signifie pas que les scientifiques sont aveugles sur la composition de la Terre. L'étude de sa densité et de son champ magnétique, ainsi que l'examen des météorites, ont fourni de nombreuses informations. Mais personne ne peut creuser jusqu'au cœur de la Terre et identifier directement les couches de la planète.

Mais d'une certaine manière, Farihi peut être en mesure de contourner de telles tactiques pour étudier les exoplanètes. Plutôt que de regarder les mondes eux-mêmes, lui et ses collègues étudient les naines blanches - les restes d'étoiles semblables au Soleil qui ont conservé une grande partie de leur masse mais n'ont que la taille de la Terre. Certaines de ces étoiles ont consommé les mondes qui les ont tournées en orbite.

À la fin de sa vie, lorsqu'elle ne peut plus fusionner l'hélium, une étoile comme le Soleil se gonfle pour devenir une énorme géante rouge avant de libérer ses couches externes comme une nébuleuse planétaire. Ce qui reste s'effondre en une naine blanche. Ces cadavres stellaires ne fusionnent plus d'éléments, mais leur haute densité et leur chaleur résiduelle signifient qu'ils passeront des milliards d'années à se refroidir.
 
Contrairement aux étoiles, les atmosphères des naines blanches sont assez vierges. Les astronomes ne détectent que de l'hydrogène et parfois de l'hélium, qui montent au sommet. D'autres matériaux coulent rapidement. Ainsi, lorsque les scientifiques voient quelque chose comme le carbone ou l'azote polluer l'atmosphère, ils savent que quelque chose tombant sur l'étoile doit l'avoir délivré.

«Un nain blanc agit comme une feuille de papier vierge», dit Farihi. "Quand les choses tombent là-bas, nous pouvons voir de quoi elles sont faites."

Et les nains blancs sont des mangeurs voraces. Alors que le matériau en orbite se rapproche, la gravité intense de l'objet le déchire. Alors que les étoiles semblables au soleil produisent des vents qui chassent le gaz, les étoiles mortes sont silencieuses, sans coups de vent pouvant transporter des débris vers la liberté.

"Une fois que vous êtes pris au piège dans le champ gravitationnel d'une naine blanche, peu importe la forme dans laquelle vous vous trouvez - finalement, vous allez être englouti par cette naine blanche", a déclaré Zuckerman.
C'est là que la science commence. En sondant les couches extérieures des naines blanches, vous découvrez les tripes de leurs derniers repas, consommés de 10 000 à 100 000 ans plus tôt. Des disques de débris entourent les naines blanches. Récemment, des astronomes ont repéré un astéroïde de la taille de Cérès en train de se désintégrer en orbite autour d'une naine blanche, suggérant qu'une grande partie de la matière dans son atmosphère pourrait provenir de la planète mineure détruite.

Parce que les naines blanches déchiquettent des objets en spirale, il peut être difficile de dire si le matériau provient d'une planète pleine ou simplement d'un morceau de la taille d'un astéroïde. Mais au cours de la dernière décennie, les observations des derniers repas des naines blanches ont montré que l'eau est courante dans les systèmes mourants, ce qui suggère qu'elle est également un ingrédient des planètes.

Repas de petite planète

Comme il devenait plus évident que les naines blanches grignotaient les mondes mourants, de nombreux scientifiques voulaient un autre regard. En 2012, Farihi et ses collègues ont capturé de nouvelles images du nain blanc GD 61, jetant un regard plus approfondi avec Hubble et les télescopes Keck I et II à Hawaï. Après avoir étudié la chimie de l'atmosphère de la naine blanche, l'équipe a annoncé que le GD 61 avait récemment mangé un objet riche en eau. Pour la première fois, l'eau a été identifiée comme un ingrédient majeur dans un objet en dehors du système solaire.

La chimie de l'objet de la taille de Vesta suggère qu'il faisait autrefois partie d'une ceinture d'astéroïdes lorsque GD 61 était une étoile. Bien qu'il soit impossible de dire si l'eau est arrivée sous forme solide, liquide ou gazeuse, elle était très probablement piégée à l'intérieur des roches.

Uri Malamud et Hagai Perets, chercheurs de l'Institut israélien de technologie, ont modélisé ce qui pourrait arriver à l'eau à la fois sur et dans un objet de la taille d'un astéroïde alors que son étoile se transforme en une géante rouge. Ils ont constaté que, pour tous les corps rocheux, sauf les plus éloignés, toute eau de surface s'évapore probablement et est chassée lorsque l'étoile devient un géant. Mais l'eau emprisonnée dans les roches pourrait survivre.

Depuis que GD 61 a été trouvé en train de consommer un objet semblable à un astéroïde, une poignée d'autres naines blanches ont montré les mêmes habitudes alimentaires. Selon Boris Gänsicke, professeur de physique à l'Université de Warwick, les collations naines blanches repérées avant cette année ressemblaient toutes à des objets de notre système solaire interne: des matériaux rocheux riches en fer qui ressemblaient aux noyaux des planètes éclatées, avec seulement une poignée d'eau transportant. Mais les corps rocheux des ceintures d'astéroïdes éloignées ne sont pas les seules choses que les naines blanches consomment.

À certains égards, il serait plus facile d'étudier la composition d'une planète comme la Terre comme une étoile naine blanche la détruit qu'en la sondant d'en haut, comme le font les scientifiques vivant ici.

NASA

Snack du système solaire externe

Début 2017, une équipe dirigée par Siyi Xu à l'UCLA a trouvé des preuves que des naines blanches consommaient également du matériel de leurs systèmes solaires externes. Xu utilise le télescope Keck pour arpenter des naines blanches polluées, et elle a travaillé avec Michael Jura de l'UCLA, qu'elle qualifie de «pionnière dans ce genre de travail». (Jura est décédée en 2016.)

L'un des objets, WD 1425 + 540, ne se démarquait pas vraiment de la foule, à l'exception d'une caractéristique notable. Bien qu'il s'agisse d'un nain blanc d'hélium (plus d'informations sur ce type d'objet plus tard), il est riche en hydrogène. Lorsque Xu a étudié la naine blanche avec Hubble, elle a également découvert qu'il est étonnamment riche en carbone et en azote, un matériau rare près d'une étoile, et qui n'apparaît qu'à des distances équivalentes à la position de Saturne dans notre système solaire.

«L'azote est un panneau ou un indicateur des basses températures», explique Zuckerman. Et là où l'azote existe, l'eau peut-elle être loin derrière?

La teneur élevée en azote a été un signal pour Xu, maintenant à l'Observatoire européen austral, qui a déclaré qu'aucune autre naine blanche n'avait auparavant montré des signes d'accrétion de l'élément. La grande quantité d'azote par rapport à d'autres éléments suggère que l'objet détruit provenait encore plus loin qu'une orbite semblable à Saturne, peut-être d'une ceinture de Kuiper extrasolaire. Dans notre système solaire, la ceinture de Kuiper abrite les comètes et les planètes naines. Tout ce que WD 1425 + 540 grignotait était plus gros qu'une comète, pesant à peu près la même masse que le plus célèbre habitant de la ceinture de Kuiper, Pluton.

«Nous ne connaissons vraiment pas la composition globale [de Pluton]», dit Xu. "Vous ne le savez pas jusqu'à ce que vous le brisiez et que nous le mesurions." Ainsi, le nain blanc lointain a peut-être fourni le regard le plus proche que nous aurons à l'intérieur de l'un des mondes les plus extérieurs de notre système solaire.

Une façon de trouver de l'eau à proximité est d'observer un monde qui l'éjecte des geysers. Les scientifiques ont basé cette illustration (non à l'échelle) des panaches provenant de la lune Encelade de Saturne sur l'analyse des données du vaisseau spatial Cassini de la NASA, qui a traversé les panaches en 2015. La découverte d'hydrogène dans le matériau en éruption fournit des preuves de l'activité hydrothermale, ce qui rend l'existence d'un océan souterrain probable.

NASA / JPL-Caltech

Mais alors que les mondes intérieurs rocheux sont facilement perturbés après qu'une étoile se transforme en une géante rouge, tombant vers l'intérieur s'ils ne sont pas détruits, il peut être difficile de comprendre comment un objet plus éloigné pénètre dans la gueule d'un nain blanc. Xu et ses collaborateurs soupçonnent que la raison pourrait être la gravité du compagnon de WD 1425 + 540, une étoile qui orbite plus de 2200 fois plus loin de la naine blanche que la Terre en orbite autour du Soleil. Des collègues chercheurs examinent s'il est possible que de légères perturbations de ce compagnon déplacent un objet de la ceinture de Kuiper vers son destin.

Les ceintures Exo-Kuiper ne sont pas nouvelles - les scientifiques les ont repérées autour d'autres étoiles avant même de savoir que le Soleil avait sa propre ceinture. Mais jamais auparavant ils n'ont pu regarder à l'intérieur de l'un d'eux.

«Maintenant, pour la première fois, nous sommes en mesure de mesurer la composition élémentaire et chimique d'un objet qui se trouvait autrefois dans une ceinture de Kuiper extrasolaire», explique Zuckerman.
Si la ceinture de Kuiper du Soleil a lancé des comètes et d'autres objets vers la Terre, l'ensemencant avec au moins une partie de l'eau et des éléments nécessaires à la vie, alors une ceinture exo-Kuiper riche en mêmes ingrédients donne de l'espoir à d'autres systèmes suivant une piste similaire.

Le simple fait que de tels objets riches en naines blanches en orbite volatile soit encourageant. «Les mondes semblables à la Terre, s'ils existent, pourraient également avoir une couche de placage ou de surface qui serait propice à l'origine de la vie», explique Zuckerman.

À gauche: un astéroïde se dirige vers sa destruction aux mains du nain blanc Giclas 29–38. À droite: le télescope spatial Spitzer a acquis ce spectre de G 29–38. Une naine blanche normale montre une signature spectrale à dominante bleue comme celle sur le côté gauche du graphique. G 29–38, cependant, a un autre élément rougeâtre qui, selon les scientifiques, provient d'un disque de poussière entourant l'étoile. Ils croient que les débris sont les restes d'un astéroïde qui faisait partie du système solaire qui existait lorsque G 29–38 était encore une étoile semblable au soleil.

NASA / JPL-Caltech / W. Portée (SSC / Caltech)

Teneur en hydrogène

Alors que Farihi et Xu traquent des naines blanches individuelles pour déceler des signes d'astéroïdes riches en eau et d'exo-KBO, Nicola Gentile Fusillo, associée postdoctorale à l'Université de Warwick, a décidé de prendre du recul et de sonder des centaines d'étoiles mortes, en se concentrant sur une classe plus petite connue sous le nom de naines blanches d'hélium. Ses découvertes suggèrent que les objets riches en eau sont abondants dans toute la galaxie.

Les naines blanches d'hélium représentent environ un tiers de toutes les naines blanches. Contrairement à leurs cousins ​​plus nombreux, ils ont des atmosphères riches en hélium plutôt qu'en hydrogène. En fait, leur source d'hydrogène est un mystère. Certains chercheurs soutiennent que ces naines blanches se sont formées avec un réservoir d'hydrogène qui a été progressivement dilué par l'atmosphère d'hélium. D'autres se demandent si les étoiles ont pu capter de l'hydrogène sur leurs surfaces lors de leur passage à travers un matériau interstellaire.

Fusillo et ses collègues ont récemment découvert une nouvelle naine blanche riche en hélium, GD 17, dont la composition ressemblait fortement à GD 61. Les deux sont lourds en hydrogène et riches en d'autres éléments. Se demandant si les deux caractéristiques pouvaient être liées, Fusillo a sondé 729 naines blanches d'hélium. Il a constaté que l'hydrogène était presque deux fois plus courant chez les naines blanches polluées que chez leurs homologues.

Et si l'hydrogène de ces riches naines blanches était le seul signe survivant d'objets riches en eau? Comme avec GD 61, un astéroïde ou KBO peut avoir percuté l'étoile mourante. Mais alors que l'oxygène, le carbone, l'azote et tout le reste finiraient par couler hors de l'atmosphère, l'hydrogène persisterait. Au fil du temps, il s'accumulait, laissant des naines blanches qui avaient consommé de l'eau avec une atmosphère d'hydrogène exceptionnellement épaisse.

La consommation de débris planétaires n'est pas la seule source d'hydrogène dans les naines blanches d'hélium. Fusillo pense toujours que beaucoup de naines blanches conservent probablement des traces d'une atmosphère d'hydrogène primordiale. Mais les débris apportent certainement une contribution importante. «Un nombre important d'entre eux ont dû subir cet événement d'accrétion», dit-il.

Sans disque de débris pour fournir des indices supplémentaires, il est impossible de dire si des naines blanches d'hélium riches en hydrogène non polluées ont dévoré quelques gros objets semblables à des planètes ou une multitude de minuscules astéroïdes au cours de leur vie d'un milliard d'années. «L'hydrogène peut remonter dans le temps, mais cette information est perdue», explique Fusillo. «Il pourrait s'agir d'événements distincts au fil du temps, chacun transportant une petite quantité d'eau sur de longues échelles de temps.»

Farihi met en garde contre la possibilité de surestimer le lien entre l'eau et les atmosphères riches en hydrogène. Avec des objets pollués comme le GD 61 et le GD 17, il est plus facile de défendre la cause de l'eau en faisant correspondre les signatures des éléments présents. Une fois que les éléments se sont enfoncés dans l'étoile, cependant, il ne reste plus que de l'eau.

Pourtant, le co-auteur et conseiller de Fusillo, Gänsicke, pense que la recherche révèle que les planétésimaux riches en eau - grands ou petits - sont fréquents dans d'autres systèmes planétaires. «C'est excitant dans un sens, mais peut-être en fait naturel, car nous savons dans le système solaire que l'eau se produit dans de nombreux endroits, certains inattendus», dit-il. Après tout, l'eau apparaît dans les cratères ombragés de Mercure, et dans les océans au plus profond des lunes de Saturne et de Jupiter, et peut-être même sous la surface glacée de Pluton.

Tester l'eau

Donc, tout en comprenant les mondes vivants reste un défi, les planètes mortes livrent lentement leurs secrets. Et il semble que leurs secrets pourraient être très humides, en effet.
"Il est prouvé que l'eau semble être un ingrédient général des systèmes planétaires, même ceux qui ont évolué jusqu'à la toute fin de la vie de leurs étoiles hôtes", explique Gänsicke.
Fusillo est d'accord. «L'eau n'est pas rare», dit-il. «À chaque fois qu'une naine blanche accroche des roches, elle accumule également de l'eau. C'est une petite quantité, mais très souvent présente. »

Si l'eau est abondante non seulement dans les planètes mortes mais aussi dans les planètes vivantes, cela pourrait être une bonne nouvelle pour ceux qui chassent des mondes potentiellement habitables. Les planètes autour d'étoiles vivantes peuvent également avoir reçu de l'eau, soit d'astéroïdes ou de comètes, et peuvent conserver cette eau jusqu'à la fin de leur vie.

«Si des planètes rocheuses se forment dans la zone habitable, il existe un nombre suffisant de corps porteurs d'eau qui fournissent des matériaux et les rendent habitables, même s'ils n'étaient pas habitables au départ», explique Gänsicke. «Le genre d'histoire qui s'est produite dans le système solaire est également susceptible de se produire dans d'autres systèmes planétaires.»

Source: http://www.astronomy.com
Lien: http://astronomy.com/magazine/news/2018/09/water-worlds-in-the-milky-way?utm_source=asyfb&utm_medium=social&utm_campaign=asyfb&fbclid=IwAR0ZxQaylz5890tgE9R_LyPCg1lkBMqMLe6aRCwzZKfRacyo7sU-cc8A4hw

Les petites lunes de Saturne formées de la poussière de ses anneaux

Les données de Cassini suggèrent que Pan, Daphnis, Atlas, Pandora et Epimetheus ont été créés à partir de la vaste poussière tourbillonnant dans les anneaux de Saturne.

Par Korey Haynes  | Publication: jeudi 28 mars 2019

SUJETS CONNEXES: SATURNE | LUNES

Pan, l'une des petites lunes de Saturne, a la forme d'un noyer et ne s'étend que sur 35 kilomètres et elle orbite dans un espace dans les anneaux de Saturne.

NASA, Matúš Motlo

La mission Cassini de la NASA à Saturne a peut-être pris fin en 2017 , mais les chercheurs analysent toujours la grande quantité de données qu'elle a renvoyées au cours de ses derniers mois spectaculaires. Les découvertes les plus récentes des astronomes, publiées jeudi, se concentrent sur cinq des petites lunes à anneaux de Saturne: Pan, Daphnis, Atlas, Pandora et Epimetheus. Au cours de six survols rapprochés vers la fin de sa mission, Cassini a découvert de nouvelles perspectives sur la formation des lunes et sur ce qui leur donne leurs différentes couleurs.

Et les astronomes disent qu'ils ont maintenant des preuves solides que ces minuscules lunes se sont formées à partir de la poussière des anneaux de Saturne. C'est intéressant parce que les anneaux eux-mêmes se sont probablement formés à partir de lunes déchiquetées.

Pan, l'une des lunes vues lors des survols rapprochés de Cassini, orbite dans l'espace Encke des anneaux de Saturne.

NASA / JPL / Space Science Institute

Les petites lunes se concentrent

Saturne a plus de 60 lunes, y compris des géants comme Titan et Enceladus , des mondes entiers avec des géologies et des atmosphères complexes. Mais dans ses anneaux, il y a des corps rocheux plus petits qui sont tout aussi mystérieux à leur manière. L'une des questions persistantes est de savoir si les anneaux eux-mêmes sont les restes brisés des lunes passées. Ou, peut-être plutôt, ces petites lunes pourraient être construites à partir du matériau des anneaux.

Les nouvelles preuves de Cassini suggèrent que les lunes annulaires qu'il a étudiées ont de faibles densités, ce qui signifie qu'elles se sont probablement formées à partir d'un matériau annulaire en collision douce, qui est maintenant lâchement collé.

Depuis leur rapprochement, les lunes ont subi des histoires complexes. Aussi petites qu'elles soient, ces lunes annulaires présentent des rainures et des fissures dues aux contraintes des marées. Ils sont coincés entre le remorqueur massif de Saturne et l'attraction gravitationnelle plus petite mais plus compliquée de nombreuses lunes plus grandes. Tout ce tirage signifie qu'ils sont chauffés et séparés par les forces qui les entourent.

Saturne et son système d'anneaux compliqué sont étiquetés ici, avec certaines de ses lunes.

NASA / JPL

Kaléidoscope de couleurs

Cassini a également observé les couleurs des lunes. Certains d'entre eux sont rougeâtres, tandis que d'autres sont teintés de bleu. L'emplacement des lunes en orbite semble déterminer leur couleur. Les lunes qui tournent dans l'anneau principal y prennent une couleur rouge. Pour les autres lunes, l'anneau en E flou et diffus de Saturne apporte de la glace ou de la vapeur d'eau, leur donnant une teinte bleuâtre. Pan, en orbite dans l'espace Encke entre les anneaux de Saturne, est la couleur la plus rouge. Epimetheus, sur le bord extérieur de l'anneau principal et plus près de l'anneau E, est la plus bleue des lunes étudiées.

Une large équipe de chercheurs, dirigée par Bonnie Buratti du Jet Propulsion Laboratory de la NASA, a publié ses résultats le 28 mars dans la revue Science .

Source: http://www.astronomy.com
Lien: http://www.astronomy.com/news/2019/03/saturns-small-moons-formed-from-the-dust-of-its-rings?utm_source=asyfb&utm_medium=social&utm_campaign=asyfb&fbclid=IwAR36zpN4ISuwkPSHTtPwhN9srtCVBH4WM2b9uzGjY6d6xvTbKlU_10ehP2o

Grands télescopes du passé

Les opticiens d'antan ont combiné science et art pour ouvrir la voie aux chefs-d'œuvre d'aujourd'hui.

Par Mike Reynolds  | Publication: jeudi 15 août 2019

SUJETS CONNEXES: TÉLESCOPES

Le «Léviathan de Parsonstown», un réflecteur de 72 pouces, a été construit en 1845 par William Parsons, troisième comte de Rosse.

Wikimedia Commons

Les astronomes professionnels et amateurs qui vivaient il y a 200 ans n'avaient pas la variété d'options pour acheter un télescope dont nous jouissons aujourd'hui. Il était beaucoup plus facile d'obtenir des lunettes espion que des instruments astronomiques sérieux. Les quelques entreprises qui existaient, situées presque exclusivement en Europe, construisirent de beaux télescopes (et en conséquence, chers). La plupart des instruments vendus étaient des réfracteurs car à l'époque, les fabricants de lentilles produisaient de meilleurs produits que les fabricants de miroirs.

Pourtant, quelques individus - comme Sir William Herschel en Angleterre - ont construit et vendu des réflecteurs. Laissez-nous vous présenter quelques-uns des fabricants de télescopes les plus connus du passé. En les connaissant un peu, vous comprendrez mieux comment les télescopes d'aujourd'hui ont évolué et pourquoi les astronomes les ont choisis pour nous aider à comprendre le cosmos.

Ce télescope réfringent de 4 pouces de John Dollond réside dans la salle blanche de la bibliothèque de l'Université de Vilnius en Lituanie. Dollond n'a fait que la portée; un autre artisan a fabriqué le trépied.

Alma Pater; coins photo antiques © Louoates | Dreamstime.com

Guerre du verre

Outre Herschel, l'opticien anglais le plus célèbre de l'époque était John Dollond. Il a déterminé des types de verre et des combinaisons spécifiques qui amélioraient le réfracteur, et il a obtenu un brevet pour ce travail. Le réfracteur «achromatique» résultant a combiné des lentilles en verre de couronne et de silex, ce qui a réduit la frange de couleur si apparente dans les instruments précédents.

L'entreprise de Dollond a commencé la production commerciale d'achromates en 1758. En 1763, son fils, Peter, qui a pris les rênes de l'entreprise après la mort de son père, a amélioré la conception optique en ajoutant une troisième lentille à l'objectif. L'entreprise l'a commercialisé de manière innovante en tant que «triple achromat», mais, en fait, il s'agissait de la première lentille apochromatique. Une telle optique rend la frange de couleur pratiquement indétectable.

Aux termes du brevet de Dollond, seule sa société pouvait fabriquer commercialement des réfracteurs achromatiques. Avec l'expiration du brevet en 1772, d'autres sociétés sont entrées en scène, produisant des réfracteurs achromatiques à des prix plus raisonnables.

La firme de fabrication de télescopes Henry Fitz a fabriqué cet instrument monté équatorial de 12 pouces pour le Vassar College. Ci-dessus, l'astronome américaine Maria Mitchell est assise tandis que son associée tient l'échelle sur laquelle les utilisateurs se tenaient souvent lorsqu'ils observaient.

Heroes of Progress: Stories of Successful Americans (1921)

Délimiter les colonies

Outre-Atlantique, Henry Fitz est devenu l'un des premiers fabricants de télescopes commerciaux américains. Il a construit un réfracteur de 6 pouces de haute qualité en 1845. Avec l'argent qu'il a gagné en faisant des fêtes d'étoiles publiques, il a commencé une entreprise de fabrication de télescopes. La firme de Fitz a vendu des réfracteurs de 1848 aux années 1860, même quelques-uns après sa mort en 1863. Les astronomes considéraient ces instruments comme les meilleurs disponibles. Les verres se comparaient favorablement à ceux fabriqués en Europe à l'époque, ce qui est logique car Fitz y a appris ses techniques.

De 1840 à 1855, Fitz a fabriqué 80% de tous les télescopes astronomiques vendus aux États-Unis. Ses réfracteurs plus petits (ceux avec des lentilles de 4 pouces de diamètre ou moins) avaient typiquement de beaux tubes en bois et sont aujourd'hui considérés comme très désirables et à collectionner.

Mais Fitz a également fabriqué un certain nombre de réfracteurs alors grands - un total de 30 avec des lentilles de 6 à 16 pouces de diamètre. Certains de ses plus connus incluent un 63/8 pouces pour le South Carolina College de Columbia en 1851; un 9¾ pouces pour West Point en 1856; et un 13 pouces pour la Allegheny Telescope Association à Pittsburgh en 1861.

Ce réfracteur de 13 pouces de l'Observatoire d'Allegheny a une histoire intéressante. En 1872, quelqu'un a volé l'objectif du télescope, qui était alors l'instrument principal de l'Observatoire d'Allegheny. Le voleur a alors informé l'établissement que l'objectif était retenu contre rançon. Samuel Pierpont Langley, le premier directeur de l'établissement, n'a pas réussi à négocier le retour de l'objectif.

Cette peinture à l'huile sur toile représente le célèbre fabricant de télescopes John Dollond, dont la société a commencé à produire des réfracteurs disponibles dans le commerce dans les années 1750.

Après quelques mois, il s'est retrouvé dans la poubelle d'un hôtel à Beaver Falls, en Pennsylvanie, gravement rayé. Langley s'est tourné vers la firme Alvan Clark & ​​Sons pour retravailler l'objectif parce que Fitz était décédé neuf ans plus tôt. L'objectif retravaillé a fourni des images de meilleure qualité que l'original Fitz, donc la sieste de l'objectif a en fait conduit à une meilleure lunette.

Artistes en optique

En 1846, quelques années après la création de son entreprise par Fitz, Alvan Clark a fondé Alvan Clark & ​​Sons à Cambridgeport, Massachusetts. Comme l'indique le nom de l'entreprise, ses deux fils, George Bassett Clark et Alvan Graham Clark, l'ont rejoint dans cette entreprise. De loin, les Clarks se classent parmi les fabricants de télescopes américains les plus célèbres. Souvent appelés «artistes en optique», les Clarks ont produit des réfracteurs de haute qualité dans une variété de tailles recherchées par les professionnels et les amateurs.

Non seulement l'optique était excellente, mais le montage et l'assemblage du tube optique étaient exceptionnels, démontrant l'un des meilleurs savoir-faire de l'époque. Les Clarks ont été appelés à plusieurs reprises à construire des télescopes plus grands. Cinq fois, l'entreprise a construit le plus grand réfracteur au monde. Cela a abouti à la conception et à la construction de ce qui est toujours le plus grand réfracteur: le 40 pouces de l'Observatoire Yerkes à Williams Bay, Wisconsin.

Les réfracteurs Clark de l'époque ont de nombreuses histoires et découvertes intéressantes qui leur sont associées. Asaph Hall, un astronome de l'Observatoire naval des États-Unis, a utilisé le réfracteur Clark de 26 pouces pour découvrir visuellement les deux lunes de Mars en août 1877. Parce que Mars était si brillante, Hall a gardé la planète rouge juste à l'extérieur du champ de vision, permettant lui de repérer d'abord la lune extérieure Deimos puis la lune intérieure Phobos.

«Leah» est un réfracteur de 8 pouces qui réside également au Chabot Space & Science Center. Alvan Clark & ​​Sons a construit cet instrument en 1883.

Mike Reynolds

Un autre conte concerne le riche Bostonien Percival Lowell, dont l'intérêt pour l'astronomie, et en particulier Mars, l'a conduit à Flagstaff, Arizona, où il a construit un observatoire en 1894. Le réfracteur Clark de 24 pouces, toujours utilisé pour l'observation publique, était le principal l'instrument Lowell et son équipe avaient l'habitude d'étudier leur cible principale, Mars.

Lowell se concentre principalement sur les «canaux» martiens, dont lui et d'autres ont produit de nombreux croquis au fil des ans. Et lorsque vous visitez l'Observatoire Lowell, vous verrez non seulement un télescope historique, mais aussi un rappel de Percival Lowell lui-même: son mausolée se trouve à une courte distance du réfracteur de 24 pouces.

Un autre réfracteur Clark, celui-ci de 20 pouces sur une monture construite par l'inventeur américain d'origine allemande George N. Saegmuller, a également eu sa première lumière en 1894. L'Observatoire Chamberlain de l'Université de Denver est toujours en fonction, ayant subi une rénovation majeure en 2008. Membres de la Denver Astronomical Society gèrent la portée des événements de sensibilisation du public.

Le couronnement d'Alvan Clark & ​​Sons est le 40 pouces de l'Observatoire de Yerkes. Yerkes a été fondée en 1897 par l'astronome George Ellery Hale et financée par l'entrepreneur Charles Yerkes. Hale, au début de sa quête de télescopes de plus en plus grands, a établi Yerkes au sein de l'Université de Chicago. Les astronomes y ont mené d'importantes recherches au fil des ans et, aujourd'hui, l'observatoire est connu pour son enseignement et sa sensibilisation scientifiques formels et informels.

«Rachel» est un réfracteur de 20 pouces créé par Warner & Swasey avec des optiques par le célèbre fabricant de lentilles John Brashear. Ce télescope, situé au Chabot Space & Science Center à Oakland, en Californie, est le plus grand réfracteur de l'ouest américain ouvert régulièrement au public.

Mike Reynolds

Clark 2.0

À l'aube du 20e siècle, d'autres fabricants de télescopes ont commencé à entrer en scène, notamment John Brashear. Bien qu'il se soit intéressé à l'astronomie étant enfant alors qu'il regardait à travers un télescope la Lune et Saturne, Brashear a commencé sa carrière en tant que machiniste accompli. Il ne pouvait pas se permettre d'acheter un télescope, alors il a fait le sien, le commençant ainsi sur le chemin de la création de la société John A. Brashear.

À partir de 1880 environ, l'oncle John, comme on l'appelait, est devenu un acteur de premier plan dans la fabrication non seulement de télescopes, mais aussi d'autres instruments. Son expérimentation a également mené au développement d'une nouvelle méthode de revêtement pour déposer l'argent sur le verre, la technique en vigueur jusqu'à la mise en œuvre du procédé de revêtement sous vide en 1932.

Parmi les autres oscilloscopes de Brashear, le réfracteur de dégel de 30 pouces de l'Observatoire d'Allegheny, qui a été achevé vers 1914, est toujours utilisé. Le réfracteur Brashear de 20 pouces sur une monture Warner & Swasey, installé à l'origine en 1914, est la pièce maîtresse du Chabot Space & Science Center à Oakland, en Californie. «Rachel», comme l'appelle le télescope, a été rénovée en 2000 et déplacée vers un meilleur emplacement.

D'autres grands réfracteurs ont dominé à cette époque et chacun a amélioré la technologie. Ils comprenaient le réfracteur Grubb de 28 pouces du Royal Greenwich Observatory, qui a commencé à fonctionner en 1893; Réfracteurs de 32,7 pouces et 24,4 pouces à l'Observatoire de Paris (1891); et réfracteurs de 31,5 pouces et 19,7 pouces à l'Observatoire astrophysique de Potsdam, en Allemagne (1899).

Cette image du numéro d'octobre 1912 du Popular Science Monthly montre le réfracteur photographique de dégel de 30 pouces, le principal instrument de l'observatoire d'Allegheny à Pittsburgh. La portée de 47 pieds de long est toujours en cours d'utilisation.

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Miroir Miroir

À l'époque des grands réfracteurs, les concepteurs et les ingénieurs progressaient lentement mais régulièrement dans les techniques de construction de grands télescopes réfléchissants. Le principal problème était les miroirs primaires, qui étaient fabriqués à partir de spéculum métallique, un mélange de cuivre et d'étain avec une réflectivité abyssale d'environ 68%. Les miroirs de spéculum devaient également être repolis et reconfigurés tous les quelques mois car ils ternissaient à l'air libre, réduisant encore la réflectivité.

Peut-être que les deux plus célèbres des grands réflecteurs à miroir à spéculum étaient ceux de Sir William Herschel et William Parsons. Le «télescope de 40 pieds» de Herschel, un réflecteur de 49,5 pouces, a vu la première lumière en 1787. Véritable géant de l'époque, il a permis à Herschel de faire de nombreuses observations auparavant impossibles. Les enregistrements montrent cependant qu'il était difficile à utiliser et que le temps permettait rarement une bonne vue. Il a vu la dernière lumière en 1815.

Le «Léviathan de Parsonstown» à Parsonstown, en Irlande, était un réflecteur avec un télescope à miroir spéculatif de 72 pouces fabriqué par William Parsons, troisième comte de Rosse. Il a vu la première lumière en 1845 et était le plus grand télescope au monde jusqu'à l'ouverture du télescope Hooker de 100 pouces du Mont Wilson en 1917. Dans les années 1870, JLE Dreyer a observé à travers le télescope pour rechercher des objets dans son nouveau catalogue général de nébuleuses et de grappes de Étoiles. Les travailleurs ont commencé à démanteler le Léviathan en 1908. En 1914, ils ont déplacé l'un des deux principaux miroirs que Parsons a coulés au Science Museum de Londres.

L'un des miroirs originaux de spéculum (cuivre et étain) est exposé au Science Museum de Londres.

Wikimedia Commons

Les progrès réalisés dans le matériau utilisé pour les miroirs primaires des réflecteurs ont conduit Hale (qui avait vu le télescope Yerkes de 40 pouces jusqu'à son achèvement) à revenir au premier plan dans la construction de grands télescopes. Les grands miroirs à spéculum s'étaient révélés trop difficiles à entretenir et la réflectivité était médiocre. Saint-Gobain, une entreprise française de verre, a coulé un blanc de miroir de 60 pouces, que William Hale, le père de George, a acheté pour lui. Une fois le financement de la Carnegie Institution obtenu, la construction du nouveau télescope a commencé en 1904.

Hale a choisi le mont Wilson, un sommet de 1710 mètres (1710 mètres) dans les montagnes de San Gabriel, au nord-est de Los Angeles. Le site reste aujourd'hui de haute qualité en raison de son flux d'air constant. Le 60 pouces, avec sa surface argentée, a vu la première lumière en 1908. Le télescope Hale (avec un revêtement en aluminium sur le miroir) est toujours utilisé aujourd'hui pour la sensibilisation du public.

Pourtant, Hale pensait déjà à un télescope encore plus grand. Il a persuadé le magnat de l'ascenseur John Hooker de payer le miroir et Andrew Carnegie de financer l'observatoire et le télescope. Saint-Gobain a de nouveau été sélectionné, cette fois pour fournir un miroir blanc de 100 pouces, ce qui n'a pas été une tâche facile.

Le Hooker 100 pouces est entré en service à la fin de 1917, et il a été le principal télescope pour un certain nombre d'avancées importantes, telles que la reconnaissance d'Edwin Hubble en 1923 qu'Andromède était une galaxie et non une nébuleuse, et la découverte de Hubble et Milton Humason en 1929 qui l'univers est en expansion et mesure le taux de cette expansion. Comme le Hale 60 pouces, le Hooker 100 pouces est désormais dédié à un usage public.

Cependant, Hale pensait toujours à l'avenir et il dirigerait à nouveau les efforts pour construire un autre télescope record, le quatrième de sa carrière. Hale a écrit un article pour le numéro d'avril 1928 du Harper's Magazine intitulé «Les possibilités des grands télescopes». Ce fut le début du réflecteur Hale de 200 pouces sur Palomar Mountain dans le comté de San Diego, en Californie.

Par le biais du California Institute of Technology et avec un financement de la Fondation Rockefeller, les travaux ont commencé en 1928 sur le miroir, le télescope et l'observatoire. L'ébauche de miroir Pyrex à faible expansion, fabriquée par Corning Glass Works, était de loin supérieure à la plaque de verre utilisée pour le télescope de 100 pouces.

Malheureusement, Hale est décédé en 1938, avant l'achèvement du 200 pouces. Pourtant, les travaux se sont poursuivis, bien que ralentis par plusieurs défis et en particulier les efforts de guerre de la Seconde Guerre mondiale. Enfin, le 26 janvier 1949, Hubble a eu l'honneur de prendre la première photo.

De nombreux grands réflecteurs ont suivi, le premier étant le grand télescope altazimuth de l'Union soviétique en 1975. Et des télescopes plus grands et plus complexes parsèment le paysage astronomique aujourd'hui, y compris le géant 409 pouces Gran Telescopio Canarias et, bien sûr, des télescopes spatiaux comme Hubble et - espérons-le en 2018 - le télescope spatial James Webb.

Alors que les télescopes deviennent plus grands et plus sophistiqués, nous devons un coup de chapeau aux pionniers comme Henry Fitz, Alvan Clark, John Brashear et George Ellery Hale. Ils, et d'autres comme eux, ont ouvert davantage l'univers à explorer.

Source: http://www.astronomy.com
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Le système Alpha Centauri pourrait avoir des conditions de vie favorables

Le rayonnement X ne représente aucune menace pour les planètes en orbite autour de ces deux étoiles proches du Soleil.

Par Amber Jorgenson  | Publication: vendredi 8 juin 2018

Alpha Centauri est le système stellaire le plus proche de la Terre, et il abrite des étoiles semblables au soleil. Assise à seulement 4 années-lumière de distance, soit 25 billions de miles (40 billions de kilomètres), Chandra a découvert que deux de ses étoiles pouvaient avoir des conditions favorables pour des exoplanètes habitables.

Rayons X: NASA / CXC / Université du Colorado / T.Ayres; Optique: Zdeněk Bardon / ESO

La recherche d'exoplanètes habitables s'étend de loin en loin, repoussant les limites de ce que nos télescopes modernes sont capables de faire. Mais soyez assuré que nous n'ignorons pas ce qui se trouve dans notre propre arrière-cour. Les chercheurs ont gardé un œil diligent sur Alpha Centauri, le système le plus proche de la Terre qui abrite des étoiles semblables au soleil. Et maintenant, une étude complète publiée dans Research Notes of the AAS efface les deux étoiles les plus brillantes d'Alpha Centauri d'un facteur d'habitabilité crucial: le rayonnement X dangereux.

Dans l'étude, l'Observatoire de rayons X Chandra de la NASA a observé les trois étoiles d'Alpha Centauri, qui se trouve à seulement 4 années-lumière de la Terre, deux fois par an depuis 2005. Dans un effort pour déterminer l'habitabilité des planètes sur leurs orbites, Chandra a surveillé la quantité de rayonnement X que chaque étoile a émise dans sa zone habitable. Un excès de rayonnement X peut faire des ravages sur une planète en dissolvant son atmosphère, en causant des effets nocifs pour les résidents potentiels et en créant une météo spatiale destructrice qui pourrait perturber toute technologie éventuellement utilisée. Mais heureusement, les planètes potentielles en orbite autour de deux des trois étoiles n'ont rien à craindre. En fait, ces étoiles pourraient en fait créer de meilleures conditions planétaires que notre propre Soleil. 

"Parce qu'il est relativement proche, le système Alpha Centauri est considéré par beaucoup comme le meilleur candidat pour explorer les signes de vie", a déclaré Tom Ayres, de l'Université du Colorado Boulder, auteur de l'étude, dans un communiqué de presse . "La question est, allons-nous trouver des planètes dans un environnement propice à la vie telle que nous la connaissons?"

Les trois étoiles qui composent Alpha Centauri ne sont pas exactement créées égales, certaines étant plus hospitalières que d'autres. Les deux étoiles les plus brillantes du système sont une paire connue sous le nom d'Alpha Cen A et Alpha Cen B (AB pour faire court), qui orbite si étroitement que Chandra est le seul observatoire suffisamment précis pour différencier leurs rayons X. Plus loin dans le système se trouve Alpha Cen C, connu sous le nom de Proxima, qui est l'étoile non solaire la plus proche de la Terre. La paire AB est remarquablement similaire à notre Soleil, avec Alpha Cen A presque identique en taille, luminosité et âge, et Alpha Cen B seulement légèrement plus petit et plus sombre.

Alpha Cen A et Alpha Cen B peuvent sembler distincts dans cette image capturée par le télescope spatial Hubble de la NASA, mais sans instruments de haute précision, les deux étoiles semblables au soleil apparaissent comme un seul objet brillant dans le ciel.

ESA / NASA

En ce qui concerne le rayonnement X, Alpha Cen A fournit en fait un environnement planétaire plus sûr que le Soleil, émettant de plus faibles doses de rayons X dans sa zone habitable. Alpha Cen B crée un environnement qui n'est que légèrement pire que le soleil, libérant des quantités plus élevées de rayons X par un facteur cinq seulement. 

"C'est une très bonne nouvelle pour Alpha Cen AB en termes de capacité de vie possible sur n'importe laquelle de leurs planètes à survivre aux radiations des étoiles", a déclaré Ayres. "Chandra nous montre que la vie devrait avoir une chance de se battre sur des planètes autour de l'une ou l'autre de ces étoiles."

Proxima est une autre histoire, cependant. C'est une naine rouge beaucoup plus petite qui émet environ 500 fois plus de rayonnement X dans sa zone habitable que la Terre n'en reçoit du Soleil, et peut rayonner 50000 fois plus pendant les éruptions massives de rayons X qu'elle est connue pour projeter dans l'espace. Bien que le rayonnement X du duo AB ne soit pas une menace pour la vie, la dose massive expulsée par Proxima l'est certainement. 

Et comme par hasard, la seule exoplanète identifiée dans Alpha Centauri est en orbite autour de Proxima inhabitable. Les chercheurs n'ont cependant pas perdu espoir. Ils continuent de rechercher des exoplanètes autour de la paire AB, bien que leur orbite serrée rend difficile de repérer quoi que ce soit entre les deux. Mais même si la recherche continue de se révéler vide, la vaste enquête de Chandra aidera les chercheurs à étudier les diagrammes de rayonnement X des étoiles similaires à notre Soleil, nous permettant de localiser toutes les menaces potentielles pour la Terre. Et si nous rencontrons des planètes en orbite autour de ces deux étoiles, nous pourrions simplement trouver des signes de vie dans notre propre arrière-cour.

Source: http://www.astronomy.com
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Quels sont les trous noirs primordiaux?

Nés dans la première seconde après le Big Bang, ces objets encore invisibles pourraient apporter des réponses aux questions en suspens des astronomes.

Par Alison Klesman  | Publication: mercredi 10 juillet 2019

SUJETS CONNEXES: TROUS NOIRS | COSMOLOGIE | BIG BANG

Les théories affirment que certains trous noirs auraient pu se former dans la première seconde du Big Bang.

NASA / ESA et G. Bacon (STScI)

Tous les trous noirs que les astronomes ont vus entrent dans l'une des trois catégories suivantes: trous noirs de masse stellaire, trous noirs de masse intermédiaire et trous noirs supermassifs. Chacun est plus massif que notre Soleil et s'est formé au moins des centaines de milliers d'années après le Big Bang, alors que notre univers grandissait et évoluait.

Mais il y a un autre type d'astronomes du trou noir qui n'ont pas encore vu, mais penser pourrait exister. Ce sont des trous noirs primordiaux.

Comme leur nom l'indique, les trous noirs primordiaux sont nés très tôt dans la vie de l'univers, à peine une fraction de seconde après le Big Bang. Il a fallu longtemps avant que les étoiles ou les galaxies (et d'autres types de trous noirs) puissent exister. Mais certaines théories prédisent que les trous noirs primordiaux auraient de toute façon dû apparaître sur la scène. En effet, dans cette fraction de seconde après le début de l'univers lui-même, l'espace n'était pas complètement homogène (le même à chaque point). Au lieu de cela, certaines zones étaient plus denses et plus chaudes que d'autres, et ces régions denses auraient pu s'effondrer en trous noirs.

Une brève fenêtre

Il n'y a eu qu'une petite période de temps - environ 1 seconde - après le Big Bang lorsque des trous noirs primordiaux auraient pu se former. Mais dans le monde extrême de notre univers primitif en expansion, beaucoup de choses peuvent se produire en une seconde. Et plus tard dans cette fenêtre de temps que les trous noirs primordiaux se sont formés, plus ils seraient massifs. Selon le moment exact où ils se sont formés, les trous noirs primordiaux peuvent avoir des masses aussi faibles que 10 -7 onces (10 -5 grammes), soit 100 000 fois moins qu'un trombone, jusqu'à environ 100 000 fois plus grandes que le Soleil.

L'idée de ces minuscules trous noirs a intrigué l'astrophysicien Stephen Hawking, qui a exploré leurs propriétés mécaniques quantiques. Ce travail a conduit à sa découverte en 1974 que les trous noirs peuvent s'évaporerheures supplémentaires. Et alors que Hawking a finalement réalisé qu'un grand trou noir s'évaporerait plus longtemps que l'univers ne l'a été jusqu'à présent, de petits trous noirs auraient en effet pu s'évaporer ou être en train de le faire, selon leur masse. Hawking a calculé que tout trou noir primordial avec une masse supérieure à 10 12 livres ([10 12 kilogrammes]; c'est bien moins que la masse de n'importe quelle planète, planète naine et la plupart des astéroïdes et comètes nommés dans notre système solaire) pourrait encore être autour aujourd'hui, alors que ceux moins massifs auraient déjà disparu.

Et en fonction de leur masse (qui, rappelez-vous, dépend de la date de leur formation), tout trou noir primordial laissé aujourd'hui pourrait parfaitement expliquer certains des problèmes en suspens en astronomie.

Les galaxies, y compris la Voie lactée (à gauche) et Andromède, ont de grands halos de matière sombre (gris) s'étendant bien au-delà de leurs étoiles visibles et de leur poussière. Si les trous noirs primordiaux sont une forme de matière noire appelée MACHO, ils pourraient résider dans ces halos.

Kavli IPMU

Candidats de matière noire

Un de ces problèmes est la matière noire. Bien qu'il représente environ 30 pour cent de notre univers, les astronomes restent perplexes quant à la matière sombre exactement est. Les trous noirs primordiaux pourraient être la réponse - ou, du moins, en faire partie. Les trous noirs primordiaux pourraient être un type de matière noire appelée MACHO, qui signifie des objets halo compacts massifs, car les astronomes pensent qu'ils se trouvent dans les halos, ou à la périphérie, des galaxies. De tels trous noirs seraient difficiles à voir s'ils flottent simplement tranquillement dans l'espace et se gardent pour eux-mêmes. Une façon de repérer les MACHO consiste à rechercher des événements appelés microlentilles, qui se produisent lorsqu'un objet massif (par exemple, un trou noir) passe devant un objet plus éloigné, comme une étoile ou une galaxie. Le trou noir plie la lumière de la source éloignée qui l'entoure, éclaircissant et agrandissant l'image. Ces événements sont peu fréquents et de courte durée, mais en attraper suffisamment pourrait permettre aux astronomes de déterminer ce que sont les objets faisant la microlentille et s'ils pourraient être des trous noirs primordiaux. Cependant, plusieursdes études récentes ont déterminé que même si des trous noirs primordiaux de ce type existent, ils ne peuvent probablement pas expliquer tout ou même la plupart des effets de matière noire que nous voyons.

Une autre façon de rechercher de grands trous noirs primordiaux est par le biais de fusions. Les observatoires des ondes gravitationnelles comme LIGO et VIRGO ont déjà vu plusieurs fusions de trous noirs, et les projets futurs comme LISA seront de détecter des fusions de masses différentes de celles que nous pouvons actuellement repérer. Parce que les astronomes peuvent retracer les masses des trous noirs qui fusionnent, ils pourraient constater que les événements futurs ont été causés par des trous noirs avec les bonnes masses pour en faire des trous noirs primordiaux.

Alternativement, les trous noirs primordiaux pourraient être minuscules. Certaines théories soutiennent que bien que les trous noirs s'évaporent, il peut y avoir une limite de taille. Ainsi, lorsqu'un trou noir s'évaporant atteint une certaine masse, il cesse de s'évaporer et reste tout simplement très petit. Si tel est le cas, les trous noirs primordiaux pourraient toujours représenter la matière noire, quoique d'une manière différente, et les rechercher serait plus difficile. Peut-être que les astronomes pourraient repérer des trous noirs qui s'évaporent encore, ce qui dégagerait des particules énergétiques, qui à leur tour dégageraient des rayons gamma . Si les trous noirs finissent par exister sans s'arrêter, ils pourraient mourir dans des explosions d'énergie intenses - équivalant à environ un million de bombes à hydrogène de 1 mégatonne, a écrit Hawking - que nous pourrions également repérer comme des éclats de rayons gamma.

Graines supermassives

Même s'ils ne tiennent pas compte de la matière noire, il existe un deuxième problème en astrophysique auquel les trous noirs primordiaux pourraient répondre. Les trous noirs primordiaux d'une taille différente - plus grande - que ceux nécessaires pour expliquer la matière noire pourraient plutôt expliquer les trous noirs supermassifs que les astronomes voient au centre de galaxies massives. Ces trous noirs, des millions ou des milliards de fois la masse du Soleil, ne peuvent pas être créés par une ou même plusieurs étoiles qui explosent. Les astronomes ne savent pas comment ces trous noirs y sont arrivés ni ce qui les a créés; peut-être sont-ils construits à partir de trous noirs primordiaux qui existent depuis la première seconde de notre univers, servant de graines à partir desquelles des trous noirs supermassifs pourraient se développer.

Cette possibilité, cependant, peut également ne pas être probable, car les trous noirs primordiaux devaient se former au moment où l'univers n'avait que 1 seconde. Même les trous noirs primordiaux qui se sont formés au dernier instant possible ne seraient, selon la physique, que 100 000 fois plus massifs que le Soleil, ce qui n'est pas vraiment dans la classe de poids des trous noirs supermassifs. Pour obtenir les trous noirs encore plus grands que nous voyons aujourd'hui, ils devraient tirer beaucoup de matière et se développer très rapidement. Ce n'est pas impossible, mais cela explique peut-être moins le nombre de trous noirs supermassifs qui existent aujourd'hui.

Peu importe où et comment ils se trouvent, les trous noirs primordiaux pourraient en dire beaucoup aux astronomes sur l'univers dans lequel nous vivons. Selon leur masse, ils pourraient servir de sondes sur l'évolution des galaxies, la physique des hautes énergies et même les premières fractions de une seconde après la naissance de l'univers. Mais bien que des trous noirs primordiaux puissent exister, ils n'ont pas encore été vus, et restent actuellement l'une des grandes questions de l'astronomie, plutôt qu'une réponse ordonnée.

Source: http://www.astronomy.com
Lien: http://www.astronomy.com/news/2019/07/primordial-black-holes?utm_source=asyfb&utm_medium=social&utm_campaign=asyfb&fbclid=IwAR36M64Av1DZV1mluX5JcxuWPLar1DFSOyCpEDqJH_AiNNiCc7VJeY8Wqkk

Une brève histoire des trous noirs

La découverte de Cygnus X-1 en 1964 a rempli une pièce manquante du puzzle d'Einstein et a élargi notre compréhension de l'univers. 

Par Jeremy Schnittman  | Publication: jeudi 29 août 2019

SUJETS CONNEXES: TROUS NOIRS

Dans la représentation de cet artiste de Cygnus X-1, un trou noir de masse stellaire dépouille le gaz de la surface de son étoile compagnon alors qu'ils tournent en orbite. Depuis les années 1970, il est depuis devenu le candidat le plus fort pour le trou noir, les scientifiques étant presque sûrs qu'il en est un. Initialement détecté aux rayons X, il a depuis été étudié dans divers autres spectres. 

Adolf Schaller pour l' astronomie

Le fondement de ce que nous savons des trous noirs est venu pendant la Grande Guerre. Imaginez la scène: décembre 1915. L'Europe et le monde se débattent sous le nuage sombre de la Première Guerre mondiale. Quelque part sur le front de l'Est, un ancien lieutenant d'artillerie allemande se blottit dans sa capote, se battant pour rester au chaud et au sec au fond d'une tranchée .

Avec des doigts engourdis et tremblants, il ouvre les dernières dépêches de chez lui. Un colis particulièrement volumineux attire son attention. Cette nuit-là, faisant preuve de prudence face au vent, il risque d'utiliser une lampe électrique pour lire le rapport long et détaillé. Il ne sait pas que ce sera sans doute l'œuvre la plus importante du génie créateur du XXe siècle.

L'auteur de ce document pivot était un physicien théoricien nommé Albert Einstein. Le récipiendaire était son collègue Karl Schwarzschild, directeur de l'Observatoire astrophysique de Potsdam et théoricien et mathématicien accompli. Malgré sa carrière astronomique, Schwarzschild, alors dans la quarantaine, rejoint l'effort de guerre. 

Quelques semaines auparavant, Einstein avait accompli 10 longues années de travail dévoué, développant avec succès sa théorie spéciale de la relativité pour inclure les forces gravitationnelles ainsi que l'électricité et le magnétisme. Dans quatre articles marquants publiés dans les Actes de l'Académie des sciences de Prusse, Einstein a exposé les fondements mathématiques de la théorie générale de la relativité, toujours considérée comme l'une des théories scientifiques les plus belles et les plus élégantes de tous les temps.

Albert Einstein a développé sa théorie de la gravité, connue sous le nom de relativité générale, en 1915. 

Archives Albert Einstein

Le summum de cet opus magnum a été publié le 25 novembre 1915, avec le titre concis «Les équations de champ de la gravitation». Bien que peut-être un peu opaque pour quiconque sans une solide compréhension du tenseur, les équations de champ peuvent être parfaitement résumées par les mots du grand physicien John Wheeler: «L'espace-temps dit à la matière comment se déplacer; la matière indique à l'espace-temps comment se courber. »

Tout comme la célèbre image de MC Escher de deux mains se dessinant, le raisonnement circulaire des équations de champ d'Einstein les rend à la fois élégantes, mais aussi notoirement difficiles à résoudre. À l'origine de cette difficulté se trouve l'équation beaucoup plus célèbre d'Einstein E = mc2, qui déclare que l'énergie et la matière sont interchangeables. Parce que la gravité est une forme d'énergie, elle peut se comporter comme de la matière, créant encore plus de gravité. Mathématiquement parlant, la relativité générale est un système non linéaire. Et les systèmes non linéaires sont vraiment difficiles à résoudre.

Il est facile d'imaginer le choc d'Einstein lorsque, au milieu d'une guerre terrible, Schwarzschild a écrit en quelques jours, décrivant la première solution connue aux équations de champ d'Einstein. Schwarzschild écrit modestement: «Comme vous le voyez, la guerre m'a assez bien traité, malgré les tirs nourris, pour me permettre de m'éloigner de tout et de faire cette promenade dans le pays de vos idées.» Einstein répond: «J'ai Lisez votre article avec le plus grand intérêt. Je ne m'attendais pas à ce que l'on puisse formuler la solution exacte du problème d'une manière aussi simple. J'ai beaucoup aimé votre traitement mathématique du sujet. »

Malheureusement, moins d'un an plus tard, Schwarzschild a succombé à une maladie de la peau contractée sur le front, se joignant aux millions de décès de la Première Guerre mondiale dus à la maladie. Il a laissé derrière lui une solution qui décrit complètement comment l'espace-temps est déformé en dehors d'un objet sphérique comme une planète ou une étoile. L'une des caractéristiques de cette solution mathématique est que pour les étoiles très compactes à haute densité, il devient beaucoup plus difficile d'échapper au champ gravitationnel de l'étoile. Finalement, il arrive un moment où chaque particule, même la lumière, devient piégée gravitationnellement. Ce point de non-fuite est appelé l'horizon des événements. À mesure que l'on s'approche de l'horizon des événements, le temps ralentit jusqu'à un arrêt complet.

Karl Schwarzschild a développé l'idée des trous noirs à partir des équations de la relativité en 1916, juste un an après la publication de sa théorie par Einstein.

Archives d'Emilio Segre

Pour cette raison, les premiers physiciens étudiant ces objets bizarres les appelaient souvent des «étoiles gelées». Aujourd'hui, nous les connaissons sous le nom utilisé pour la première fois par Wheeler en 1967: trous noirs. Même si l'horizon des événements faisait partie intégrante de la solution de Schwarzschild, il a fallu de nombreuses années avant que les trous noirs ne soient acceptés autrement que comme une curiosité mathématique. La plupart des plus grands experts mondiaux de la relativité générale dans la première moitié du 20e siècle étaient absolument convaincus que les trous noirs ne pourraient jamais se former dans la réalité. Arthur Eddington a insisté: "Il devrait y avoir une loi de la nature pour empêcher une étoile de se comporter de cette manière absurde."

Le problème a été compliqué par le développement simultané de la mécanique quantique, un nouveau domaine presque entièrement caractérisé par des cas de nature se comportant de façon absurde. Les physiciens travaillant à l'intersection de la mécanique quantique et de la relativité générale ont commencé à apprécier l'importance cruciale des deux champs pour comprendre les étoiles très massives et denses. Mais la nature bizarre de ces nouvelles branches de la physique a mis à rude épreuve l'intuition même la plus douée, de sorte que même 50 ans après l'article historique de Schwarzschild, il n'y avait toujours pas de consensus sur l'existence de trous noirs.

Trouvez l'invisible

Une chose était claire: si des trous noirs existaient, ils étaient très probablement formés par l'effondrement d'étoiles massives, incapables de supporter leur propre poids après avoir manqué de combustible nucléaire. La question sur laquelle la plupart des astronomes se concentraient était: «Comment les trouvons-nous?» Après tout, les trous noirs n'émettent aucune lumière propre. L'astronomie a besoin de lumière, et pour faire de la lumière, vous avez généralement besoin de matière - plus elle est chaude et lumineuse, mieux c'est.

Fortuitement, la fin des années 1960 a marqué le début de l'astronomie des rayons X avec une série de fusées et de satellites qui pourraient sonner au-dessus de l'atmosphère terrestre, qui autrement bloquerait tous les rayons X célestes.

Lors d'un court vol de fusée en 1964, les astronomes ont découvert l'une des sources de rayons X les plus brillantes du ciel, dans la constellation du Cygne, surnommée Cygnus X-1 (Cyg X-1 pour faire court). Cependant, il ne coïncidait avec aucune source optique ou radio particulièrement brillante, laissant son origine physique un mystère. Lorsque le satellite d'exploration de rayons X Uhuru de la NASA a été lancé en 1970, des observations plus détaillées sont devenues possibles, réduisant l'incertitude de son emplacement. L'une des premières découvertes remarquables a été la variabilité rapide du Cyg X-1, sur des échelles de temps inférieures à une seconde. Cela suggère fortement que la taille physique de la région d'émission de rayons X était assez compacte, beaucoup plus petite qu'une étoile typique. Qu'est-ce qui pourrait éventuellement contenir autant d'énergie dans une si petite zone?

Le Cygnus X-1 (le plus brillant des étoiles par la flèche) se trouve dans un champ riche près du plan de la Voie lactée, et ne ressemble pas beaucoup aux longueurs d'onde visibles. 

NOAO / AURA / NSF

En un an, un homologue stellaire du Cyg X-1 a été identifié, permettant aux astronomes de le confirmer en tant que système binaire et d'estimer la masse du compagnon en mesurant le décalage Doppler du spectre de l'étoile en orbite. La réponse a été un énorme 15 fois la masse du Soleil, dépassant de loin toute limite théorique pour les naines blanches ou les étoiles à neutrons. Dans l'ensemble, la variabilité temporelle rapide, la grande luminosité des rayons X et l'estimation de masse élevée se sont combinées pour faire de Cyg X-1 un excellent candidat pour le premier trou noir de masse stellaire. (Des preuves solides de trous noirs supermassifs se construisaient également depuis des années, en grande partie grâce à l'étude de Maarten Schmidt sur les quasars. .)

Alors que des télescopes à rayons X plus sensibles ont été lancés au cours des années suivantes, l'affaire n'a fait que se renforcer. Nous avons maintenant vu la variabilité des rayons X du Cyg X-1 sur des échelles de temps aussi courtes qu'une milliseconde, confinant la région d'émission à des centaines de kilomètres, juste quelques fois la taille de l'horizon des événements. En observant les rayons X des trous noirs, nous pouvons directement sonder les propriétés de l'espace-temps prédites par la relativité générale.

Le Cygnus X-1 est apparu pour la première fois lorsque les astronomes ont découvert qu'il s'agissait d'une source intense de rayons X. Dans cette vue de l'observatoire aux rayons X de Chandra, le rayonnement à haute énergie est coloré en bleu. 

NASA / CXC / CFA

Regarder un horizon d'événements

Bien que les trous noirs de masse stellaire soient parmi les sources de rayons X les plus brillantes du ciel, ils sont également parmi les plus inconstants. Au cours des 40 années et plus qui se sont écoulées depuis la découverte que le Cyg X-1 est probablement un trou noir, seules quelques dizaines d'autres candidats de trous noirs ont été identifiés. La plupart de ceux-ci n'ont été détectables que pendant de courtes explosions imprévisibles qui ont duré environ un mois avant de disparaître à nouveau pendant des décennies. Comparez cela avec leurs homologues supermassifs: le Sloan Digital Sky Survey a identifié à lui seul plus de 100000 quasars (les centres énergétiques de jeunes galaxies éloignées), chacun alimenté par un trou noir supermassif accrétant.

En plus de ce comportement de «repos» le plus courant, les astronomes ont identifié trois autres états majeurs présentés par les trous noirs de masse stellaire: dur, mou et intermédiaire. Ces noms décrivent les propriétés observables des spectres de rayons X dans chaque état. Nous ne savons pas encore exactement quels mécanismes physiques conduisent ces différents comportements, mais ils sont probablement liés à deux choses: la quantité de gaz que le trou noir s'accumule et la force des champs magnétiques intégrés dans le gaz.

Dans le jargon astronomique, un spectre «dur» signifie que nous voyons plus de rayons X à haute énergie que de basse énergie, et «doux» est le contraire. Bien sûr, même «basse énergie» est un terme relatif, car ces photons proviennent d'un disque d'accrétion à une température de millions de degrés, par rapport à la couronne, qui possède une température supérieure à 1 milliard de degrés!

L'état intermédiaire montre la preuve d'un disque d'accrétion mince et frais entouré d'une couronne chaude et diffuse comme la surface de notre propre soleil. Dans cet état, les rayons X à haute énergie provenant de la couronne brillent sur le disque. Certains de ces rayons X sont absorbés par les traces de fer mélangées dans les gaz du disque. Le fer brille alors comme le gaz fluorescent dans une lumière au néon, émettant plus de rayons X à des longueurs d'onde très spécifiques. Parce que le gaz dans le disque tourne autour du trou noir à presque la vitesse de la lumière, les rayons X provenant du disque subissent des décalages Doppler extrêmes, apparaissant à un observateur distant à des longueurs d'onde plus courtes lorsque le gaz se déplace vers l'observateur et à des longueurs d'onde plus longues en s'éloignant. En mesurant soigneusement les longueurs d'onde des rayons X d'un trou noir accrétant,

Spin original

Étant donné que la première solution aux équations de champ d'Einstein a pris moins d'une semaine à Schwarzschild, il a dû sembler une éternité d'attendre près d'un demi-siècle avant que la nouvelle solution de trou noir ne soit découverte par le Néo-Zélandais Roy Kerr en 1963. ( Une autre solution, le trou noir Reissner-Nordstrom, a été publiée presque immédiatement après celle de Schwarzschild, mais est également limitée aux systèmes à symétrie sphérique et mathématiquement presque identique.) Kerr a fait sa formulation à l'Université du Texas à Austin.

Contrairement aux trous noirs de Schwarzschild, les trous noirs de Kerr tournent; ils conservent l'élan angulaire de l'étoile pré-supernova dont ils sont nés. Ceci est extrêmement important sur le plan astrophysique, car nous savons que presque tous les objets célestes tournent, des lunes aux planètes en passant par les galaxies. Il est donc naturel de s'attendre à ce que les trous noirs tournent également.

Les preuves de cette rotation montrent comment le trou noir attire tout autour de l'horizon, balayant essentiellement l'espace-temps lui-même dans un vortex tourbillonnant. Cela permet au gaz de se déplacer de plus en plus vite alors qu'il se rapproche de plus en plus de l'horizon, entraînant des décalages Doppler plus extrêmes, et donc des décalages plus importants dans les spectres de rayons X. Au cours des dernières années seulement depuis le lancement du télescope à rayons X NuSTAR de la NASA, nous avons pu utiliser ces spectres pour mesurer les spins de plusieurs trous noirs avec une précision sans précédent. La capacité de NuSTAR à voir des rayons X couvrant une gamme beaucoup plus large d'énergies par rapport aux missions précédentes nous permet également d'exclure d'autres modèles alternatifs - comme l'absorption des rayons X par les nuages ​​de gaz interstellaires - qui avaient été proposés pour expliquer la forme du spectre.

La mesure des spins des trous noirs nous apprend non seulement sur la relativité générale, mais elle fournit également un aperçu important de la façon dont les étoiles massives évoluent et s'effondrent dans les supernovae. Parce que beaucoup de ces systèmes binaires sont assez jeunes (au moins selon les normes cosmiques - le Cyg X-1 n'a «que» quelques millions d'années), quel que soit le spin que nous mesurons aujourd'hui, c'est essentiellement le même spin qui provenait de la formation d'origine. De ce point de vue, ce sont vraiment des «étoiles figées» qui gardent un souvenir presque parfait de leur naissance violente.

Un héritage scandaleux

La relativité générale est l'un des rares domaines de la physique moderne où la théorie a conduit l'expérimentation pendant presque tout le siècle. Einstein avait un talent unique pour proposer non seulement des expériences de pensée brillantes et fructueuses, mais aussi de vraies expériences qui pourraient tester ses théories. Peut-être que sa prédiction la plus célèbre était de savoir comment la gravité du soleil détournerait la lumière des étoiles lointaines, un effet confirmé avec un succès spectaculaire en 1919 lors d'une éclipse solaire, propulsant Einstein à la célébrité internationale. Plus impressionnant encore était les 40 ans et plus entre la prédiction (involontaire) de trous noirs de Schwarzschild et la découverte de Cyg X-1.

Pour emprunter une phrase du physicien théoricien Kip Thorne, l'élément le plus scandaleux de l'héritage d'Einstein a peut-être été sa prédiction des ondes gravitationnelles, faite il y a un siècle, et triomphalement confirmée cette année par le Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO). En plus de confirmer l'idée de base que le «tissu» de l'espace-temps n'est pas seulement une métaphore mais une substance tangible, la découverte LIGO a également fourni un nouveau test de relativité générale dans l'environnement le plus extrême - juste à l'extérieur d'un trou noir. Il y avait aussi quelques surprises en réserve: la découverte de trous noirs de masse stellaire 30 fois la masse du Soleil, deux fois plus gros que jamais auparavant. Pour la cerise sur le gâteau, LIGO a même pu mesurer la rotation du dernier trou noir à 70% de la limite maximale de Kerr,

Cette simulation donne une représentation réaliste d'un disque d'accrétion noir, y compris les effets
de flexion de la lumière  de la relativité. 

NASA / Jeremy Schnittman

S'appuyant sur ces antécédents de succès sans précédent, la plupart des astrophysiciens croient pleinement que la description par la relativité générale de la nature des trous noirs est la bonne. Les questions persistantes tentent d'utiliser nos connaissances des trous noirs pour améliorer notre compréhension du comportement du gaz, des champs magnétiques et des rayons X en présence d'une force gravitationnelle aussi énorme. Il s'agit de la partie désordonnée de la recherche sur les trous noirs - l'astronome Royal Martin Rees l'a décrite comme une «lutte contre la boue» - et où l'observation a été bien en avance sur la théorie pendant des décennies.

Le premier puzzle est venu juste après la première détection du Cyg X-1. En 1973, à partir des lois les plus élémentaires de la conservation de l'énergie et du moment angulaire, Igor Novikov et Kip Thorne ont dérivé une description brillante et élégante de la façon dont le gaz s'enroule lentement vers un trou noir, libérant son énergie potentielle gravitationnelle sous forme de chaleur et de rayonnement à des températures de des millions de degrés.

Il n'y a que deux problèmes avec le modèle Novikov-Thorne: il ne fonctionne pas en théorie et il ne fonctionne pas en pratique. Cela ne fonctionne pas en théorie, car il n'explique pas exactement comment le gaz perd son élan angulaire. Cela ne fonctionne pas dans la pratique car il n'est pas d'accord avec les observations de rayons X à haute énergie provenant de gaz à un milliard de degrés.

Le gaz ionisé chaud ne subit presque pas de frottement ou de viscosité, il devrait donc simplement tourner autour et sur des orbites parfaitement circulaires pour toujours, sans jamais se rapprocher de l'horizon des événements. Novikov et Thorne ont pleinement apprécié ce problème, et ils l'ont absorbé dans leur théorie avec un simple facteur de fudge, laissant les détails à un travail ultérieur. Au final, il a fallu près de 20 ans pour trouver la réponse. En 1991, Steve Balbus et John Hawley ont découvert une puissante instabilité qui provient de la torsion et de la traction de lignes de champ magnétique intégrées dans un disque d'accrétion. Le gaz ionisé est un excellent conducteur électrique, ce qui signifie qu'il peut également générer de puissants champs magnétiques. Ces champs, à leur tour, peuvent tirer sur le gaz, le ralentissant et lui permettant de s'enrouler en spirale vers le trou noir.

En 2001, les superordinateurs étaient devenus suffisamment puissants pour simuler adéquatement l'instabilité de Balbus-Hawley dans les disques d'accrétion autour de trous noirs réalistes, confirmant pleinement leurs prédictions. Il a fallu encore une décennie avant que les simulations soient suffisamment sophistiquées pour inclure les effets du rayonnement et étudier l'interaction entre le disque et la couronne. Ce faisant, nous avons enfin atteint le point où, à partir des lois les plus fondamentales de la nature, nous pouvons expliquer comment les rayons X à haute énergie, vus pour la première fois en 1971, sont réellement générés autour de vrais trous noirs.

En 100 ans exactement, les trous noirs sont passés d'une curiosité mathématique, au sujet de la physique purement théorique, à un domaine central de la recherche en astronomie, où la théorie et les simulations informatiques confrontent quotidiennement les expériences et les observations. Avec l'ouverture récente de la fenêtre des ondes gravitationnelles sur l'univers, dans les années à venir, nous nous attendons à en savoir encore plus sur la naissance, la vie et la mort de ces objets remarquables. Une chose que nous pouvons dire avec certitude: nous continuerons d'être surpris par l'imagination exotique de la nature!

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