C’est le cas de Pierre Magain, professeur à l’Institut d’Astrophysique et de Géophysique de Belgique, qui propose une « Relativité Universelle ». Que peut donc bien cacher une telle appellation?

S’appuyant sur des notions clairement établies par la relativité générale d’Einstein, Magain formule l’hypothèse que pour un observateur situé quelque part dans l’Univers, le temps qui s’écoule est en fait un temps propre, au sens relativiste du terme : l’écoulement du temps dépend de la position ainsi que de la vitesse de l’observateur, il est variable. Selon Magain, un observateur soumis à la relativité universelle observerait une courbure de l’espace-temps constamment nulle, ce qui correspond justement à ce que l’on observe.

Cette hypothèse à elle-seule suffit à expliquer les vitesses de dispersion des galaxies dans les amas galactiques sans avoir recours à l’addition de matière noire. Le modèle de Magain va plus loin encore : l’expansion de l’Univers n’a désormais plus besoin d’énergie noire ou d’inflation! Dans ce modèle, l’Univers se voit ajouter quelques bougies à son gâteau d’anniversaire : son âge serait alors de 15,4 à 16,5 milliards d’années, contre 13,7 actuellement. Un tel âge permettrait par ailleurs d’expliquer plus facilement la formation des plus vieilles galaxies, dont l’âge se trouve être dangereusement proche de celui de l’Univers; celles-ci auraient alors eu davantage de temps pour se former.

Magain ajoute enfin que son modèle doit être confronté à un plus grand nombre de tests afin d’être validé ou non : la comparaison des données théoriques avec les courbes de rotation des galaxies spirales, les lentilles gravitationnelles ou encore les anisotropies du fond diffus cosmologiques en sont quelques exemples.

On notera finalement que le modèle de Magain a l’élégance de la simplicité, et qu’il ne repose sur absolument aucun paramètre libre. Seulement une hypothèse : un observateur situé à un endroit quelconque de l’Univers mesure un écoulement du temps propre tel que l’Univers lui apparaît toujours plat. Simple, trop simple peut-être? Qui sait.

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Référence

An expanding universe without dark matter and dark energy, Pierre Magain arXiv:1212.1110

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Aujourd’hui, deux physiciens de l’Université d’Adélaïde en Australie, James Hill et Barry Cox, ont montré que la relativité restreinte d’Einstein peut-être logiquement élargie et inclure le mouvement à des vitesses supérieures à celle de la lumière. Les deux chercheurs insistent sur le fait que leur découverte ne contredit en rien la théorie originale, et fournit simplement un nouvel aspect de celle-ci.

« Autant que je sache, c’est la première extension logique et naturelle de la théorie d’Einstein, » a dit Hill. « Nous n’avons sûrement pas supplanté Einstein. Les deux théories sont en parfait accord. »

Il y a bien entendu eu d’autres suggestions d’objets se déplaçant à des vitesses superluminiques – les tachyons, par exemple – mais ceux-ci avaient recours à des mathématiques complexes telles des masses imaginaires, et une physique compliquée afin d’assurer des résultats ayant un sens. A l’opposé, le proposition de Hill et Cox est issue de la même structure mathématique que la théorie d’Einstein.

Comme les physiciens l’expliquent dans leur publication, la transformation de Lorentz est habituellement utilisée en relativité restreinte pour réconcilier différentes observations faites par différents observateurs dans différents référentiels inertiels (un référentiel dans lequel un objet isolé est en mouvement de translation rectiligne uniforme), et elle s’applique aux vitesses relatives inférieures à celle de la lumière. Ici, les deux scientifiques ont proposé deux nouvelles transformations qui complètent celle de Lorentz pour expliquer différentes observations, et les deux s’appliquent à des vitesses relatives supérieures à celle de la lumière. Les physiciens ignorent laquelle des deux transformations est correcte et n’ignorent pas la possibilité que les deux puissent être plausibles si pour une quelconque raison la théorie d’Einstein bifurque à la vitesse c vers deux variations.

Les deux nouvelles transformation s’appliquent à des vitesses relatives situées entre celle de la lumière et l’infini (ni l’une ni l’autre n’étant inclues). Tout comme la relativité restreinte d’Einstein, ces transformations cessent d’être applicables exactement à c, résultant en une singularité. Le passage par la vitesse de la lumière n’est pas défini.

Ainsi,  la singularité forme une sorte de limite qui fait que tous les référentiels inertiels tombent dans un des deux groupes par rapport à un référentiel au repos: ceux avec une vitesse relative inférieure à c, et ceux avec une vitesse relative supérieure à c. Les physiciens expliquent qu’il n’y a aucun moyen d’identifier si un référentiel particulier se trouve dans le groupe subluminique ou supraluminique autrement qu’en se référant à un autre référentiel au repos arbitraire.

Bien que les théories ne puissent apporter une réponse à ce qui se passe à c, les scientifiques suspectent qu’un objet passant la « barrière » de la vitesse de la lumière pourrait avoir d’intéressantes conséquences. Ils comparent notre compréhension actuelle de cette limite à celle d’un objet franchissant le mur du son pour la première fois, un évènement qui fut grandement contesté avant qu’il ne soit accompli en 1947.

« Les gens se demandaient ce qui se passerait, » dit Hill. « Est-ce qu’on allait se désintégrer? Est ce que l’avion allait tomber en miettes? Il s’est avéré que cela résultait simplement en une grande détonation. Je suspecte que dépasser la vitesse de la lumière sera autrement plus intéressant. J’ai le sentiment que le monde changera d’une façon radicale quand on franchira cette barrière. Toutes sortes de choses pourraient se produire. Le temps et l’espace pourraient s’échanger. »

Il pense qu’un test expérimental d’un tel exploit n’est pas irréalisable.

« Je pense que c’est juste une question de temps, » a-t-il dit. « L’ingéniosité humaine étant ce qu’elle est, cela arrivera, mais peut-être que cela impliquera un moyen de transport complètement différent de tout ce que l’on a imaginé jusqu’à aujourd’hui. »

Une chose est sûre, nombreux sont ceux qui attendent un tel jour, un jour où imaginaire et rêves finissent par devenir une réalité…

Référence

James M. Hill and Barry J. Cox. « Einstein’s special relativity beyond the speed of light. » Proc. R. Soc. A.

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Appelé eXtreme Deep Field (XDF – champ extrêmement profond en français), cette image est le résultat de 10 années de photographies prises par le télescope spatial Hubble de la NASA au centre d’une région du ciel connue sous le nom d’Hubble Ultra Deep Field (HUDF). Pour comparaison, le XDF représente l’équivalent d’une petite fraction du diamètre angulaire de la pleine Lune.

Le HUDF est une image d’une petite région de l’espace située dans la constellation du Fourneau (inutile de chercher celle-ci, c’est une constellation très peu lumineuse de l’hémisphère sud), créée en utilisant des données du télescope Hubble de 2003 et 2004. Après avoir collecté une faible lumière durant de nombreuses heures, des milliers de galaxies furent révélées, proches et lointaines, en faisant l’image de l’Univers la plus profonde jamais prise à l’époque.

La nouvelle image en couleur XDF dévoile des galaxies encore plus sombres et inclue de très longues expositions en lumière rouge de la nouvelle caméra infrarouge du télescope. Le XDF contient à peu près 5500 galaxies, et ce malgré son champ de vision plus petit. Les galaxies les plus sombres sont dix milliards de fois moins lumineuses que ce que l’oeil humain peut voir.

De magnifiques galaxies spirales semblables à notre Voie Lactée et notre voisine Andromède apparaissent dans cette image, ainsi que de grandes galaxies rouges et troubles, au sein desquelles la formation d’étoiles a cessé. Ces galaxies rouges sont les vestiges de collisions démesurées entre galaxies et sont désormais sur le déclin. Ici et là, à travers l’image, on observe d’autres galaxies plus petites et plus sombres toujours plus lointaines, similaires aux « graines » qui ont donné naissance aux majestueuses galaxies d’aujourd’hui. L’histoire des galaxies – depuis très tôt après la formation des premières d’entre elles jusqu’au grandes galaxies actuelles, telle notre Voie Lactée – est retracée dans cette image unique.

Hubble a observé une minuscule région du ciel austral à travers des observations répétées pour un total de 50 jours, avec un temps d’exposition de 2 millions de secondes. Plus de 2000 images du même champ ont été prises avec les deux meilleures caméras de Hubble – Advanced Camera for Surveys et la Wide Field Camera 3 – et combinées pour former le XDF.

© NASA, ESA, G. Illingworth, D. Magee, and P. Oesch (University of California, Santa Cruz), R. Bouwens (Leiden University), and the HUDF09 Team

L’Univers est vieux de 13,7 milliards d’années, et le XDF dévoile des galaxies parfois vieilles de 13,2 milliards d’années. La plupart des galaxies du XDF sont visibles telles qu’elles étaient quand elles étaient jeunes et petites, grandissant parfois violemment tandis qu’elles se percutaient et fusionnaient. L’Univers jeune était tumultueux, et à cette époque les galaxies contenaient de brillantes étoiles bleues, extraordinairement plus lumineuses que notre Soleil. La lumière de ces évènements passés n’arrive sur Terre que maintenant, et le XDF est en quelque sorte « un voyage temporel vers le passé ». La galaxie la plus jeune du XDF existait déjà seulement 450 millions d’années après le Big Bang.

Avant qu’Hubble ne soit lancé en 1990, les astronomes pouvaient difficilement voir des galaxies normales à des distances de l’ordre de 7 milliards d’années-lumière, à peu près à mi-chemin de l’Univers. Les observations faites avec des télescopes terrestres ne permettaient pas d’établir comment les galaxies se sont formées et ont évolué dans l’Univers jeune.

Hubble a donné aux astronomes leur première vision des véritables formes des galaxies dans leur jeunesse. Ceci fournit la preuve convaincante que l’Univers change énormément au fur et à mesure qu’il vieillit. Comme les images d’un film, ces observations de Hubble montrent l’émergence de la structure de l’Univers naissant et les différentes étapes de l’évolution des galaxies.

La vision infrarouge du futur télescope spatial James Webb se tournera en direction du XDF, et permettra d’observer des galaxies plus sombres encore, qui existaient alors que l’Univers n’était âgé que de quelques centaines de millions d’années. A cause de l’expansion de l’Univers, la lumière en provenance du passé est « étirée » vers de plus grandes longueurs d’ondes, dans l’infrarouge. La vision infrarouge du télescope Webb sera idéale pour repousser davantage les limites du XDF, et révéler une époque durant laquelle les premières étoiles et galaxies se sont formées, « remplissant » ainsi les âges sombres de l’Univers de lumière.

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Le « warp drive » manipulerait l’espace-temps lui-même pour déplacer un vaisseau, contournant apparemment les lois de la physique qui empêchent quoi que ce soit de se déplacer plus vite que la lumière. Un premier concept avait été suggéré en 1994 par le physicien Mexicain Miguel Alcubierre : malheureusement, différents calculs ont montré que la quantité d’énergie nécessaire au fonctionnement d’un tel appareil était démesurée.

Cependant, quelques physiciens affirment désormais qu’en ajustant quelque peu ce warp drive, il pourrait fonctionner avec une quantité d’énergie bien inférieure, ramenant l’idée du domaine de la science-fiction au possible. Enfin presque.

« Il y a de l’espoir, » a annoncé Harold White du Centre Spatial Johnson de la NASA au 100 Year Starship Symposium, un meeting durant lequel sont débattus les défis du voyage interstellaire.

Un warp drive de type Alcubierre serait composé d’un vaisseau ayant la forme d’un ballon de rugby, lié à un immense anneau l’encerclant. Cet anneau, probablement fait de matière exotique, causerait une distorsion de l’espace-temps autour du vaisseau, créant une région d’espace contracté à l’avant et une autre d’espace en expansion à l’arrière.

Pendant ce temps, le vaisseau lui-même resterait dans cette « bulle » d’espace-temps, dont l’intérieur demeure parfaitement plat et stable.

« Tout ce qui se trouve dans l’espace est limité par la vitesse de la lumière, » a expliqué Richard Obousy, président d’Icarus Interstellar, un groupement à but non lucratif de scientifiques et d’ingénieurs dédiés au voyage interstellaire. « Mais ce qui est vraiment cool, c’est que l’espace-temps, la fabrique de l’espace lui-même, ne connaît pas cette limite. »

© Harold White

Avec ce concept, le vaisseau pourrait atteindre une vitesse supérieure à 10 fois celle de la lumière. Le problème, c’est que la quantité d’énergie nécessaire au fonctionnement de ce warp drive serait à peu près égale à l’énergie de masse de Jupiter.

Malgré tout, White a recalculé l’énergie nécessaire en modifiant la forme de l’anneau encerclant le vaisseau : il ne s’agit plus cette fois d’un anneau, mais d’un tore (un donut). D’après ses calculs, un tel warp drive pourrait être alimenté par une masse de la taille du vaisseau Voyager 1 lancé par la NASA en 1977.

De plus, si l’intensité des distorsions peut être contrôlée et osciller dans le temps, alors la quantité d’énergie nécessaire peut encore être réduite, selon White.

« Les découvertes que j’ai présentées aujourd’hui ont déplacé les choses du domaine de l’infaisable à celui du plausible, et méritent une étude approfondie. La réduction d’énergie supplémentaire apportée par l’oscillation en intensité de la bulle est une conjecture intéressante que nous aurons plaisir à étudier au labo, » a dit White.

Le chercheur et ses collègues ont commencé à expérimenter avec une version miniature du warp drive dans leur laboratoire. Ils ont mis au point ce qu’ils appellent le « White-Juday Warp Field Interferometer » au Centre Spatial Johnson : il s’agit essentiellement d’un interféromètre laser ayant pour but de créer des distorsions microscopiques.

« On essaie de voir si on peut générer un tout petit exemple de ce phénomène dans une expérience de laboratoire, essayer de perturber l’espace-temps de l’ordre d’une partie par million, » a dit White.

Il a appelé le projet une « modeste expérience », comparé à ce qui serait nécessaire pour un véritable warp drive, mais a ajouté que cela représentait un premier pas prometteur.

D’autres scientifiques insistent sur le fait que même les idées qui peuvent sembler excentriques, comme le warp drive, méritent d’être envisagées si l’humanité est sérieuse à propos des voyages interstellaires.

« Si nous sommes voués à devenir une véritable civilisation spatiale, il va falloir penser hors des sentiers battus, nous devrons être un peu plus audacieux, » finit Obousy.

Enfin, tout cela mérite effectivement qu’on s’y intéresse, et ce de plus en plus. Malgré tout, un autre problème demeure dans ce cas précis : aucune matière exotique n’a encore jamais été observée…

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Shouhong Wang, professeur au Département de Mathématiques à l’Université d’Indiana, et Tian Ma, professeur à l’Université Sichuan, suggèrent que la loi de conservation de l’énergie et de la quantité de mouvement dans l’espace-temps n’est valide que lorsque matière, matière noire et énergie noire sont toutes prises en compte. Pour la matière seule, ils affirment qu’énergie et quantité de mouvement ne sont plus conservés.

« De nombreuses personnes ont élaboré diverses théories pour l’énergie noire, » a dit Wang. « Malheureusement, le mystère perdure, et de fait constitue peut-être le plus grand mystère de la cosmologie et de l’astrophysique. » L’énergie noire est considérée comme l’un des plus grands problèmes de la physique théorique.

« L’autre grand mystère de notre Univers est qu’il contient bien plus de matière que ce que l’on peut trouver dans les étoiles qu’on observe. On appelle la masse manquante matière noire, et malgré de nombreuses tentatives pour la détecter, l’énigme demeure et grandit. »

Les chercheurs postulent que le tenseur énergie-impulsion (un outil mathématique qui représente la répartition de masse et d’énergie dans l’espace-temps) pour la matière « normale » n’est plus conservé et que de nouvelles équations de champ gravitationnel découlent de la relativité générale et du principe d’équivalence d’Einstein, ainsi que de la dynamique Lagrangienne, de la même façon qu’Einstein avait établi ses équations de champ. Wang a ajouté que les nouvelles équations étaient la seule et unique solution issue de la non-conservation du tenseur énergie-impulsion de la matière « normale ».

Quand Einstein a développé sa théorie, énergie noire et matière noire n’avaient pas encore été découvertes, il était donc naturel pour lui d’établir sa théorie en utilisant la loi de conservation de l’énergie et de la quantité de mouvement, a dit Wang.

« La différence entre les nouvelles équations de champ et les équations d’Einstein est l’ajout d’une dérivée covariante de deuxième ordre d’un champ scalaire potentiel. La théorie de la gravitation est fondamentalement changée et est maintenant décrite par la métrique de l’espace-temps courbe, du nouveau champ scalaire potentiel et de leurs interactions. »

Les tenseurs fournissent une structure concise pour résoudre les problèmes de la relativité générale. La dérivée covariante de deuxième ordre serait l’analogue géométrique d’une dérivée de deuxième ordre en calcul, qui mesure comment le taux de changement d’une quantité change lui-même.

Associée au champ scalaire, la densité d’énergie est composée d’énergies positives et négatives qui représentent un nouveau type d’énergie causée par la distribution non uniforme de la matière dans l’Univers. Cette densité d’énergie varie avec le mouvement des galaxies et la redistribution de matière, affectant chaque partie de l’Univers comme un champ.

Wang précise que l’énergie négative produit une attraction tandis que l’énergie positive produit une force de répulsion fondamentalement différente des quatre forces – gravitation, électromagnétisme, interaction faible et interaction forte – reconnues en physique aujourd’hui.

« Par dessus tout, cette nouvelle énergie et ces nouvelles équations de champ offrent une théorie unifiée pour la matière noire et l’énergie noire qui jusqu’à maintenant ont toujours été considérées comme deux monstres différents partageant uniquement le qualificatif ‘noire’, » a dit Wang. « Matière noire et énergie noire peuvent maintenant être représentées par la somme de la nouvelle densité d’énergie et l’énergie de couplage entre le tenseur énergie-impulsion et le champ scalaire potentiel. »

La partie négative de cette somme représente la matière noire, qui produit une attraction, et la partie positive représente l’énergie noire, responsable de l’accélération de l’expansion.

« En un mot, nous pensons que cette nouvelle théorie de la gravitation va changer notre vision de l’énergie, des interactions gravitationnelles, de la structure et de la formation de notre Univers, » dit Wang.

Kevin Zumbrun, du Département de Mathématique à l’IU Bloomington, pense que la nouvelle théorie unifiée a l’air solide.

« C’est spéculatif au niveau cosmologique, puisqu’il faut coller aux observations, mais les mathématiques sont solides. C’est un angle nouveau et élégant, et si il s’avère que ça colle aux observations, alors c’est une énorme découverte. C’est plutôt excitant! » a-t-il dit.

Enfin, il faudra donc confronter cette nouvelle théorie aux observations avant de pouvoir se prononcer. En attendant, le « côté obscur » de l’Univers demeure un mystère. Cette élégante suggestion sera-t-elle la réponse que cherchent les cosmologistes? Qui sait.

Référence

Gravitational Field Equations and Theory of Dark Energy and Dark Matter

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Les chercheurs, des physiciens théoriciens des universités de Melbourne et RMIT, suggèrent qu’en étudiant les fissures et les crevasses communes à tous les cristaux – y compris la glace – notre compréhension de la nature de l’Univers pourrait être révolutionnée.

« Les philosophes grecs se demandaient de quoi la matière était faite: était-elle faite d’une substance continue ou bien d’atomes individuels? », dit James Quach de l’Université de Melbourne dans un communiqué. « Avec nos puissants microscopes, nous savons désormais que la matière est faite d’atomes. »

« Des milliers d’années plus tard, Albert Einstein a supposé que l’espace et le temps étaient continus et s’écoulaient de manière fluide, nous pensons désormais que cette hypothèse n’est peut-être pas valide aux très petites échelles. »

D’après une théorie relativement récente connue sous le nom de « Quantum graphity », l’espace pourrait en fait être constitué de microscopiques blocs, un peu comme les pixels d’une image. Cependant, leur petite taille les rend impossibles à observer directement.

« Pensez à l’Univers jeune se comportant comme un liquide, » a expliqué Quach. »Alors, quand l’Univers refroidit, il « cristallise » dans les trois dimensions d’espace et la dimension de temps qu’on observe aujourd’hui. »

« Théorisé de cette façon, alors que l’Univers refroidit, on s’attendrait à la formation de fissures, d’une manière similaire aux fissures qui se forment quand l’eau devient glace. »

Et certaines de ces fissures seraient détectables.

« La lumière et d’autres particules seraient déviées ou réfléchies par de tels défauts, et on devrait donc être capables de détecter ces effets, » ajoute le co-auteur de l’étude Andrew Greentree du Royal Melbourne Insitute of Technology University (RMIT).

L’équipe a modélisé son idée et établi des prédictions qui peuvent être testées, afin de pouvoir affirmer si oui ou non l’Univers est fait de minuscules blocs. Seulement, une étude semblable a déjà été menée afin d’en savoir davantage sur la possible structure quantique de l’espace-temps: d’après les résultats de ces recherches, si l’espace-temps est constitué de blocs, il semblerait que ceux-ci sont si petits qu’ils vont bien au-delà des limites imposées par la théorie quantique…

Références:

James Quach, Chun-Hsu Su, Andrew Martin, Andrew Greentree, Domain structures in quantum graphity, Physical Review D, 2012, DOI: 10.1103/PhysRevD.86.044001

James Quach, Chun-Hsu Su, Andrew Martin, Andrew Greentree, Domain structures in quantum graphity, arxiv.org/abs/1203.5367

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Le rover, qui pèse plus d’une tonne, est le plus gros jamais envoyé sur Mars, et son atterrissage à grande vitesse était un pari osé. Un pari à 2.5 milliards de dollars.

C’est après avoir reçu les toutes premières images prises par un des appareils de Curiosity que les officiels de la NASA ont confirmé l’atterrissage à 05h32 GMT ce matin.

Le robot, nourri à l’énergie nucléaire, a désormais commencé sa mission de deux ans sur le sol de Mars. Celle-ci inclue une longue ascension montagneuse afin d’analyser différentes couches de sédiments parfois vieilles d’un milliard d’années.

Le Mars Science Laboratory (MSL), dont Curiosity fait partie, a d’abord accéléré sous l’effet de la gravité à l’approche de l’atmosphère martienne, faisant son entrée à la vitesse ahurissante de 21240 kilomètres par heure, pour ensuite ralentir à l’aide d’un parachute supersonique. Enfin, une grue sophistiquée assistée de rétrofusées a déposé le rover sur le sol à l’aide de câbles en nylon.

©NASA/JPL-Caltech

Adam Steltzner, ingénieur et responsable de l’équipe en charge de l’entrée, descente et atterrissage (EDL), qui avait plus tôt reconnu que le pari de cet atterrissage était « fou » a finalement annoncé que celui-ci fut apparemment « très propre ».

Les scientifiques ne comptent pas sur Curiosity pour trouver des extraterrestres ou des créatures vivantes, mais pour analyser le sol et les roches martiennes dans l’espoir d’y trouver les traces des composants de base de la vie, traces d’une vie passée.

Le voyage de MSL aura duré 254 jours, depuis son départ de Cape Canaveral en Floride le 26 Novembre 2011. Après avoir parcouru 567 millions de kilomètres, Curiosity arpente maintenant le cratère Gale à la recherche d’une possible vie martienne aujourd’hui disparue.

Pour rappel, deux des instruments à bord de Curiosity sont d’origine française, et un millier de spectateurs à Toulouse ont applaudi à l’atterrissage du rover qui a commencé son aventure scientifique.

Les plus curieux pourront suivre l’aventure sur les réseaux sociaux, Twitter et Facebook. Cette nouvelle expédition ne fait que commencer, espérons qu’elle sera pleine de bonnes surprises!

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Nul besoin de faire vos bagages, cette petite planète, d’une taille à peu près égale à deux tiers celle de la Terre, n’est pas très accueillante. UCF -1.01, c’est son petit nom, est un peu chaude: la température y dépasse allègrement les 500 degrés, avec une surface possiblement volcanique ou en fusion ainsi qu’une ridicule atmosphère, si tant est qu’il en existe une.

Cela n’a rien à voir avec un été de canicule, il s’agit de la routine locale. La planète est si proche de son étoile, qui répond au doux nom de GJ 436, qu’elle en fait le tour en 1.4 jours.

Les astronomes qui ont découvert ce nouveau monde poursuivaient l’étude d’une planète de la taille de Neptune en orbite autour de la même étoile. C’est durant ces recherches qu’ils ont réalisé que ce système stellaire voisin abritait peut-être une, voire deux autres planètes.

La confirmation de cette potentielle découverte nécessitera cependant des instruments plus puissants, pas encore disponibles à l’heure actuelle.

Ces recherches ont été effectuées avec le télescope infrarouge Spitzer de la NASA, qui a enregistré de faibles variations dans la quantité de lumière en provenance de GJ 436: ceci pourrait être causé par le transit d’une planète passant devant l’étoile, relativement au télescope.

Un autre instrument de la NASA, Kepler, utilise la même technique pour dénicher de nouvelles exoplanètes. Plus les planètes sont petites, plus il est difficile de les détecter. Parmi les 1800 étoiles que Kepler a identifiées comme pouvant abriter des planètes, seules trois ont été confirmées comme possédant des planètes plus petites que la Terre, et une seule est plus petite que la potentielle planète de Spitzer.

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Bien qu’étant acceptée par un grand nombre de cosmologistes, certains sont loin d’être convaincus de l’existence de l’énergie noire: aujourd’hui encore, celle-ci demeure totalement inconnue. De nombreuses alternatives existent, et certaines d’entre elles peuvent paraître aussi bizarres que l’énergie noire, qu’elles tentent de remplacer.

Certains pensent que depuis la découverte de l’apparente accélération de l’expansion de l’Univers, le problème a en quelque sorte été pris à l’envers… Ainsi, l’énergie noire ne serait que pure fiction, et l’expansion de l’Univers ne serait pas en train d’accélérer. Le responsable de cette illusion? Le temps lui-même, qui ralentirait au point d’un jour disparaître complètement.

Cette idée que le temps lui-même puisse disparaître de l’Univers a été suggérée par les chercheurs José Senovilla, Marc Mars et Raül Vera, de l’Université du Pays Basque à Bilbao et de l’Université de Salamanca en Espagne.

Ce ralentissement serait bien entendu imperceptible à échelle humaine; en revanche, il serait évident à l’échelle cosmique, sur une période de plusieurs milliards d’années.

La proposition de l’équipe, parue dans le journal Physical Review D, explique donc que l’accélération de l’expansion n’est qu’une illusion causée par le ralentissement du temps lui-même, un peu comme une horloge dont la batterie s’épuise. Les scientifiques ne remettent pas en cause l’expansion de l’Univers, mais l’accélération de celle-ci.

A l’heure actuelle, les cosmologistes utilisent la technique dite du redshift pour mesurer la vitesse de l’expansion de l’Univers. En quelques mots, les objets (étoiles, galaxies) s’éloignant de nous apparaissent plus rouges que ceux s’approchant de nous. Des étoiles un peu particulières, les supernovae de type IA, sont utilisées pour ces mesures. Cependant, leur précision dépend de la dimension temporelle, qui demeure invariable à travers l’Univers. Si le temps ralentit, comme le suggère cette théorie, notre dimension temporelle devient tout doucement une nouvelle dimension spatiale. Aisni, les objets distants observés par les cosmologistes sembleraient accélérer.

D’après les calculs de l’équipe, on aurait alors l’impression que l’expansion de l’Univers accélère. L’idée derrière cette théorie est basée sur une variante particulière de la théorie des supercordes, dans laquelle notre Univers se situerait sur une membrane – une brane – flottant dans un espace aux multiples dimensions, un super-univers. Dans des milliards d’années, le temps cesserait d’être… du temps.

Tout serait alors immobile, tel un instant capturé par une photographie, à tout jamais. A ce moment, notre planète aura alors déjà disparu, depuis bien longtemps.

Bien qu’un peu radicale, cette idée n’est pas sans soutiens. Gary Gibbons, un cosmologiste à l’Université de Cambridge au Royaume Uni, trouve que le concept a du mérite. « On pense que le temps a émergé à l’instant du big Bang, et si le temps est apparu, il peut tout aussi bien disparaître – c’est juste l’effet inverse. »

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Encore une fois, les deux frères trop médiatiques sont un peu partout, ici à travers un « article » qui se contente de citer l’imbuvable soupe des jumeaux. Qu’ils publient encore un livre pour y exposer leurs croyances, car c’est bien de cela qu’il s’agit, cela les regarde. Le problème est plutôt qu’encore une fois leur exposition médiatique leur donne une place de choix vis à vis du grand public, ainsi qu’un apparent caractère scientifique qui n’est rien d’autre qu’un mauvais déguisement.

Le titre de leur nouvel ouvrage, bien qu’il annonce la couleur, cache malheureusement un contenu médiocre aux intentions plus que douteuses. En effet, on pourra trouver ici et là un mélange de diverses théories scientifiques, vraisemblablement peu ou pas comprises par les auteurs, assaisonnant un mélange de questions d’ordre métaphysique: même avec les meilleurs ingrédients du monde, on peut préparer une soupe infecte. Histoire de donner une apparente crédibilité à leur propos, les Bogdanov se cachent derrière Einstein et quelques autres grands noms, pensant probablement qu’un vulgaire tour de passe-passe suffira à tromper le lecteur averti. Car citer Einstein n’a jamais fait la valeur scientifique d’un article ou d’un livre, mais bon, cela doit sans doute flatter l’ego des deux frères, qui utilisent le scientifique comme point de départ de leur « essai ».

Un mauvais livre au mauvais endroit… ©shogunHD

Bref, rien de neuf depuis leur précédent ouvrage, si ce n’est peut-être l’espoir de paraître un peu plus crédible. Autant dire que c’est un échec cuisant, bien qu’il ne fait aucun doute que certains trouveront ce gloubi-boulga fascinant, malheureusement. Vulgarisation scientifique? Non, vulgaire pseudo-science, tout au mieux.

Les défenseurs des jumeaux diront peut-être que je devrais faire preuve d’un peu plus d’ouverture d’esprit… Dans ce cas ils feraient bien de jeter un oeil au contenu du blog, qui n’hésite pas à sortir des sentiers battus. Aussi, il est utile de le rappeler, les jumeaux ont tout de même accompli une véritable prouesse : écrire un nouveau bouquin prétentieux au contenu scientifique plus vide que le néant.

Vous l’aurez compris, bien que siégeant dans la catégorie essais scientifiques, ce très mauvais livre trouverait plus facilement sa place au rayon ésotérisme, entre Paco Rabanne et Nostradamus.

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Leur solution? Financer l’intégralité de la mission en faisant de celle-ci une émission… de télé réalité.

L’entreprise hollandaise Mars One est en charge du projet, présenté dans la vidéo qui suit, et compare l’ampleur de l’évènement au premier alunissage. Ils insistent également sur le fait que le projet est entièrement apolitique et indépendant de toute forme de taxes, un effort privé financé par les yeux de téléspectateurs rivés sur leurs écrans.

Romer a annoncé au Daily Mail:

« Le monde entier pourra regarder et participer aux décisions lorsque l’équipe d’astronautes sera sélectionnée, suivre leur entraînement intensif, leur préparation à la mission et évidemment observer leur installation sur Mars une fois arrivés. Les astronautes émigrés partageront leurs expériences avec nous tandis qu’ils construisent leur nouvelle maison, expérimentent et explorent Mars. »

La partie intéressante concerne assurément la contribution du téléspectateur… Il votera par SMS pour son astronaute favori?.. Bref, nous verrons bien…

Quatre explorateurs fouleront le sol martien dès 2023, où un habitat aura déjà été construit, selon les organisateurs. D’autres seront envoyés durant les dix années qui suivent jusqu’à atteindre une population de 20 personnes. Ah, oui. Si vous ne l’aviez pas compris, il ne sera pas question pour ces pionniers d’aller faire du tourisme chez notre voisine Mars: s’ils y vont, c’est pour s’y installer, et y rester.

Plusieurs entreprises de l’aérospatiale ont déjà signifié leur intérêt à Mars One, ainsi que leur capacité à fournir du matériel. La présence de scientifiques plutôt que les habituels businessmen donne également plus de crédibilité au projet. Enfin, de là à envoyer des humains vivre sur une autre planète dans une dizaine d’années, il y a quand même une longue route, qu’importe si le projet est financé par une agence spatiale ou un prime time…

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C’est là le morne futur que nous prédit le modèle cosmologique standard, dans lequel l’expansion de l’Univers ne cesse d’accélérer. La responsable de ce phénomène, appelée énergie noire par les astrophysiciens, demeure un total mystère après plusieurs décennies. S’agit-il d’une force répulsive issue de l’énergie du vide, ou bien la gravité se comporte-t-elle différemment aux grandes échelles? Les deux options ont leurs partisans, et les deux présentent des problèmes de taille…

Et si ce qui se cache derrière cet étrange phénomène était quelque chose de beaucoup plus « banal »? Et si l’énergie noire n’était autre qu’une forme d’ondes électromagnétiques, au même titre que la lumière? Des ondes électromagnétiques avec une longueur d’onde si grande qu’elle serait des milliards de fois plus grande que l’Univers observable. C’est justement la proposition, osée diront certains, de deux cosmologistes qui pensent que de telles ondes pourraient expliquer les champs magnétiques que nous observons jusque dans les régions les plus vides de notre Univers.

A l’heure actuelle, le suspect le plus populaire est connu comme la constante cosmologique, une énergie constante émergeant d’un bain de particules virtuelles qui d’après la théorie quantique remplissent constamment l’espace, autrement désespérément vide.

Pour rendre compte de l’accélération observée, l’énergie noire devrait  avoir une densité d’énergie de l’ordre du joule par kilomètre cube d’espace. En ajoutant la contribution énergétique de toutes les particules virtuelles, les physiciens obtiennent deux valeurs possibles: soit zero, ce qui n’est pas vraiment une bonne nouvelle, soit une énergie quelques 10¹²⁰ fois supérieure (c’est à dire un facteur de 1 suivi de 120 zeros!), ce qui n’est pas une bonne nouvelle non plus!

D’autres chercheurs, face à de tels problèmes, ont alors décidé d’explorer une autre voie: le phénomène serait peut-être dû à la gravité elle-même. A des distances supérieures à plusieurs milliards d’années-lumière, la gravité pourrait peut-être avoir une action répulsive… Evidemment, c’est aller au-delà de la relativité générale d’Eisntein, ce qu’une vaste majorité de chercheurs aujourd’hui qualifient de plutôt « dangereux ». Aussi, la relativité générale prédit-elle avec une précision extrême le mouvement des étoiles et des planètes, il peut donc sembler fou de vouloir la mettre en doute.

Fort heureusement, ceci n’empêche pas certains de continuer à explorer cette voie. Ainsi, Jose Beltrán et Antonio Maroto ont « joué » avec une version modifiée de la gravité connue sous le nom de théorie vecteur-tenseur (en 2008), se rendant compte que celle-ci reproduisait les effets de la mystérieuse énergie noire. Puis les deux chercheurs finirent par remarquer que la nouvelle théorie, supposée décrire une étrange forme de gravité, leur rappelait d’autres équations.

« Elles ressemblaient à de l’électromagnétisme, on a commencé à penser qu’il pouvait y avoir une connexion, » dit Beltrán.

Les chercheurs ont alors décidé de voir ce qu’il se passait si leurs équations ne décrivaient non pas des masses et l’espace-temps, mais des aimants et des courants électriques. Un nouveau regard sur l’électromagnétisme, en quelque sorte. Comme c’est souvent le cas avec les forces fondamentales de la nature, l’électromagnétisme apparaît plus simple lorsque les choses viennent en petits morceaux, ou quanta. Ici les quanta sont des photons, particules sans masse ni charge qui portent les fluctuations des champs électriques et magnétiques, pointant tous deux à angle droit de la direction de leur mouvement.

Cette description, connue sous le nom d’électrodynamique quantique (QED), explique une grande variété de phénomènes, du comportement de la lumière à celui des forces qui unissent les molécules. La QED, qui a soi-disant été la théorie testée le plus précisément à ce jour, a cependant un cadavre ou deux dans le placard… En effet, celle-ci ne décrit pas uniquement les photons, mais également deux autres entités étrangères.

La première est une onde dans laquelle le champ électrique pointe dans la même direction que le mouvement, plutôt qu’à angle droit comme c’est le cas avec des photons ordinaires. Ce mode longitudinal se déplace plutôt comme une onde sonore dans l’air. La deuxième entité, appelée mode temporel, n’a aucun champ magnétique. C’est une onde de pur potentiel électrique. Comme toutes les entités quantiques, ces ondes viennent sous la forme de paquets de particules, formant deux nouvelles sortes de photons.

Etant donné que ceux-ci n’ont jamais été observés, les physiciens ont trouvé un moyen de les cacher. Ils s’en débarrassent à l’aide d’une astuce mathématique, la jauge de Lorenz, qui indique que tous les attributs de ces particules sont exactement opposés, s’annulant ainsi respectivement.

La théorie de Beltrán et Maroto ressemble donc à l’électromagnétisme, mais sans la jauge de Lorenz. Ils ont examiné toutes leurs équations afin de voir les implications cosmologiques qu’elles pourraient avoir.

Ces étranges ondes normalement bannies par la jauge de Lorenz pourraient voir le jour sous la forme de brèves fluctuations quantiques – des ondes virtuelles dans le vide – et ensuite disparaître. Aux tous premiers instants de l’Univers, cependant, on suppose qu’une phase d’expansion d’une extrême violence a eu lieu, l’inflation. Cette phase d’expansion a alors grandement amplifié toutes sortes de fluctuations quantiques: cela a créé  des variations dans la densité de matière, par exemple, donnant finalement naissance aux galaxies et autres structures qui peuplent l’Univers.

C’est justement là que les choses deviennent intéressantes: l’inflation pourrait avoir amplifié ces nouvelles ondes électromagnétiques. Beltrán et Maroto ont trouvé qu’un tel phénomène laisserait derrière lui d’immenses modes temporels: des ondes de potentiel électrique avec des longueurs d’ondes largement supérieures à la taille de l’Univers observable. Ces ondes contiennent évidemment de l’énergie, mais elles sont si grandes que nous ne les percevrions simplement pas comme des ondes. Leur énergie serait donc invisible, noire… de l’énergie noire, peut-être?

Beltrán et Maroto ont nommé leur théorie « magnétisme noir ». Contrairement à la constante cosmologique, le magnétisme noir pourrait bien expliquer la quantité d’énergie noire dans l’Univers. L’énergie dans ces modes temporels dépend très précisément du moment auquel l’inflation a commencé. Un moment possible se situe 10 billionièmes de seconde après le Big Bang, lorsque l’Univers a refroidi sous une température critique et que l’électromagnétisme s’est séparé de la force nucléaire faible pour devenir une force à part entière.

La physique aurait alors connu un changement brutal, peut-être suffisant pour engendrer l’inflation. Si l’inflation s’est produite lors de cette « transition électro-faible », les deux chercheurs ont trouvé que les modes temporels produits auraient une densité d’énergie proche de celle de l’énergie noire. L’accord entre les deux est d’un ordre de grandeur (une des valeurs est 10 fois plus grande que l’autre), ce qui peut sembler plutôt imprécis… Cependant, on peut sans aucun doute y voir une prouesse en comparaison avec la constante cosmologique…

La théorie pourrait également expliquer l’existence de champs magnétiques aux grandes échelles cosmiques. Entre les galaxies, on observe indéniablement la signature de champs magnétiques, polarisant la lumière. Bien que la formation turbulente et la croissance des galaxies puissent amplifier un champs pré-éxistant, l’origine de celui-ci demeure incertaine.

Plus étrange encore, des champs magnétiques semblent avoir envahi même les régions les plus vides de l’Univers. Ici encore, le magnétisme noir pourrait apporter une réponse « simple »: le magnétisme noir produirait, en plus des immenses modes temporels, de plus petites ondes longitudinales rebondissant partout dans l’Univers. Ces ondes pourraient générer le magnétisme observé aux grandes échelles et dans les régions les plus désertes de l’Univers.

Malgré tout, les deux scientifiques veulent rester prudents, étant donné qu’il est toujours risqué de vouloir bousculer une théorie bien établie. Des prédictions pourraient émerger de la théorie et être en totale contradiction avec les observations.

Mais Beltrán et Maroto ont vite été rassurés, car bien que leur théorie rende possible l’existence de ces modes temporels et longitudinaux, la seule chose qui puisse les générer est un champ gravitationnel ultra-piuissant tel que le champ répulsif apparu durant l’inflation. En d’autres termes, à l’échelle de notre système solaire, tout se passe comme le prévoit la QED.

Comment dire alors, si les deux cosmologistes ont vu juste? Le magnétisme noir n’est pas facile à tester. Il est presque constant et aurait un effet quasiment identique à une constante cosmologique, il est donc impossible de les départager simplement en observant l’accélération de l’expansion au cours du temps.

Le fond diffus cosmologique pourrait bien trancher. Ce rayonnement, émis alors que l’Univers n’était âgé que de quelques centaines de milliers d’années, porte l’empreinte des variations causées par l’inflation dans la densité de matière. Il pourrait porter une autre marque: l’inflation devrait avoir énergisé les ondes gravitationnelles, qui auraient ainsi influencé la polarisation des micro-ondes cosmiques d’une manière particulière. Cela renseignerait alors les chercheurs sur la violence et le timing de l’inflation. Le satellite européen Planck pourrait trouver cette signature. Si Planck ou une mission future montre que l’inflation a eu lieu avant la transition électro-faible, alors les scientifiques pourront abandonner le magnétisme noir, en tout cas dans sa forme actuelle.

Un jour prochain, nous pourrions même voir la « lumière » du magnétisme noir. Dans sa forme présente, la théorie prédit que les ondes longitudinales ont une longueur d’onde de l’ordre de quelques centaines de millions de kilomètres, une distance plus grande que celle nous séparant de notre étoile. La détection d’une onde électromagnétique nécessite un instrument guère plus petit que la longueur d’onde: un tel signal pourrait être détecté à l’aide d’un réseau de radiotélescopes spatiaux à travers le système solaire. Si l’inflation a eu lieu plus tôt, alors ces ondes longitudinales seront être à la portée de télescopes terrestres. Beltrán suggère qu’elles pourraient être détectées par le Square Kilometer Array, prévu pour la prochaine décennie.

Si ces ondes électromagnétiques noires peuvent être produite par d’intenses champs gravitationnels, ils pourraient être encore produits de nos jours autour de trous noirs. Beltrán suggère que le trou noir central de la Voie Lactée pourrait émettre de telles ondes. Les deux cosmologistes ont prévu des calculs afin de déterminer si celles-ci seront détectables.

Ils ont d’ores et déjà calculé la tension de l’Univers. La tension des immenses modes temporels a d’abord été nulle au moment de leur création à l’inflation, puis a constamment augmenté. Aujourd’hui, cette tension est estimée à 10²⁷ Volts, soit 1o milliards de milliards de milliards de Volts.

Bien heureusement, cette tension n’a nulle part où se décharger. A moins que, par un mystérieux hasard digne d’un best-seller de science-fiction, un univers parallèle ne se balade dans les parages. La rencontre détruirait alors probablement l’Univers tel que nous le connaissons… Au moins, cela réserverait à notre Univers une fin un peu plus grandiose qu’une baignade dans une mer d’obscurité. Le plus dantesque des finals, un feu d’artifice sans commune mesure.

Référence

The Dark Magnetism of the Universe, Jose Beltran Jimenez, Antonio L. Maroto arXiv:1112.1106v1

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D’après les récents calculs du cosmologiste Abraham Loeb, le moment idéal pour observer l’Univers était il y a un peu plus de 13 milliards d’années, 500 millions d’années seulement après le Big Bang. Plus on s’éloigne de ce moment, plus on perd d’information au sujet du jeune Univers.

« Je suis heureux d’être un cosmologiste à une époque cosmologique durant laquelle on peut encore récupérer des informations sur les débuts de l’Univers, » a dit Loeb.

Deux processus opposés définissent le meilleur moment pour observer l’Univers. Durant la jeunesse de celui-ci, l’horizon cosmique est plus proche de vous, vous voyez donc moins. Quand il vieillit, vous pouvez en voir davantage puisque la lumière a eu plus de temps pour voyager des régions distantes de l’Univers jusqu’à vous. Cependant, dans un Univers plus vieux et plus évolué, la matière s’est effondrée pour former des objets gravitationnellement liés, ce qui rend l’image de l’Univers « trouble », les traces des conditions initiales aux petites échelles étant perdues. Les deux effets s’opposent, l’un améliorant la situation tandis que l’autre l’aggrave.

Loeb s’est ainsi demandé quelle époque aurait les meilleures conditions d’observation. Selon lui, cette époque se situait 500 millions d’années après le Big Bang.

C’est précisément la période durant laquelle les premières étoiles et galaxies ont commencé à se former. Cela semble logique: puisque l’information du jeune Univers est perdue quand les premières galaxies sont formées, le meilleur moment pour observer les perturbations cosmiques se situe juste avant que les premières étoiles ne commencent à se former.

Il n’est cependant pas trop tard. Les observateurs modernes que nous sommes ont toujours accès à cette période de l’évolution de l’Univers, grâce à la détection des émissions radio de l’hydrogène gazeux de l’époque. Ces ondes radio mettent plus de 13 milliards d’années à nous atteindre, on peut donc toujours voir à quoi le jeune Univers ressemblait, et cartographier la distribution de matière.

Bien entendu, ces calculs reposent sur le modèle cosmologique standard, et celui-ci offre pas un futur qui n’est pas des plus reluisants aux cosmologistes. Parce que l’expansion de l’Univers accélère, les galaxies s’éloignent progressivement au-delà de l’horizon. La lumière en provenance de ces galaxies distantes n’atteindra jamais la Terre. Et dans un futur plutôt lointain, la seule chose restant à contempler, ne sera plus qu’un immense vide, baigné dans l’obscurité.

Référence

The Optimal Cosmic Epoch for Precision Cosmology, A. Loeb: arXiv:1203.2622v2

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La première étude, supposée montrer l’absence de matière noire dans une région entourant notre système solaire, avait analysé les mouvements de plus de 400 étoiles dans un rayon de 13000 années-lumière autour du Soleil, afin de déterminer la masse de matière (visible et noire) présente dans cette région.

Selon Jo Bovy et Scott Tremaine de l’Institute For Advanced Study à Princeton, l’équipe qui a publié ses résultats a fait une petite erreur.

L’équipe menée par Christian Moni-Bidin s’était concentrée sur des étoiles dont l’orbite les menait à des distances assez éloignées du disque galactique. Elle a utilisé la vitesse à laquelle ces étoiles orbitent le centre de la Voie Lactée afin de déterminer l’influence de la matière environnante sur leur mouvement. L’équipe a supposé que la vitesse des étoiles est la même quelle que soit la distance les séparant du centre galactique. Les observations d’amas de poussière ont montré que ceci est vrai pour de jeunes étoiles en orbite dans le disque galactique, qui se déplacent majoritairement le long d’un cercle quasiment parfait.

Mais les étoile qui sont en orbite très au-dessus ou très en-dessous du disque ne peuvent pas avoir une orbite circulaire, affirme Bovy. Les seules étoiles se trouvant à de telles distances ont été éjectées du disque par la matière dans les bras spiraux de la Galaxie, les envoyant ainsi sur des orbites très elliptiques.

Ceci a pour conséquence une vitesse variable, dépendante de la distance au centre de la galaxie. En moyenne, Bovy et Tremaine ont trouvé que ces étoiles ont une vitesse plus faible que celle supposée par Moni-Bidin et ses collègues. Ainsi, la première équipe de chercheur aurait sous-estimé la masse totale de matière dans le voisinage du Soleil.

Après une nouvelle analyse des données, Bovy et Tremaine ont trouvé une quantité de matière noire en accord avec les prédictions théoriques. Enfin, pas tout à fait: d’après ces nouveaux calculs, il y aurait en fait jusqu’à 20% de matière noire en plus que ce que les astronomes pensaient jusque-là!..

Cela, d’après Bovy, est de bon augure pour les tentatives de détection de matière noire sur Terre. Tentatives qui, rappelons-le, ont jusque-là toutes échoué…

Référence

On the local dark matter density, Jo Bovy, Scott Tremaine: arXiv:1205.4033v1

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Trop éloignée pour être vue facilement par nos télescopes, il semblerait que la potentielle planète révèle sa présence en perturbant l’orbite de certains objets de la ceinture de Kuiper, d’après Rodney Gomes, astronome à l’Observatoire National du Brésil à Rio. Celui-ci a présenté ses résultats lors d’un meeting de l’American Astronomical Society à Timberline Lodge, Oregon, aux Etats-Unis.

La ceinture de Kuiper, située au-delà de l’orbite de Neptune, est constituée d’une myriade de petits objets glacés. Pluton, longtemps considérée la neuvième planète de notre système solaire, fait elle-même partie de la ceinture de Kuiper (dont elle est l’un des plus gros objets), avec d’autres planètes naines, catégorie à laquelle elle appartient désormais. Chaque année, des dizaines de nouveaux objets de plusieurs centaines de kilomètres de diamètre y sont découverts.

Selon les calculs de Gomes, certains des occupants de la ceinture de Kuiper possèdent d’étranges orbites comparées à celles qu’ils sont censés avoir d’après les différents modèles du système solaire.

Plusieurs explications sont possibles, mais selon Gomes la présence d’une planète massive extrêmement éloignée semble être la plus simple.

Dans son étude, l’astronome a analysé les orbites de 92 objets de la ceinture de Kuiper, puis a comparé ses résultats à différentes simulations de leur distribution en présence et en l’absence d’une nouvelle planète.

S’il n’y a aucun monde distant, conclut Gomes, les modèles ne produisent pas d’orbites suffisamment allongées pour six des objets étudiés.

La taille de l’hypothétique planète est inconnue, mais les possibilités sont nombreuses. Gomes pense qu’une planète de la taille de Neptune, environ quatre fois plus grosse que la Terre et située à environ 260 milliards de kilomètres du Soleil (soit 1500 fois la distance Terre-Soleil à peu près), ferait l’affaire.

Mais une planète de la taille de Mars (grosso-modo la taille de la Terre) avec une orbite très allongée conviendrait également. Dans ce cas, la planète se trouverait occasionnellement à quelques 8 milliards de kilomètres de notre étoile.

Gomes imagine qu’il pourrait s’agir d’une planète vagabonde éjectée de son système stellaire et plus tard capturée par l’attraction gravitationnelle du Soleil. Ou celle-ci aurait pu se former beaucoup plus près de notre étoile, avant d’être repoussée dans les tréfonds du système solaire suite à une « partie de billard » cosmique avec d’autres planètes.

Cependant, prouver l’existence d’une telle planète relève de la véritable performance. Celle-ci pourrait être très sombre. Aussi, les calculs de Gomes ne permettent en aucun cas de déterminer la position de l’hypothétique astre: il pourrait se trouver n’importe où.

D’autres astronomes sont intrigués, mais il leur en faudra beaucoup plus avant de remonter le nombre de planètes dans notre système solaire à neuf. La plupart ne voient d’ailleurs aucune preuve dans cette analyse, mais reconnaissent volontiers que Gomes a trouvé là un moyen de montrer comment une autre planète sculpterait notre système solaire.

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La Voie Lactée est composée de quelques centaines de milliards d’étoiles (entre 200 et 400 milliards), de gaz et de poussières contenus dans une spirale plane en rotation autour d’une barre centrale. Avec un diamètre d’à peu près 100000 années-lumières, il faut donc environ 100000 ans à la lumière pour voyager d’une extrémité à l’autre de la galaxie. La Voie Lactée possède également de nombreux satellites, de petites galaxies ainsi que de grands groupes d’étoiles appelés amas globulaires. Ces satellites se trouvent tous en orbite à des distances variables.

Le modèle communément admis par les scientifiques suppose l’existence d’une forme transparente de matière de nature inconnue, détectable uniquement grâce à son influence gravitationnelle, la matière noire. Cette mystérieuse substance est supposée représenter plus de 20% du contenu de l’Univers. Toujours d’après ce modèle, la Voie Lactée devrait avoir beaucoup plus de satellites que ce que l’on observe.

Des astronomes de l’Université de Bonn, en Allemagne, ont étudié la périphérie de notre galaxie afin de mieux comprendre ce qui l’entoure. A l’aide d’un arsenal de données d’origines variées (allant de plaques photographiques du siècle dernier à de récentes images obtenues par le Sloan Deep Sky Survey), les chercheurs ont établi une carte détaillée des différentes galaxies satellites et des amas globulaires autour de la Voie Lactée.

D’après leurs résultats, tous les objets en orbite autour de notre galaxie se trouvent dans un plan perpendiculaire au disque galactique. La structure formée par ces objets s’étend de plus de 33000 années-lumière jusqu’à un million d’années-lumière du centre de la Voie Lactée. Alors qu’ils se déplacent autour de la Voie Lactée, les différents objets laissent derrière eux d’importantes quantités de matière, des étoiles et parfois du gaz, qui forment de longues traînées le long de leur chemin. D’après les analyses des scientifiques, ces traînées de matière se trouvent elles aussi dans le même plan: ceci indique donc non seulement que ces objets se trouvent dans ce plan à l’heure actuelle, mais aussi qu’ils s’y trouvaient déjà par le passé. Cette structure est donc stable.

C’est justement là qu’il y a un problème avec le modèle et la matière noire. Selon le modèle, les différents satellites de la Voie Lactée se sont formés individuellement avant d’être capturés par la Voie Lactée. Ces galaxies satellites auraient donc dû venir de différentes directions, ce qui est quasiment impossible d’après ces nouvelles observations, comme l’a expliqué Pavel Kroupa, professeur d’astronomie à l’Université de Bonn et membre de l’équipe de scientifiques.

Un autre membre de l’équipe, Jan Pflamm-Altenburg suggère une autre explication: les différents satellites, galaxies et amas, auraient pu se former simultanément suite à une importante collision entre notre galaxie et une autre il y a environ  11 milliard d’années. Ce type d’évènement est en effet assez fréquent dans l’Univers et mène généralement à la formation d’objets tels que des amas d’étoiles ou des galaxies naines.

Enfin, Kroupa élargit les implications de cette nouvelle observation jusqu’à mettre en doute l’existence de la matière noire: « Notre modèle semble exclure toute présence de matière noire dans l’Univers, menaçant ainsi un des piliers du modèle standard cosmologique. Nous voyons ceci comme le début d’un changement de paradigme, un changement qui nous mènera finalement à une nouvelle compréhension de l’Univers dans lequel nous vivons. »

Evidemment, ceci n’est pas suffisant pour oublier la matière noire et déjà la remplacer par autre chose. Cependant, après des décennies à chasser celle-ci sans succès, l’apparition de nombreuses alternatives, et un nombre croissant d’observations semblant contredire l’existence de l’étrange substance, il semblerait bien que la seule chose dont on puisse certain, c’est que l’on est sûr de rien.

Référence

The VPOS: a vast polar structure of satellite galaxies, globular clusters and streams around the Milky Way, M. S. Pawlowski, et al. http://arxiv.org/abs/1204.5176

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Pour parvenir à cette conclusion, les astronomes ont utilisé le télescope MPG/ESO de l’observatoire de La Silla ainsi que quelques autres, afin d’étudier les mouvements de plus de 400 étoiles dans un rayon de 13000 années-lumière. A l’aide de ces données, ils ont calculé la masse de matière dans le voisinage du Soleil, dans un volume quatre fois plus grand que ce qui avait été étudié jusque là.

D’après Christian Moni Bidin, un des chercheurs de l’équipe, la quantité de masse issue de leurs calculs est en excellent accord avec les observations (étoiles, poussières et gaz), mais cela ne laisse aucune place pour autre chose – comprenez la matière noire, contrairement à ce qui était attendu. D’après les calculs des scientifiques, celle-ci aurait dû apparaître de manière évidente dans les mesures, mais elle n’était tout simplement pas là.

La matière noire, totalement transparente, n’est détectable qu’à travers son attraction gravitationnelle. L’existence de cette étrange substance a été suggérée afin d’expliquer comment les parties externes des galaxies (y compris la nôtre) pouvaient tourner si rapidement. La majeure partie de la communauté scientifique estime aujourd’hui qu’environ 80% de la masse de l’Univers est constituée de matière noire. Cela peut sembler surprenant, d’autant plus que jusqu’à aujourd’hui toutes les tentatives de détection directe de celle-ci en laboratoire ont échoué.

© ESO/L. Calçada

En mesurant très précisément les mouvements de nombreuses étoiles, particulièrement celles qui sont éloignées du plan galactique, les astronomes peuvent déduire quelle quantité de matière est présente. Les mouvements des étoiles sont le résultat de l’attraction gravitationnelle mutuelle de toute la matière, qu’il s’agisse d’étoiles, de gaz, de poussières ou bien de matière noire.

Les modèles actuels de formation des galaxies suggèrent que la Voie actée est entourée d’un halo de matière noire. Il n’est pas possible de déterminer précisément la forme du halo, mais les astronomes s’attendent malgré tout à trouver d’importantes quantités de matière noire dans la région autour du Soleil. Seules quelques configurations peu probables telles qu’une forme en « ballon de rugby » pourraient expliquer l’absence de matière noire observée dans cette nouvelle étude.

Cela veut-il dire que la mati!ère noire n’est qu’une illusion? Certainement pas, d’autres analyses sont nécessaires. Cependant, il semble très improbable que la matière noire, si elle existe, puisse être détectée en laboratoire: ceci expliquerait aussi pourquoi les différentes tentatives ont toutes échoué jusqu’à maintenant.

Enfin, de nombreuses alternatives à la matière noire existe, et ce nouveau résultat devrait renforcer l’intérêt pour ces théories. Quoi qu’il en soit, le mystère qui entoure la matière noire n’a jamais été si obscur…

Référence

Kinematical and chemical vertical structure of the Galactic thick disk II. A lack of dark matter in the solar neighborhood, Moni-Bidin et al. arXiv:1204.3924v1

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Le principe de fonctionnement des warp drives consiste à déformer l’espace-temps lui-même en formant une bulle autour du vaisseau, permettant à celui-ci de voyager sur de très longues distances. Ces « moteurs » ont été imaginés par le physiscien mexicain Miguel Alcubierre en 1994 comme un moyen de voyager à des vitesses supérieures à celle de la lumière.

La relativité d’Einstein n’est en fait jamais violée: ce n’est pas le vaisseau lui-même qui se déplace, mais l’espace situé autour du vaisseau. En effet, l’idée est de contracter l’espace à l’avant du vaisseau, tout en le dilatant à l’arrière. Ainsi, tout passager voyageant à l’aide d’une telle technologie ne subirait pas l’effet de dilatation temporelle. Cependant, bien que théoriquement acceptable, l’obtention ou le principe de fonctionnement d’une telle technologie demeurent complètement inconnus.

Selon le Professeur Lewis, les particules accumulées à l’avant du vaisseau durant le voyage seraient relâchées à une énergie si haute lors de l’arrêt du vaisseau que toute chose se trouvant en contact avec elles serait détruite. Durant le voyage, cela pourrait également menacer la sécurité des passagers.

Une autre observation, rendue possible par la relativité, vient de la quantité d’énergie libérée à l’arrêt du vaisseau: celle-ci n’a aucune limite. Plus le voyage est long, plus la quantité d’énergie libérée à l’arrivée sera grande.

Tout cela est bien évidemment purement théorique, et il est fort possible qu’une telle technologie ne voit jamais le jour (enfin, on ne sait jamais…). A quoi bon s’amuser à explorer la théorie de la relativité, dans ce cas? Tout simplement parce que cela peut avoir d’importantes applications dans nos vies quotidiennes: sans relativité, nous n’aurions pas de GPS aujourd’hui, par exemple.

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Les deux planètes géantes sont âgées d’environ 12.8 milliards d’années: elles se seraient donc formées peu de temps après la naissance de l’Univers, à peine un milliard d’années après le Big Bang!

La Voie Lactée elle-même ne s’était pas encore formée à l’époque. Durant de récentes observations, Johny Setiawan et ses collègues de l’Institut Max Planck en Allemagne ont relevé les signatures des deux planètes, en orbite autour de l’étoile HIP 11952.

D’après leurs calculs, une des planètes est presque aussi massive que Jupiter, complétant une orbite en seulement 7 jours; l’autre planète, quant à elle, serait trois fois plus massive que Jupiter et ferait le tour de l’étoile en 9 mois et demi.

Si elles se sont formées bien après leur étoile est possible que les planètes soient plus jeunes qu’elles n’apparaissent, mais cela est très peu probable selon l’équipe de chercheurs.

Les planètes ont été détectées grâce aux variations périodiques dans la lumière de l’étoile causées par leur attraction gravitationnelle. Cette découverte indique donc que la formation de planètes était possible dans l’Univers jeune, même si les étoiles présentes à l’époque étaient pauvres en métaux (elles étaient constituées majoritairement d’hydrogène et d’hélium). Ceci va à l’encontre du modèle de formation par accrétion, largement accepté aujourd’hui. D’après ce modèle, des éléments lourds sont nécessaires à la formation de planètes.

Même les géantes gazeuses telles que Saturne et Jupiter ont besoin d’éléments lourds pour prendre forme (c’est en tout cas l’hypothèse actuelle), leurs coeurs étant solides.

Jusque-là, le modèle d’accrétion a toujours été appuyé par les observations: la plupart des étoiles possédant des planètes sont relativement jeunes avec des abondances d’éléments lourds élevées.

On pourrait cependant voir ici un biais observationnel, d’après Setiawan: le modèle de formation par accrétion pourrait sembler juste uniquement parce que les astronomes ont concentré leurs observations sur des étoiles jeunes, comme notre Soleil. Il sera donc bon d’observer un plus grand nombre de vieilles étoiles, pauvres en métaux afin de s’en assurer.

Quoi qu’il en soit, avec des observations toujours plus pointues, il est fort probable que de nombreuses autres surprises n’attendent qu’à être observées, et poussent de nouveau les astronomes à repenser leurs modèles…

Référence

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Vu d’ici, le « visage » de la Lune semble toujours le même, en quelque sorte figé. Cependant, comme sa surface en témoigne, le passé de la Lune a été des plus mouvementés. Et du coup, condenser 4,5 milliards d’années d’histoire en trois minutes permet d’apprécier avec un nouveau regard ce passé turbulent! Parce qu’elle n’a pas d’atmosphère ou de tectonique des plaques comme notre planète, la Lune porte ses cicatrices depuis qu’elles sont apparues, et celles-ci y resteront indéfiniment.

C’est aussi là que se trouve tout l’intérêt de retracer l’histoire de notre satellite: c’est un livre ouvert sur le passé, et pas seulement le sien. En effet, le sol lunaire porte également en lui une partie de l’histoire et de l’évolution de notre planète, mais aussi de la galaxie tout entière. C’est en quelque sorte le livre d’histoire de cette petite partie de l’Univers, une photographie, exposée durant plusieurs milliards d’années aux impacts et au rayonnement.

Il y aurait sans aucun doute beaucoup à apprendre de nouvelles missions habitées sur la Lune, et ce n’est sûrement pas l’envie de nombreux scientifiques qui manque. Malheureusement, ceci n’est plus au programme depuis 40 ans, et ne le sera probablement pas avant très longtemps…

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Startram, le système de lancement proposé, n’utilise aucun carburant conventionnel comme c’est le cas habituellement. Le principe est simple, il s’agit d’une catapulte électromagnétique: une charge à l’intérieur d’un contenu magnétisé est propulsée magnétiquement. L’idée n’est pas nouvelle, mais elle n’a jamais été mise en pratique.

Cependant, les concepteurs de Startram insistent sur le fait que celui-ci utilise des technologies dores et déjà disponibles, tout en étant commercialement faisable. Les concepteurs en question semblent on ne peut plus qualifiés: il s’agit du Dr. James Powell, co-inventeur du train à lévitation magnétique (le Maglev), et du Dr. George Maise, ingénieur aérospatial.

Les deux hommes proposent deux types de transport: une version cargo (Generation 1), qui ne transporterait que du matériel, et une version passager (Generation 2). De prime abord, le projet semble faire dans la démesure. La version cargo coûterait environ 20 milliards de dollars, tandis que la version passager en coûterait 60. La version cargo pourrait être construite à flanc de montagne, alors que la version passager nécessiterait des tubes à lévitation pour maintenir la piste de lancement en l’air.

D’après leurs plans, la génération 2 nécessiterait un tunnel de lancement d’une longueur d’un peu plus de 1600 kilomètres, atteignant une altitude de 20 kilomètres. La piste serait liée au sol tout en étant maintenue dans les airs par lévitation magnétique pure; elle serait complètement enveloppée dans un tunnel à vide afin d’éviter toute onde de choc due à la vitesse du vaisseau d’environ 9 kilomètres par seconde. A la sortie du tunnel, le vaisseau pourrait aisément atteindre une orbite basse.

Selon les deux scientifiques, la force de lévitation serait plus que largement suffisante pour éviter tout risque d’accident. Mais avec un coût pareil, quel peut bien être l’intérêt d’un projet comme Startram? Bien que le coût de production soit très élevé, son utilisation serait en revanche très économe. A titre d’exemple, envoyer un astronaute sur la station spatiale internationale coûte aujourd’hui 20 millions de dollars… Avec Startram, cela coûterait seulement 5000 dollars!

Enfin, développer un tel système est faisable avec des technologies déjà disponibles à l’heure actuelle. Bien que les vitesses requises soient plus de 50 fois supérieures à celle du train maglev (qui voyage à une vitesse d’environ 600 km/h), la technologie nécessaire est semblable. Le principal défi vient plutôt de l’échelle du projet. Le concept a été étudié par une équipe de chercheurs des Sandia National Laboratories, et ceux-ci n’ont trouvé aucune faille.

Sur leur site, Powell et Maise discutent de l’intérêt de Startram: protection contre d’éventuels impacts d’astéroïdes, récolte d’énergie solaire, ou encore exploitation minière d’astéroïdes et de comètes ainsi que la colonisation spatiale… Envie de prendre un billet?

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Abell 520 est le résultat de la fusion gigantesque d’amas de galaxies, situé à 2.4 milliards d’années lumières de notre Terre. La matière noire, totalement invisible (ou plus exactement transparente) n’est détectée qu’à travers ses effets gravitationnels. Ainsi, la présence de cette hypothétique substance est détectée grâce à l’effet de lentille gravitationnelle, provoquant la formation d’images distordues de galaxies lointaines situées en arrière-plan.

Grâce à cette technique, les astronomes ont pu établir qu’Abell 520 possède un « coeur noir », contenant beaucoup moins de galaxies que le prévoit la théorie, si celles-ci étaient ancrées à la matière noire. Il semblerait que la plupart d’entre elles aient continué leur chemin, loin de la collision.

En quelques mots, la théorie actuelle ne permet tout simplement pas d’expliquer les observations de Hubble.

En 2007, lorsque la matière noire de l’amas fut étudiée pour la première fois, les astronomes ont ignoré les résultats, jugés invraisemblables à cause de trop peu de données. Les nouvelles observations de Hubble confirment que la matière noire et les galaxies sont bel et bien séparées.

Quand des amas de galaxies se rencontrent, les astronomes s’attendent à ce que les galaxies suivent la matière noire, un peu comme un chien au bout d’une laisse. D’un autre côté, les nuages de gaz intergalactique chauds, émettant des rayons X, se percutent, ralentissent et restent à la traîne suite à l’impact.

Jusque-là, la théorie fonctionnait à la fois dans le domaine visible et dans l’X avec l’amas du Boulet par exemple, considéré comme un exemple du comportement de la matière noire…

Mais Abell 520 semble indiquer que les choses ne sont pas si simples. A l’origine, les astronomes ont observé que le coeur de l’amas était riche en matière noire et gaz chauds, mais dépourvu de galaxies lumineuses, comme on s’attend à en voir habituellement. Le gaz chaud a été détecté à l’aide de l’observatoire Chandra, tandis que le télescope Canada-France-Hawaii et le télescope Subaru ont utilisé l’effet de lentille gravitationnelle pour détecter (indirectement) la matière noire.

© NASA, ESA, CFHT, CXO, M.J. Jee (University of California, Davis), and A. Mahdavi (San Francisco State University)

C’est enfin avec l’aide du télescope spatial Hubble que les astronomes ont pu cartographier la distribution de matière noire: à leur surprise, les résultats de 2007 furent confirmés.

« On connaît peut-être six exemples de collisions d’amas de galaxies à grande vitesse où la distribution de matière noire a été cartographiée, » a dit James Jee de l’Université de Californie à Davis. « Mais l’amas du Boulet et Abell 520 sont les deux amas qui montrent les signes de fusions récentes, et ils sont en contradiction. Aucune théorie ne peut expliquer le comportement de la matière noire dans ces deux collisions. Il nous faut plus d’exemples. »

Plusieurs explications ont été proposées, mais toutes ont un aspect plus ou moins troublant. Dans un cas, qui aurait des implications stupéfiantes, de la matière noire pourrait être « collante », c’est à dire qu’elle interagirait avec elle-même, contrairement à ce qu’on imagine à l’heure actuelle.

Une autre explication pourrait venir du fait qu’Abell 520 est le résultat d’une collision beaucoup plus complexe que l’amas du Boulet: il aurait pu se former suite à la collision de trois amas, et non deux comme dans le cas de l’amas du Boulet.

Une troisième possibilité, le coeur contenait beaucoup de galaxies trop sombres pour être détectées, même par Hubble, ce qui impliquerait que ces galaxies auraient formé beaucoup moins d’étoiles que dans les autres galaxies. A l’aide des données de Hubble, le groupe de chercheurs à l’origine de la découverte espère pouvoir simuler la collision, et peut-être obtenir de nouvelles réponses sur l’étrange comportement de la matière noire.

Enfin, l’explication pourrait aussi être d’une toute autre nature… En effet, malgré d’apparentes certitudes, la seule chose que l’on sache au sujet de la matière noire, c’est que l’on ne sait absolument rien…

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La théorie de l’inflation permet d’expliquer (entre autres) pourquoi l’Univers tel qu’on l’observe aujourd’hui est plat. Les conclusions de la théorie sont notamment en bon accord avec les observations du satellite WMAP qui étudie le fond diffus cosmologique.

Malgré son apparente réussite, l’inflation est-elle la seule à pouvoir décrire les premiers instants de l’Univers (on peut même pousser la question plus loin en se demandant si c’est tout simplement le bon modèle)?

C’est la question qu’ont posée des physiciens de l’Université de Buffalo, et qui concluent que bien que l’inflation ne soit pas le seul modèle viable pour décrire le jeune Univers, les autres possibilités nécessitent une physique plutôt « étrange », avec par exemple une vitesse du son supérieure à celle de la lumière.

L’équipe de chercheurs a trouvé que seulement trois théories permettent de décrire les premiers instants de l’Univers tout en étant en accord avec la distribution de matière actuelle dans l’Univers. Ils ont supposé dans leurs calculs que la théorie de la relativité est correcte ainsi qu’un Univers très tôt en expansion – des suppositions largement acceptées.

D’après leurs résultats, seules trois possibilités sont viables: la théorie incorpore soit une phase d’expansion accélérée (inflation), soit une vitesse du son supérieure à celle de la lumière, soit des énergies si hautes qu’elle nécessite une théorie quantique de la gravitation comme la théorie des cordes, qui prédit l’existence de dimensions supplémentaires.

« Le résultat notable est que l’inflation s’avère être le seul modèle qui reste dans le contexte de la physique standard, » a dit Will Kinney, un professeur associé de physique, qui attribue à son collègue Ghazal Geshnizjani l’idée de cette étude. « Je pense qu’à bien des égards cela place l’inflation sur une base beaucoup plus solide, étant donné que les alternatives ont des problèmes ou quelques bizarreries. »

« Cela pourrait très bien être le fait du son se propageant à une vitesse supérieure à celle de la lumière, mais je pense que d’une manière générale les gens se sentent plus à l’aise avec des phénomènes où des vitesses supérieures à celle de la lumière ne sont pas nécessaires, » a continué Kinney. « L’inflation ne requiert aucune physique exotique, c’est juste de la physique des particules standard. »

Il est vrai qu’imaginer une vitesse du son supérieure à celle de la lumière peut sembler surprenant, et aussi sembler dérangeant. Cependant, on notera que les mécanismes physiques derrière l’inflation sont encore loin d’être connus: l’inflation repose essentiellement sur des modélisations ad hoc. Bref, quand bien même l’inflation fait aujourd’hui partie intégrante du modèle standard, elle pourrait très bien s’avérer ne pas être correcte dans le futur…

Référence

Ghazal Geshnizjani, William H. Kinney, Azadeh Moradinezhad Dizgah – General Conditions for Scale-Invariant Perturbations in an Expanding Universe arXiv:1107.1241v1

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Cette planète orbite l’étoile GJ 1214 à 40 années-lumière de la Terre, et elle a été découverte en 2009 par le projet MEarth qui cherche des planètes semblables à la nôtre, autour d’étoiles froides et peu lumineuses, des naines rouges. Ces étoiles sont particulièrement communes, elles représentent environ 80% des étoiles dans le ciel, et ont l’avantage d’être froides: pour avoir une température suffisante pour abriter de l’eau liquide, toute planète doit alors être plutôt proche de son étoile. Ceci rend la découverte de ce type de planètes plus facile, leur période orbitale étant ainsi très courte.

Cependant, GJ 1214b n’a pas grand chose en commun avec la Terre! En effet, elle est  6.5 fois plus massive que notre planète et orbite son étoile à une distance de 2 millions de kilomètres, avec une température moyenne d’environ 230°C.

Malgré tout, une caractéristique rapproche les deux planètes: l’eau, beaucoup d’eau. Vu d’ici, la planète passe devant son étoile toutes les 38 heures, bloquant à chaque fois une partie de la lumière en provenance de l’étoile: c’est de cette façon que la planète a été découverte. Seulement, cette exoplanète possède aussi une atmosphère très épaisse, et celle-ci absorbe également une partie de la lumière de l’étoile. Les différents composants de l’atmosphère absorbent la lumière différemment: chaque élément a un impact différent sur le spectre lumineux (les différentes couleurs présentes dans la lumière).

En analysant le spectre de la lumière, les astronomes peuvent donc déterminer quels éléments sont présents dans l’atmosphère d’une planète. Des premières mesures avaient permis d’établir que quelque chose absorbait la lumière, il était cependant impossible de savoir quoi exactement. De nouvelles observations effectuées par le télescope spatial Hubble ont donné la réponse la plus probable: de l’eau. La brume par exemple absorbe plus de lumière visible que de lumière infrarouge, mais ce n’est pas ce que Hubble a observé. D’après ces nouveaux résultats, l’atmosphère de la planète devrait être constituée d’au moins 50% d’eau (en termes de masse)!

Etant donné la taille de la planète, sa densité est plutôt faible, environ 2 grammes par centimètre cube. A titre de comparaison, la Terre a une densité de 5.5 grammes par centimètre cube! Une planète rocheuse plus massive que la Terre aurait probablement une densité plus forte, ceci tend donc à confirmer que la planète contiendrait de grandes quantités d’eau (l’eau a une densité d’un gramme par centimètre cube).

D’après les scientifiques à l’origine de la découverte, cette planète devrait être plutôt bizarre. A cause des hautes températures et des hautes pressions dans la basse atmosphère, l’eau y existe probablement sous des formes exotiques, comme de la « glace chaude » ou de l’eau « superfluide ». Vraisemblablement la planète s’est formée plus loin de son étoile, pour ensuite migrer vers son orbite actuelle, un phénomène apparemment commun dans la formation des planètes.

Finalement, encore une fois, notre système solaire fait figure d’endroit plutôt « normal » en comparaison. Notre Univers est parfois bien étrange, et il nous réserve sûrement de nombreuses autres surprises. Qui sait à quoi celles-ci ressembleront…

Image: NASA, ESA, and D. Aguilar (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)

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Du côté de ceux qui contestaient les résultats de ces observations (c’est à dire à peu près tout le monde…), on envisageait un problème de GPS. Il semblerait en effet qu’il y ait un problème avec ce dernier… D’après le site ScienceInsider, le responsable serait un câble défectueux reliant le système GPS à un ordinateur.

Un peu plus tard dans la même journée (hier), James Gillies, porte-parole du CERN, nous apprenait qu’il y avait effectivement des doutes quant à la fiabilité des résultats.

Afin de confirmer la possible (très très probable) erreur, de nouvelles mesures devront être effectuées.

Les physiciens de l’expérience OPERA, à l’origine de ces résultats, avaient annoncé lors de leur publication avoir tout recontrôlé et revérifié durant plusieurs mois avant de rendre les résultats publics. Un second test en Novembre dernier avait semble-t-il confirmé les résultats de l’équipe.

Gillies a enfin ajouté qu’un communiqué complet sera rendu demain.

Le relativité restreinte est probablement l’une des théories ayant subi le plus grand nombre de tests à ce jour, sans jamais faillir. Aussi, il est quasiment certain que les résultats de l’expérience OPERA sont incorrects. Il semblerait bien finalement que l’avenir de ces résultats ne tiennent qu’à un « câble »…

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Le redshift cosmologique, témoin de l’expansion de l’Univers, rend compte du décalage vers le rouge (l’allongement de la longueur d’onde) du spectre des galaxies lointaines: celles si s’éloignent de nous, d’autant plus vite qu’elles sont distantes. Deux autres propriétés, en plus du redshift cosmologique, sont souvent attribuées à l’expansion de l’espace: la récession des galaxies à des vitesses superluminiques (les galaxies s’éloignent les unes des autres à des vitesses supérieures à celle de la lumière), et des distances à l’horizon supérieures à l’âge de l’Univers (pour faire simple, des objets se trouvant aujourd’hui à une distance supérieure à 13,7 milliards d’années lumières).

Fulvio Melia, du département de physique de l’Université d’Arizona aux Etats-Unis, a réétudié cette interprétation de l’espace en expansion. D’après lui, il s’agirait là d’une mauvaise interprétation due au choix de coordonnées pour effectuer les mesures: le redshift cosmologique pourrait être calculé uniquement à l’aide d’effets cinématiques et gravitationnels, sans qu’aucune expansion de l’espace ne soit nécessaire. Dans ce cas, les différents objets astrophysiques ne sont plus statiques dans un espace en expansion, mais en mouvement dans un espace fixe.

Au centre de la question posée par Melia se trouve le choix de coordonnées utilisées. La cosmologie standard est basée sur ce que l’on appelle la métrique Friedmann-Robertson-Walker (FRW – la métrique est la fonction mathématique définissant la distance entre les différents éléments de l’Univers) pour un espace tridimensionnel homogène et isotrope. Dans son étude, Melia a uniquement pris un compte un sous-ensemble des métriques FRW (six cas différents en tout), des cas particuliers où la courbure de l’espace temps est constante et permet l’écriture de la métrique sous une forme de statique. Comme l’explique Melia, ce choix a été guidé par des raisons de simplicité.

Pour ses calculs, le chercheur a utilisé un nouveau jeu de coordonnées transformées (je ne rentrerai pas dans les détails) et est parvenu à un résultat extrêmement intéressant: le redshift cosmologique peut-être calculé uniquement à l’aide d’effets cinématiques et gravitationnels (plus particulièrement du phénomène de dilatation temporelle). Ainsi, Melia démontre que l’interprétation d’un espace en expansion dépend du choix de coordonnées.

Evidemment, il est impossible de tirer des conclusions définitives: le comportement observé par Melia pourrait très bien ne plus être valide dans le cas de métriques non statiques. Sa démonstration est donc partielle. Cependant, Melia explique qu’il semble peu probable que ce comportement soit différent, étant donné que la définition du redshift en terme de facteur d’expansion est la même dans tous les cas.

Cette observation a plusieurs implications importantes, elle rend par exemple impossible le « transport » de la lumière à des vitesses superluminiques avec l’expansion. D’autres scientifiques sont arrivés à des conclusions similaires tout en utilisant des techniques de calcul différentes, renforçant l’idée suggérée par Melia. Enfin, il sera tout de même nécessaire de confirmer ces résultats dans le cas de métriques non statiques. En attendant, la question demeure: l’espace est-il vraiment en expansion?..

Référence

Fulvio Melia – Cosmological Redshift in FRW Metrics with Constant Spacetime Curvature arXiv:1202.0775v1

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A l’heure actuelle, on pense que près de 22% de l’Univers est constitué de cette étrange matière noire, la matière « normale » n’en constituant que 4.5%. Une question importante demeure cependant: où est la majeure partie de cette matière noire dans l’Univers?

La relativité générale d’Einstein prédit que tout rayon de lumière passant à proximité d’un objet massif tel qu’une galaxie est dévié par l’effet de « lentille gravitationnelle ». Cet effet crée de nombreuses images distordues observées fréquemment par les astronomes: par exemple, l’image d’une galaxie lointaine sera déformée et apparaîtra plus lumineuse (à cause d’une autre galaxie, se trouvant sur le « chemin » de la lumière en provenance de la galaxie plus lointaine). Cependant, l’effet est très faible et ne peut pas être observé facilement pour une galaxie seule. Ce n’est que récemment que les images de millions de galaxies du Sloan Digital Sky Survey (SDSS) ont permis d’établir la distribution moyenne de masse autour des galaxies. En 2010, les images de 24 millions de galaxies issues de ce même survey avaient permis de détecter des lentilles gravitationnelles causées par l’hypothétique matière noire autour des galaxies. D’après les résultats, les chercheurs avaient déterminé que la distribution de densité de matière (projetée) s’étendait jusqu’à plus de 100 millions d’années-lumière du centre des galaxies.

Masataka Fukugita et Naoki Yoshida de l’Institut de Physique et de Mathématiques de l’Univers (IPMU) à Tokyo et Shogo Masaki  de l’Université de Nagoya ont utilisé de très grandes simulations de la formation des structures cosmiques afin de dévoiler la contribution à la densité de matière projetée. Les scientifiques disent avoir montré que que les galaxies possèdent  des enveloppes de matière noire étendue, bien au-delà de la région dans laquelle se trouvent les étoiles: la distribution de matière noire est bien organisée, mais s’étend très loin dans l’espace intergalactique. Ils ont également estimé que la quantité de cette matière noire explique la différence entre la densité de masse globale et celle dérivée des comptages de galaxies.

Les chercheurs concluent que les galaxies n’ont pas de frontière définie… Bien que cette découverte soit intéressante, elle sous-entend malgré tout que l’existence de la matière noire est un fait… Ce qui est bien entendu faux. On peut le constater sur de nombreux sites anglophones (et je ne doute pas qu’il en sera de même dans la presse Française…), il est souvent admis, à tort, que les anomalies gravitationnelles sont dues à cette étrange matière noire. Hors, celle-ci n’a jusque là jamais été observée et demeure pour le moment purement hypothétique (et ce même si elle parvient effectivement à décrire les observations avec brio). D’autres tentatives d’explications existent, certaines d’entre-elles semblent tout aussi intéressantes. Il est toujours bon de le rappeler…

Référence

Shogo Masaki, Masataka Fukugita, Naoki Yoshida – Matter Distribution around Galaxies arXiv:1105.3005v2

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Le satellite Planck a été lancé en 2009 avec pour objectif l’étude du fond diffus cosmologique, afin de délivrer des données plus précises que son prédécesseur WMAP. Le fond diffus cosmologique, première « lumière » jamais émise par notre Univers, est une des nombreuses prédictions de la célèbre théorie du Big Bang. Son étude est primordiale à la compréhension de notre Univers, c’est en quelque sorte l’écho de sa création, il y a environ 13.7 milliards d’années.

Planck ne se cantonne pas à l’étude du rayonnement micro-onde de l’Univers naissant, il établit également une cartographie précise recouvrant la totalité du ciel ainsi que notre galaxie. En effet, afin d’établir une cartographie aussi précise que possible, il est nécessaire d’enlever des mesures tout rayonnement émis par la Voie Lactée, et donc d’étudier ce dernier très précisément. Et c’est justement cette étude qui a offert quelques surprises aux astrophysiciens.

© ESA/Planck Collaboration

Hier, lors d’une conférence internationale à Bologne en Italie, les scientifiques en charge de la mission Planck ont présenté les résultats intermédiaires de celle-ci. Les premières données définitives ne seront pas obtenues avant 2013.

« Les images révèlent deux aspects excitants de la galaxie dans laquelle nous vivons, » a dit Krzysztof M. Górski du Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, Californie et de l’Observatoire de l’Université de Varsovie en Pologne. « Elles montrent un brouillard autour du centre de notre galaxie, et du gaz froid là où on n’en avait jamais vu avant. »

Cette « brume » de micro-ondes est émise par une région autour du coeur de la Voie Lactée. Habituellement, ce genre d’émission est plutôt observé dans des régions abritant des supernovae actives. Cependant, les micro-ondes détectées ont un spectre plus « dur », en d’autres termes plus énergétique. Lorsqu’on compare ce rayonnement à celui du reste de la Galaxie, l’émission du coeur de la galaxie fait figure de bizarrerie. Par quoi cette émission pourrait-elle bien être générée?

« Certaines théories suggèrent un plus grand nombre de supernovae, de vents galactiques et même l’annihilation de particules de matière noire, » a dit Greg Dobler de la Collaboration Planck.

L’émission micro-onde semble avoir les caractéristiques d’un rayonnement synchrotron, quand des particules émettent de l’énergie en interagissant avec de forts champs magnétiques. La matière noire, qui est supposée compter pour plus de 80% de la masse de l’Univers, pourrait aussi être à l’origine de cette étrange émission.

La matière noire peut souvent sembler faire office de « bouche-trous » lorsque les explications viennent à manquer… Mais l’annihilation de nuages de matière noire autour du coeur de la galaxie pourrait générer l’énergie nécessaire pour expliquer ce phénomène.

© ESA/Planck Collaboration

En plus de cette anomalie, Planck a également détecté de nouveaux nuages de monoxyde de carbone, établissant une nouvelle carte de sa distribution. Les astronomes utilisent ces nuages pour identifier d’autres grands nuages invisibles de molécules d’hydrogène. L’hydrogène moléculaire étant très difficile à détecter à cause de son faible taux d’émission, le monoxyde de carbone qui subit des processus de formation similaires est utilisé comme traceur indirect. L’hydrogène moléculaire est le « carburant » des processus formant de nouvelles étoiles, et la découverte de nouveaux nuages de monoxyde de carbone permet d’améliorer notre compréhension de la formation d’étoiles dans la Voie Lactée.

Le plus intéressant dans cette histoire, c’est que même ce qui d’un côté peut être considéré comme une nuisance, s’avère d’un autre côté être une très importante source d’information: c’est là toute la beauté de l’astrophysique. Il nous faudra encore attendre un moment avant d’obtenir les résultats définitifs de Planck, et encore davantage avant de pouvoir tirer des conclusions. Qui sait, peut-être aura-t-on droit à de grosses surprises.

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L’attraction gravitationnelle des planètes géantes gazeuses peut affecter l’orbite des planètes plus petites: ce scénario s’est probablement produit dans notre système solaire lui-même. Dans certains cas, la plus petite planète projetée sur une orbite bien plus grande, peut-être plus de 100 fois celle de Pluton. C’est ce qui arrive habituellement dans le cas d’étoiles seules. Cependant, dans le cas d’étoiles binaires, celle-ci pourraient jouer une partie de « billard cosmique » avec la planète dans un premier temps.

Nickolas Moeckel et Dimitri Veras de l’Institut d’Astronomie de l’Université de Cambridge ont simulé des systèmes d’étoiles binaires, composés d’étoiles semblables au Soleil, avec des distances entre elles 250 à 1000 fois plus grandes que celle séparant la Terre du Soleil. Chaque étoile possédait son lot de planètes. Les systèmes planétaires devenaient souvent instables, avec une des planètes finissant éjectée à un endroit où elle pouvait être capturée par la gravité de l’autre étoile. Comme la nouvelle orbite autour de l’autre étoile tend également à être relativement grande, la planète demeure vulnérable et se retrouve à nouveau capturée par la première étoile. Et cela pourrait continuer durant un long moment: les simulations ont indiqué que plus de la moitié des planètes éjectées subissaient cette partie de « billard cosmique ».

A la fin, certaines planètes s’installeraient confortablement en orbite autour d’une des deux étoiles, mais la grande majorité se retrouverait simplement libérée, éjectée dans les profondeurs de l’espace à tout jamais.

D’après Moeckel, « Une fois qu’une planète commence à faire des aller-retour, il est quasiment certain que c’est le début d’un voyage qui se terminera dans l’espace intersidéral. »

Finalement nous avons pas mal de chance: notre système solaire est plutôt calme… D’autres, ailleurs, pourraient être beaucoup moins bien lotis.

Référence

Nickolas Moeckel, Dimitri Veras – Exoplanets Bouncing between binary stars: arXiv:1201.6582v1

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Vous vous êtes souvent plaint(e) d’un été trop chaud, ou encore d’un hiver trop froid? Si cela peut vous consoler, dites vous qu’il y a très longtemps les saisons sur notre planète ont peut-être été beaucoup, beaucoup plus rudes. Cependant, l’arrivée de saisons plus douces aurait offert davantage que le confort, selon certains scientifiques. Ce climat plus calme pourrait être lié à l’émergence de la vie complexe sur Terre il y a environ 600 millions d’années. Sur d’autres planètes, des pics saisonniers extrêmes et d’énormes variations de température pourraient de la même façon déterminer si la vie abonde, s’en sort à peine, ou meurt.

Les saisons apparaissent lorsque l’axe de rotation d’une planète est incliné par rapport au plan de l’orbite de la planète. Des recherches récentes suggèrent qu’une perte d’inclinaison axiale et la saisonnalité associée, qui aide à modérer globalement les températures, pourrait condamner des créatures extraterrestres. Les scientifiques envisagent également le cas contraire: des mondes où les étés ardents et les hivers glaciaux rendent le développement de la vie complexe particulièrement difficile.

« L’inclinaison axiale, ou obliquité, est un paramètre crucial pour le climat et la potentielle habitabilité d’une planète, » a dit René Heller, postdoctorant associé de recherche à l’Institut Leibniz d’Astrophysique à Potsdam, en Allemagne. Heller a publié l’an dernier deux articles au sujet de la perte d’inclinaison due aux effets de marées sur les planètes habitables autour de naines rouges.

De nombreux phénomènes influencent l’obliquité d’une planète. Un exemple frappant (sans jeu de mots) est celui de l’impact météoritique, ou encore les interactions gravitationnelles avec d’autres planètes ou les étoiles hôtes. Pendant une année sur une planète inclinée, des quantités variables de lumière vont arriver aux hémisphères nord et sud.

A l’heure actuelle, la Terre a une obliquité d’environ 23.5 degrés: avec les rotations quotidiennes, cette obliquité modérée évite d’avoir de trop grandes différences de températures entre les régions polaires les plus froides et les déserts les plus chauds.

Contrairement à notre planète, un autre monde avec une faible inclinaison axiale ne connaîtrait quasiment aucune saisonnalité. Les pôles plus froids entraîneraient une zone habitable plus étroite, ajoutez un équateur trop chaud et vous avez une planète peu propice au développement d’une forme de vie complexe. Le scénario devient encore plus difficile pour les planètes à forte obliquité dans la zone habitable de leur étoile hôte (aussi appelée zone Goldilocks, c’est « l’anneau » autour d’une étoile dans lequel l’eau peut exister à l’état liquide à la surface d’une planète).

Imaginez une planète semblable à la Terre avec une obliquité comparable à celle d’Uranus, soit environ 90 degrés: le pôle nord de la planète ferait face à l’étoile 25% du temps, et lui serait opposé 25% du temps également. On se retrouve alors avec un pôle nord bouillant tandis que l’équateur recevrait peu de lumière. Pendant ce temps là, le pôle sud se trouverait dans une obscurité glaciale. Pour ne rien arranger, une demi-année plus tard, la situation s’inverse. « Les hémisphères sont stérilisés cycliquement, soit par une irradiation trop forte, soit par le gel, » dit Heller.

© NASA, ESA, M. Showalter (SETI Institute) and Z. Levay (STScI)

La vie, toujours résistante, pourrait malgré tout persister sur une planète qui tourne « sur le côté », comme Uranus. Des créatures migrantes pourraient suivre une zone climatique vivable en mouvement rapide alors que d’autres trouveraient refuge à l’équateur. Des organismes résistants pourraient aussi simplement surmonter les températures extrêmes. Il y a de nombreux exemples de telles créatures ici-même sur Terre, surtout des bactéries que l’on connaît sous le nom d’extrémophiles.

Une classe de ces organismes, appelée thermophiles, se développe dans les sources chaudes et les profondeurs océaniques dépourvues de lumière autour des monts hydrothermaux. L’espèce Methanopyrus kandleri peut se reproduire dans des eaux à forte pression et des températures supérieures à 120°C. A l’opposé, les psychrophiles évoluent dans des cavités d’eau saumâtre (avec une teneur en sel inférieure à celle de l’eau de mer) recouvertes de glace à des températures de -15°C.

Quand les conditions deviennent trop chaudes ou trop froides, les bactéries sporulantes pourraient entrer en stase, s’enfermant dans de solides structures appelées endospores. Ces micro-organismes peuvent rester « dormants » dans la glace pendant des centaines d’années avant de dégeler et se répliquer à nouveau.

Pour des formes de vies plus élaborées, de telles prouesses de durabilité seraient très probablement beaucoup plus problématiques sur des planètes avec une obliquité plus grande que la Terre, mais beaucoup moins grande qu’Uranus.

Ce type de climat précisément pourrait avoir différé l’évolution de créatures de tailles diverses et variées sur notre planète, suggère George Williams, un géologue de l’Université d’Adélaïde en Australie. Il y a plus de 580 millions d’années, les scientifiques pensent  que la plus grande partie des organismes vivants sur Terre consistait en des algues microscopiques et des bactéries. Des animaux complexes comme les méduses ou les vers sont arrivés ensuite. Plus tard, il y a environ 540 millions d’années, durant l’explosion du Cambrien, la vie a connu de grands changements. Toutes sortes de créatures avec des épines, des coquilles, des yeux, des jambes et autres ont commencé à apparaître soudainement parmi les fossiles.

Se pourrait-il que la Terre ait un jour eu une forte obliquité? Les modèles disent que oui. L’impact cataclysmique avec un corps de la taille de Mars il y a 4.5 milliards d’années, supposé être à l’origine de la formation de la Lune, pourrait avoir déplacé l’axe de rotation de la Terre hors du plan de son orbite. Curieusement, certaines données géologiques sont cohérentes avec la Terre ayant une forte obliquité, jusqu’à il y a environ 600 millions d’années.

A ce sujet, les glaciers fournissent de précieuses informations. Il a été montré par de nombreux géophysiciens menés par Phil Schmidt, du Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation en Australie, que les glaciers avaient pour habitude de se former à des latitudes anciennement plus basses (par exemple, une obliquité supérieure à 54 degrés rend l’équateur plus froid que les pôles, en moyenne). Les directions magnétiques fixées dans des dépôts de glace ont révélé cette ancienne activité. Des structures faites de sable associées à ces dépôts, comme celles que l’on trouve dans les régions polaires aujourd’hui, suggèrent de grandes variations saisonnières de température de plus de 35°C. Si cela devait se produire aujourd’hui, la forêt Amazonienne se trouverait sous des tempêtes de neige.

Les marqueurs géologiques d’une grande obliquité faiblissent aux alentours de la limite du Précambrien-Phanérozoïque. Ensuite, des glaciations importantes se sont produites uniquement aux hautes latitudes et la vie a pu se développer.

« Il semblerait qu’il y ait eu une très grande amélioration dans l’habitabilité de la Terre à la limite du Précambrien-Phanérozoïque, » dit Williams. « J’ai suggéré que la réduction de l’obliquité de la Terre en était la cause principale. » Différents modèles climatiques semblent aller dans le même sens.

Evidemment, de nombreuses autres explications sont possibles, mais elles ont toues leurs défauts. Quelques possibilités indiquent une plus grande concentration d’oxygène atmosphérique ou encore de calcium ou de phosphore dans l’eau de mer, ou même l’évolution des yeux favorisant la biodiversité.

L’hypothèse de Williams elle-même possède sa zone d’ombre: un mécanisme qui aurait pu diminuer l’inclinaison de la planète d’environ 30 degrés en 100 millions d’années avant la première glaciation circumpolaire confirmée. Des recherches dans l’histoire des processus tectoniques de la Terre et les interactions gravitationnelles avec la Lune pourraient apporter des éléments de réponse.

Au point où en est la recherche exoplanétaire, on ne connaît que très peu de caractéristiques de la plupart des mondes extraterrestres au delà de leur taille, leur masse et leur période orbitale. Identifier les inclinaisons axiales et leur effet sur l’habitabilité d’une planète sera un aspect important de la recherche de formes de vies extraterrestres dans les décennies à venir.

Il pourrait s’avérer que l’obliquité de la Terre, tout comme sa distance au Soleil, soit un important paramètre d’habitabilité et propice à l’émergence de formes de vie complexes.

« L’obliquité des planètes de notre système solaire a été étudiée abondamment, » indique Heller. « Mais avec les exoplanètes, nous entrons en Terre inconnue. »

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Cette superbe vidéo a été mise en ligne sur le site The Gateway to Astronaut Photography of Earth, du Johnson Space Center. Voici une traduction de la description de la vidéo:

Cette vidéo a été réalisée par l’équipage de l’Expedition 30 à bord de la station spatiale internationale. La séquence d’images a été prise le 30 janvier 2012 de 06:13:36 à 06:23:09 GMT, durant un passage du nord du Mexique au nord du New Brunswick. La vidéo débute au nord-est du Texas, où des villes comme San Antonio, Houston et la région de Dallas/Fort Worth sont visibles. Continuant au nord-est au dessus des états des Grandes Plaines, des villes comme Oklahoma City, Kansas City et St. Louis peuvent être facilement distinguées. Le passage continue au dessus de la péninsule du Michigan, avec Chicago à l’extrémité sud du Lac Michigan. Tandis que l’ISS  continue direction nord-est, une aurore boréale est visible au dessus du Canada.

Il est d’ailleurs possible de voir une vidéo d’aurore boréale au dessus du Canada sur le site mentionné plus haut. Les images ayant été prises de nuit, des étoiles sont également visibles en arrière plan.

Enfin, bien que pour l’instant de telles vues soient réservées aux astronautes, ce genre d’initiative nous permet de nous faire une idée du spectacle visible là-haut… Installez-vous confortablement, et bon voyage!

Vidéo Courtoisie de l’Image Science & Analysis Laboratory, NASA Johnson Space Center.

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L’étoile hôte est l’un des membres d’un système à trois étoiles, et est relativement différente de notre Soleil. Elle possède une abondance bien plus faible en éléments plus lourds que l’hélium, comme le fer le carbone ou encore le silicium. Cette découverte indique ainsi qu’il est possible que des planètes habitables existent dans une plus grande variété d’environnements que ce que l’on le pensait jusque là.

L’équipe de chercheurs, menée par Guillem Anglada-Escudé et Paul Butler de la Carnegie Institution for Science, a utilisé des données de l’ESO (European South Observatory) qu’elle a analysées à l’aide d’une nouvelle technique. Les scientifiques ont également incoroporé de nouvelles mesures du télescope Keck à Hawaii ainsi que du télescope Magellan II au Chili. Pour détecter des planètes, les chercheurs mesurent les petites oscillations dans le mouvement d’une étoile, causées par la gravitation des planètes.

L’étoile, appelée GJ 667C est une étoile naine de type M. Les deux autres étoiles de ce système triple sont elles des naines de type K, oranges, avec une concentration en éléments lourds quatre fois plus faible que le Soleil. Ces éléments sont les constituants fondamentaux des planètes rocheuses, on pensait donc qu’il était beaucoup plus difficile pour les étoiles avec une faible abondance de métaux (en astrophysique, tout ce qui n’est pas de l’hydrogène ou de l’hélium est appelé métal) d’avoir de nombreuses planètes de faible masse. En effet, les astronomes ont découvert qu’il y avait au moins une autre planète orbitant cette étoile, peut-être même deux ou trois!

© Guillem Anglada-Escude

Il est facile d’extrapoler et ceci n’est qu’une supposition, mais cette découverte semble indiquer que la galaxie pourrait abriter des milliards de planètes habitables.

L’étoile GJ 667C, située à seulement 22 années-lumière, était déjà connue pour avoir une super-Terre (GJ 667Cb) avec une période orbitale de 7.2 jours (ce qui signifie qu’il faut 7.2 jours à la planète pour compléter une orbite autour de l’étoile), bien que la découverte n’ait jamais été publiée. A cette distance, la planète est bien trop chaude pour pouvoir contenir de l’eau liquide. Cette nouvelle étude avait pour but de déterminer les paramètres orbitaux de cette super-Terre.

La planète nouvellement découverte (GJ 667Cc) possède une période orbitale de 28.15 jours et une masse équivalente à au moins 4.5 fois celle de la Terre. Par rapport à la Terre, cette planète reçoit environ 10% de lumière en moins. Cependant, étant donné que la majeure partie de cette lumière est dans l’infrarouge, une plus grande quantité d’énergie est absorbée par la planète. En prenant en compte tous ces paramètres, la planète absorbe à peu près autant d’énergie en provenance de son étoile que la Terre en provenance du Soleil.

Ainsi, cette planète représente à l’heure actuelle le meilleur candidat pour contenir de l’eau liquide et, qui sait, peut-être abriter la vie telle que nous la connaissons.

L’équipe a également observé que le système semble contenir une planète géante gazeuse et une autre super-Terre avec une période orbitale de 75 jours: des études plus approfondies sont nécessaire avant de pouvoir confirmer quoi que ce soit.

Enfin, la chasse aux exoplanètes continue, et leur nombre ne cesse de grandir. Alors que l’on détecte les premières planètes potentiellement habitables, la route ne semble plus trop longue avant de pouvoir découvrir si la vie existe bel et bien ailleurs que sur Terre (il faudra quand même attendre quelques années et des améliorations technologiques). Les années à venir promettent d’être plus que passionnantes.

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« Soit nous sommes seuls, soit ils sont là et nous évitent, » a dit le mathématicien Thomas Hair à Discovery News.

Le scientifique, qui a présenté ses recherches à la Mathematical Association of America à Boston, a basé ses calculs sur ce qui est considéré comme étant des estimations très pessimistes de la durée nécessaire à une civilisation pour obtenir les ressources nécessaires au voyage interstellaire. Même à une vitesse de seulement 1% celle de la lumière, cela prendrait 500 ans à une civilisation extraterrestre pour atteindre l’étoile la plus proche de la leur.

Pour rappel, la lumière voyage à la vitesse de 300000 kilomètres par seconde, approximativement.

En comptant 500 années de plus pour construire un nouveau vaisseau, puis 500 autres pour se remettre en route, et ainsi de suite, les calculs montrent que des civilisations au départ des plus vieilles étoiles de notre galaxie ont plus que largement eu le temps de venir ici. Alors… où sont-ils?

« Ou ils nous sont passés à côté, ou bien ils restent autour de leur étoile et se regardent le nombril, » dit Hair.

On pourrait trouver de très nombreuses raisons pour lesquelles la Terre ne figurerait pas parmi les destinations touristiques de la Galaxie… Par exemple, nous n’avons rien d’intéressant à offrir qui puisse être utile à une autre civilisation.

« Toute ancienne civilisation n’est probablement pas biologique. Ils n’ont pas besoin d’un endroit comme la Terre. Ils n’ont pas besoin de venir ici et voler notre eau. Il y en a des quantités énormes dans le système solaire extérieur où la gravité n’est pas si importante et ils peuvent simplement prendre ce qu’ils veulent, » dit Hair.

Ou peut-être que les extraterrestres d’aujourd’hui suivent d’anciennes routes qui contournent toutes la Terre, a-t-il ajouté.

Quelle que soit la raison pour laquelle ils nous ignorent, il n’y a absolument aucune chance qu’E.T, s’il existe, ne sache pas que nous sommes ici, dit Hair, indiquant que des télescopes comme Kepler sont capables de détecter des planètes autour d’autres étoiles.

Si des humains vivant sur une planète vieille d’environ 5 milliards d’années ont une technologie comme celle de Kepler, une autre civilisation avec seulement 10 millions d’années de plus aura avancé beaucoup plus loin, continue-t-il.

« Je suis sûr qu’ils seraient capables de détecter la vie sur notre planète. Rien que les CFCs (chlorofluorocarbures) dans notre atmosphère trahiraient notre présence, » dit-il.

Les CFCs sont des composés que l’on trouve typiquement dans les réfrigérants et les aérosols, qui libèrent des atomes de chlorine quand ils sont exposés aux ultraviolets et détruisent la couche d’ozone.

Le physicien Woods Halley de l’Université du Minnesota, qui vient de publier un livre à propos de la possibilité de la vie extraterrestre, affirme que nous n’en savons pas assez de l’émergence de la vie sur Terre pour reconnaître une forme de vie extraterrestre, même si elle se trouvait sous nos yeux.

« Je pense qu’il y a trois options, » a dit Halley. « La vie est rare, ce qui est probablement vrai. La vie est bizarre – chaque fois que vous la rencontrez, elle est complètement différente de la fois précédente. La vie est monotone, c’est à dire que vous trouverez quelque chose de très semblable à la vie sur Terre et ses problèmes (pour détecter la vie) sont d’ordre technique. »

« J’en suis arrivé à conclure qu’elles sont toutes possibles, mais tout semble montrer que la première est la plus vraisemblable – nous sommes rares, » finit Halley.

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Des scientifiques de l’Université de Californie ont entamé la quête de mesurer la chute libre de l’antimatière, plus particulièrement du positronium, un état lié entre un positron et un électron. Le positron est l’antiparticule de l’électron: ils sont identiques en tout point, mais de charge électrique opposée. Lorsque les deux particules se rencontrent, elles s’annihilent et produisent deux rayons gamma.

Les physiciens David Cassidy et Allen Mills ont tout d’abord séparé l’électron du positron dans le positronium, afin que ce système instable puisse résister à l’annihilation suffisamment longtemps pour pouvoir mesurer les effets de la gravité sur ce dernier. C’est en effet le principal problème: pour pouvoir observer les propriétés physiques de l’antimatière, il faut éviter qu’elle ne s’annihile trop tôt.

Pour y parvenir, les chercheurs ont utilisé des lasers pour exciter le positronium et l’amener à un état dit de Rydberg. Dans cet état, l’atome est faiblement lié, et l’électron et le positron sont alors loin l’un de l’autre: ceci accorde un délai supplémentaire avant l’annihilation des particules. Les atomes de Rydberg, très excités, sont très utiles aux physiciens car de nombreuses propriétés des atomes deviennent alors « exagérées ».

Dans le cas du positronium, Cassidy et Mills sont parvenus à augmenter la durée de vie d’un atome par un facteur 10 à 100, ce qui reste malheureusement trop peu. Les scientifiques espèrent utiliser une technique transmettant un grand moment angulaire aux atomes de Rydberg, ce qui permettrait d’augmenter leur durée de vie d’un facteur 10000, suffisant pour les étudier de près.

La prochaine étape pour Cassidy et Mills sera d’exciter le positronium encore davantage afin d’atteindre une durée de vie de quelques millisecondes. Ensuite, ils produiront un faisceau de ces atomes super-excités dans le but d’étudier sa déviation par la gravité.

Si l’expérience montre que l’antimatière et la matière ne se comportent pas de la même façon, cela pourrait avoir des conséquences sans précédent en physique. En effet, matière et antimatière sont théoriquement identiques, à l’exception de leur charge électrique: une des conséquences de cette hypothèse est que matière et antimatière ont été créées en quantités égales lors du Big Bang. Seulement, l’Univers tel qu’on l’observe aujourd’hui semble quasiment dépourvu d’antimatière. Des différences telles que celles-ci pourraient apporter une explication à ce phénomène. Certains chercheurs ont même suggéré que l’antimatière pourrait avoir une charge gravitationnelle négative, produisant alors un effet semblable à l’énergie noire.

Référence

D. B. Cassidy, T. H. Hisakado, H. W. K. Tom, and A. P. Mills, Jr. Efficient Production of Rydberg Positronium
Phys. Rev. Lett. 108, 043401

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Pour rappel, les aurores polaires sont causées par l’interaction des particules chargées du vent solaire et de la haute atmosphère. Elles se produisent principalement aux pôles: on parle d’aurore boréale dans l’hémisphère nord, et d’aurore australe dans l’hémisphère sud.

La première des deux vidéos a été filmée en Norvège à Birtavarre, par Ørjan Bertelsen. Pour la réaliser, il aura fallu plus de 1600 images:

La seconde vidéo a été réalisée dans le Parc National Abiko en Suède, par Chad Blakley. On notera que comme souvent, les scandinaves sont particulièrement gâtés lorsqu’il s’agit d’aurores (après tout, ceci est plutôt normal, puisque c’est une affaire de latitude):

Je n’ai jamais eu la chance de voir une aurore, mais j’espère bien y remédier un jour! Et si certains d’entre vous ont des vidéos ou des photos qu’ils souhaiteraient partager, n’hésitez pas à me les envoyer, et je publierai une galerie de vos images!

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Avant la découverte, il était généralement admis que tout champ magnétique créé par le passé devrait avoir disparu aujourd’hui. Seulement, quel mécanisme créait ce champ magnétique et pourquoi celui-ci est toujours là demeuraient des questions sans réponses.

Grâce à des lasers pulsés à haute énergie dans un laboratoire Français, les chercheurs ont pu créer des conditions analogues à celle présentes dans l’Univers alors qu’il était encore très jeune, à une époque où les galaxies commençaient à se former. A travers leur expérience, ils ont démontré que la théorie connue sous le nom de Batterie Biermann est probablement correcte.

Découvert par un astronome allemand en 1950, le processus Biermann prédit qu’un champ magnétique peut émerger du simple mouvement de particules chargées. Le plasma qui est très abondant dans l’espace est un gaz de particules chargées.

© A. Ravasio (LULI), A. Pelka (LULI), J. Meinecke (Oxford), C. Murphy (Oxford), and F. Miniati (ETH)

Les scientifiques pensent que de grands nuages de gaz s’effondrant pour former des galaxies ont émis des ondes de choc de forme elliptique à travers le jeune univers, qui sont ensuite entrées en contact avec les courants électriques du plasma intergalactique. Un processus similaire se produit dans un électroaimant, par exemple.

Le problème dans le cas de l’astrophysique était de savoir ce qui générait le courant. L’expérience a montré que ces ondes de chocs asymétriques le pouvaient.

Ce résultat n’est pas vraiment surprenant, mais montre encore une fois qu’il est important de tester les théories à travers l’expérimentation, afin d’améliorer notre compréhension du monde.

« Ces résultats permettent de renforcer notre compréhension de l’Univers issue de l’interprétation des données astrophysiques, » dit Paul Drake, professeur de physique à l’Université du Michigan. « Et comprendre l’Univers et plus profondément l’origine de la vie est l’une des grandes quêtes intellectuelles de l’humanité. » J’irai personnellement un peu plus loin, en ajoutant qu’elle est, peut-être, la plus fascinante.

Référence

Generation of scaled protogalactic seed magnetic fields in laser-produced shock waves, Nature 481, 480–483

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Cette vidéo a été réalisée par Sheldon Neill et Colin Delehanty, dans le parc national de Yosemite, aux Etats-Unis. Les passages nocturnes sont particulièrement magnifiques, laissant apparaître la Voie Lactée à travers la voûte céleste. On remarquera également le nombre d’étoiles visibles, absolument gigantesque. Et dire que cela n’est qu’une infinitésimale partie de notre Univers, de notre galaxie même!..

Au cas où certains d’ente vous se poseraient la question, la musique de la vidéo est le titre « Outro » du groupe M83. Un choix approprié en quelque sorte, le groupe devant son nom à la galaxie M83, située à environ 15 millions d’années-lumières, dans la constellation de l’Hydre.

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A nouveau, cette intrigante découverte est due au télescope spatial Kepler de la NASA. Ces observations montrent l’étoile KIC 12557548, légèrement plus petite que le Soleil, qui s’assombrit toutes les 15.685 heures précisément. Jusque là rien de nouveau, ceci suggérant un objet en transit autour de l’étoile. Là où les choses deviennent inhabituelles, c’est que cet assombrissement varie fortement d’un passage de l’objet en transit à l’autre.

La meilleure explication est vraisemblablement qu’une planète rocheuse d’approximativement la taille de Mercure se sublime (la sublimation est le changement d’état instantané d’un matériau solide vers l’état gazeux) à cause du puissant rayonnement de son étoile, a conclu l’équipe menée par Saul Rappaport du MIT.

La période orbitale de la planète suggère qu’elle est très proche de son étoile – environ 1% de la distance Soleil-Terre, distance à laquelle sa température devrait être de l’ordre de 2000K, soit un peu plus de 1700°C. Une telle température est largement suffisante pour causer la sublimation des minéraux communément trouvés dans les planètes rocheuses.

Ainsi, la planète en sublimation rejette de la roche vaporisée et de la poussière dans l’espace, formant un gigantesque nuage autour de la planète et bloquant une partie de la lumière de l’étoile, disent les chercheurs. Ce processus est semblable à la vaporisation de la glace des comètes par le Soleil, produisant un nuage de poussière appelé coma. D’après l’équipe de scientifiques, la planète pourrait même présenter une queue semblable à celle des comètes.

La taille du nuage varie au cours du temps, expliquant ainsi pourquoi l’assombrissement de l’étoile change d’un transit à l’autre.

C’est la première fois que ce phénomène est observé avec une planète rocheuse, on a cependant déjà vu des géantes gazeuses s’évaporer.

L’équipe a envisagé une autre possibilité: et si les variations étaient causées par une planète géante ayant une orbite variable? Dans ce cas, certains transits présenteraient l’intégralité de la planète à l’étoile, quand d’autres n’en exposeraient qu’une partie. Ceci pourrait expliquer les variations observées.

© NASA, European Space Agency, Alfred Vidal-Madjar (Institut d'Astrophysique de Paris, CNRS)

Cependant, cette explication implique l’existence d’une seconde planète qui perturberait gravitationnellement l’orbite de la première, ce qui influerait sur la durée entre transits. Jusque là, la durée entre deux transits s’est avérée constante, bien trop pour valider l’hypothèse d’une seconde planète.

Autrement, si une étoile binaire toute proche se trouvait dans le voisinage, sa lumière pourrait également contaminer les mesures de luminosité, imitant des transits; aucune trace d’une telle étoile n’a été trouvée par l’équipe. Ne reste donc que l’hypothèse de la planète en évaporation comme possible explication.

D’après les astronomes, la planète aurait une taille comparable à celle de Mercure. Si elle était plus grande, sa gravité empêcherait le gaz et la poussière de s’échapper dans l’espace, tandis qu’une planète plus petite s’évaporerait si vite qu’il serait très improbable de l’observer durant cette phase.

Normalement, Kepler ne peut pas détecter des planètes de la taille de Mercure, l’assombrissement qu’elles causent étant trop faible. Si les chercheurs ont vu juste, c’est uniquement grâce au nuage de poussière, bloquant davantage de lumière, que le télescope a pu détecter la planète.

En supposant que la planète soit effectivement de la taille de Mercure, elle devrait s’évaporer complètement dans environ 200 millions d’années. Cela peut nous donner un aperçu des évènements à venir dans notre propre système solaire dans quelques milliards d’années, lorsque le Soleil évoluera en une géante rouge.

Mercure sera finalement engloutie par le Soleil en expansion, mais pour un court moment, sa surface pourrait entrer en ébullition et créer un nuage de poussière semblable à celui observé par Kepler.

D’autres analyses sont nécessaires avant de pouvoir confirmer cette hypothèse. Aussi l’équipe espère obtenir du temps d’observation avec le télescope Hubble, afin d’analyser le spectre de la lumière traversant le nuage. Si celui-ci devait révéler des éléments comme le magnésium ou le silicium, cela renforcerait sérieusement l’hypothèse de la planète en évaporation.

Référence

S. Rappaportet al. Possible Disintegrating Short-Period Super-Mercury Orbiting KIC 12557548 : arXiv:1201.2662v1

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Cette galaxie extrêmement lointaine et petite orbite une autre galaxie, plus grande. Bien que les télescopes ne puissent détecter la galaxie naine (c’est ainsi qu’on appelle ce type de galaxie), les scientifiques ont détecté sa présence grâce aux faibles distorsions subies par la lumière passant dans son voisinage, à cause de la gravité de la galaxie.

Les astronomes pensent que la matière noire, complètement invisible et transparente (et de nature totalement inconnue) représente environ 98% de la matière contenue dans l’Univers. Cependant, celle-ci n’a jamais été observée directement. La découverte d’objets sombres comme cette petite galaxie pourraient aider les scientifiques à mieux comprendre la nature de la matière noire et comment celle-ci affecte la matière « normale », si tant est que la matière noire existe bel et bien, évidemment.

Cette nouvelle galaxie naine se situe à quelques 7 milliards d’années-lumière de la Terre, et a une masse d’environ 190 millions de fois celle de notre soleil. Cela peut sembler énorme, cependant une galaxie a typiquement une masse de plusieurs dizaines de milliards de soleils. Cette galaxie est tout simplement la plus petite jamais observée à une telle distance.

Encore plus loin, à environ 10 milliards d’années-lumière, se trouve une autre galaxie dont la lumière passe au voisinage de la galaxie naine nouvellement découverte et de son hôte. Lorsqu’elle passe les deux galaxies, la lumière est déviée et forme une image distordue appelée anneau d’Einstein (le nom vient évidemment d’Albert Einstein, qui avait prévu de telles distorsions dans sa théorie de la relativité générale). Ce processus est appelé lentille gravitationnelle.

© NASA/ESA/A. Bolton (Harvard-Smithsonian CfA)/SLACS Team

Bien que la majeure partie de cette distorsion soir due à la galaxie hôte, beaucoup plus grande, les chercheurs ont utilisé un modèle informatique pour détecter un léger excès dans la déformation causé par la galaxie satellite naine.

Les astronomes ont également eu recours au télescope Keck à Hawaii et à son système d’optique adaptative, qui permet de compenser les perturbations de l’atmosphère.

Les résultats de Matthew Auger de l’Université de Californie à Santa Barbara et de ses collègues sont dans le numéro du 19 Janvier de la revue Nature.

Parce qu’elle est si lointaine et difficilement détectable, les astronomes ne peuvent affirmer avec certitude que la galaxie est exclusivement formée de matière noire. En effet, elle pourrait tout simplement contenir des étoiles dont la lumière est trop faible pour être visible à cette distance.

Pourquoi alors imaginer que cette galaxie puisses être composée de matière noire seulement? D’après les chercheurs, le petit amas de matière noire pourrait avoir à l’origine contenu des étoiles; lorsque ces étoiles sont mortes et ont explosé en supernovae, elles pourraient avoir éjecté tout le gaz restant dans l’espace, laissant ainsi un amas de matière noire dépourvu de matière pour former de nouvelles étoiles.

Malgré tout, les modèles ne sont pas très clairs à ce sujet, et les astronomes souhaiteraient en savoir davantage quant à la formation d’une petite galaxie de matière et quand un amas de matière noire demeure sans étoiles.

Les galaxies naines sont loin d’être rares dans l’Univers, notre Voie Lactée elle-même en possède plusieurs. En fait, cette galaxie est à peu près de la taille de la galaxie naine du Sagittaire, un des satellites de notre galaxie.

Ces derniers restent d’ailleurs méconnus: ils sont très difficiles à observer, et la théorie prédit qu’il devrait y en avoir beaucoup plus que ce que l’on a observé. La découverte d’autres galaxies naines autour d’hôtes lointains pourrait peut-être aider à résoudre ce problème.

Enfin, il est bon de noter que cette étude aura permis de montrer qu’il est possible d’utiliser les lentilles gravitationnelles afin de détecter des satellites distants, et ce quelle que soit leur luminosité.

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Evidemment, ceci n’intéressera que les possesseurs d’iphone, mais je sais qu’ils sont nombreux. L’application se nomme Atra Materia Mobile, et vous la trouverez ici.

Dans une interface complètement adaptée à l’iphone, vous retrouverez l’intégralité du site, les articles étant même accessibles hors ligne lorsque vous n’avez aucune connexion. Vous avez bien entendu la possibilité de commenter les articles, et de les partager sur les principaux réseaux sociaux. Les forums sont également accessibles depuis l’application, ainsi que deux galeries d’images et le flux Twitter d’Atra Materia.

Je n’en dirai pas plus et vous laisse découvrir l’application par vous même! Sachez enfin qu’elle est gratuite et sans publicité. Si toutefois vous souhaitez soutenir Atra Materia, vous pouvez le faire grâce à des achats de badges virtuels au sein de l’application. Pour ceux qui n’ont pas d’iphone, je vous rappelle que vous pouvez aider Atra Materia grâce à un don (en bas, dans la colonne de gauche) si vous en avez envie.

Enfin, j’espère que vous apprécierez cette app et l’utiliserez régulièrement. N’hésitez pas à donner votre avis, à donner vos suggestions pour de futures mises à jour. Et n’oubliez pas de laisser un commentaire ici et de noter l’appli sur l’App Store si vous l’aimez!

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Comment prendre un trou noir en photo, puisque c’est… un trou noir? En effet, on pourrait avoir tendance à imaginer la chose impossible, puisque la principale caractéristique de cet objet astrophysique vient du fait qu’absolument rien ne peut échapper à son attraction gravitationnelle, pas même la lumière. Or, pour prendre une photographie d’un objet, celui-ci se doit d’émettre ou de réfléchir de la lumière.

Les astronomes espèrent en fait apercevoir ce que l’on appelle l’horizon du trou noir (horizon des évènements, précisément), plus exactement son ombre. Cet horizon forme la « frontière » au delà de laquelle tout retour en arrière devient impossible, là où matière et énergie – alors encore visibles – tourbillonnent avant de pénétrer l’abysse.

« Il y a encore 5 ans, une telle proposition n’aurait pas semblé crédible », a annoncé Sheperd Doeleman, assistant directeur de l’observatoire Haystack au MIT en charge du projet, appelé Event Horizon Telescope, dans un communiqué de presse.

« Nous avons désormais les moyens technologiques pour tenter le coup, » a-t-il ajouté.

Leur cible n’est autre que le trou noir supermassif se trouvant au coeur de notre galaxie, la Voie Lactée. Le monstre a une masse équivalente à 4 millions de fois celle de notre soleil, à quelques 26000 années-lumière de distance. Pour un astronome, c’est comme regarder un pamplemousse sur la surface de la Lune.

Seulement, pour voir un objet si petit et si lointain, il faut un instrument sacrément puissant. A vrai dire, un instrument de la taille de notre planète!

Evidemment, nous n’avons rien de tel, ce qui ne signifie pas pour autant que l’opération soit impossible. La solution apparaît avec l’interférométrie: les astronomes vont utiliser en parallèle 50 radiotélescopes sur toute la surface du globe. Grâce à cette grille de télescopes, ils vont en quelque sorte créer un télescope virtuel doté d’un miroir de la taille de la Terre.

La possible existence des trous noirs est apparue avec la théorie de la relativité d’Einstein. Plusieurs décennies de recherches et d’observations ont permis de fournir diverses preuves de leur existence, mais il n’a jamais été possible d’observer directement l’un d’entre eux ou d’en obtenir une image.

D’après la relativité générale, le contour lumineux qui définit l’ombre d’un trou noir doit être un cercle parfait.

« Si on observe une ombre aplatie plutôt que circulaire, cela signifie qu’il y a une faille dans la relativité générale d’Einstein, » dit Dimitri Psaltis, professeur associé d’astrophysique à l’observatoire Steward. « Mais même si on ne trouve aucune déviation par rapport à la relativité générale, tous ces processus nous aideront à beaucoup mieux comprendre les aspects fondamentaux de la théorie. »

Je ne sais pas ce que vous en pensez, mais j’ai plutôt hâte de voir ça!

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Le motif formé par les galaxies dans notre Univers est souvent décrit comme une toile (cosmic web en anglais), étant donné sa ressemblance avec une toile d’araignée. Dans les détails de ce motif sont encodées de multiples informations à propos de la composition de l’Univers, des conditions présentes dans l’Univers alors qu’il était encore très jeune, ou encore des lois de la gravité. Seulement, lorsque les scientifiques tentent d’étudier ces détails à petite échelle (typiquement de l’ordre de la centaine de million d’années-lumière ou moins), tout semble devenir imprévisible, l’Univers devenant très irrégulier. La physique à l’oeuvre devient alors très complexe et non linéaire. Pour faire simple, les chercheurs ne savent pas décoder cette information, ce qui est ennuyeux étant donné que les informations les plus utiles sont cachées à cette échelle.

Fergus Simpson, de l’institut d’astronomie à l’Université d’Edinburgh en Ecosse et ses collègues ont mis au point la technique de « rognage » de densité (cela consiste à appliquer une correction aux régions les plus denses de l’Univers), rendant ces données accessibles aux modélisations. Ces données pourraient s’avérer utiles dans de nombreux domaines, comme une meilleure détermination de la masse du neutrino.

Par exemple, dans le modèle standard de physique des particules, le neutrino n’a pas de masse. Être capable de déterminer celle-ci pourrait permettre d’aller au-delà du modèle standard. Aussi, ces données à petite échelle pourraient permettre de mieux comprendre les relations entre galaxies et matière noire, ce qui pourrait potentiellement mener à l’investigation des théories de gravitation modifiée avec les observations.

Ainsi, cette nouvelle méthode permet de mieux contraindre différents paramètres cosmologiques, et les chercheurs indiquent chercher à développer encore davantage leur approche. Enfin, il semblerait que celle-ci puisse devenir un outil très puissant pour l’analyse cosmologique.

Référence

Fergus Simpson, et al. “Clipping the Cosmos: The Bias and Bispectrum of Large Scale Structure.” Physical Review Letters 107, 271301 (2011). DOI: 10.1103/PhysRevLett.107.271301

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C’est un résultat qui n’est pas tout à fait inattendu, les récents progrès accomplis avec les différents moyens d’investigation tendent à montrer que les planètes dans notre galaxie sont quelque chose de commun. Mais tout de même, avec plusieurs centaines de milliards, ce n’est plus seulement commun, c’est tout simplement monstrueux.

Ces nouveaux résultats ont été obtenus grâce à l’étude de l’effet de microlentille (microlensing en anglais). De quoi s’agit-il, exactement? En quelques mots, la gravité d’une étoile ou d’une planète peut dévier la lumière en provenance d’une étoile plus lointaine, augmentant brièvement son éclat. En analysant cette variation dans le temps, il est possible de déterminer la masse de l’objet responsable de cette augmentation, on parle ainsi de « lentille ». Lorsqu’une étoile passe devant une autre, il y a d’abord une augmentation de l’éclat, puis une baisse; dans le cas où une planète est en orbite autour de l’étoile la plus proche, un second pic plus petit apparaît.

Comme vous pouvez l’imaginer, l’observation de ce type de phénomène n’est pas simple, elle requière des conditions d’alignement très rares. Il est donc nécessaire d’observer un très grand nombre d’étoiles. Les astronomes ont en conséquence mené des observations à grande échelle, et ont utilisé deux télescopes dans le but de dénicher ces pics d’éclat, observant plusieurs millions d’étoiles.

Après six années d’observation, ils ont découvert trois planètes en orbite autour d’autres étoiles et agissant comme des lentilles. Une seconde… seulement trois?!! Ce résultat n’est en fait pas si mauvais qu’il paraît. Combiné à d’autres observations, et en tenant compte statistiquement du nombre de lentilles qui n’ont pas été observées, les astronomes peuvent extrapoler à un certain niveau de confiance le nombre et le type d’exoplanètes peuplant la Voie Lactée.

Leur résultat est éloquent, il y a probablement des centaines de milliards de planètes dans la Voie Lactée seulement. Etant donné qu’il y a quelques centaines de milliards d’étoiles dans la galaxie, cela signifie qu’il y aurait en moyenne une à deux planètes autour de chaque étoile. Evidemment, il s’agit d’une moyenne: certaines étoiles pourraient bien n’avoir aucune planète quand d’autres en auraient plusieurs.

© ESO/M. Kornmesser

Les choses deviennent intéressantes lorsqu’on observe leurs résultats en fonction du type de planète. En tout, environ 17% (avec une incertitude de +/- 6 à 9%) d’étoiles possèdent des Jupiter chaudes, 52% (+/- 22 à 29%) d’étoiles abritent des planètes avec une masse proche de celle de Neptune, et enfin 62% (+/- 35 à 37%) d’étoiles ont des planètes avec une masse 5 à 10 fois celle de la Terre! Même en prenant en compte les incertitudes plutôt importantes, cela montre que de très nombreuses étoiles possèdent des planètes, et il est probable que la plupart d’entre elles en ont effectivement. Ce qui semblait une exception il y a encore quelques années devient aujourd’hui la règle: la plupart des étoiles abritent des planètes!

Mais où sont les planètes avec une masse similaire à la Terre dans tout ça? Malheureusement la méthode utilisée dans cette étude ne permettait pas leur détection. Malgré tout, étant donné que d’autres résultats montrent que les planètes de faible masse sont elles aussi abondantes – ce qui est apparemment confirmé par ce nouveau résultat, il semblerait que les planètes ayant une masse semblable à la nôtre soient très communes. Il est bien sûr trop tôt pour affirmer quoi que ce soit de manière définitive, mais d’autres résultats encore une fois tendent à renforcer cette idée.

Il est également bon de préciser que l’on ne parle ici que des planètes orbitant d’autres étoiles. L’année dernière, une autre étude a montré que la galaxie était probablement remplie de planètes vagabondes: celles-ci se compteraient en milliards, à peu près autant que d’étoiles dans la galaxie. Bref, apparemment, les planètes ne manquent pas dans la Voie Lactée…

Je finirai par ajouter qu’il y a une vingtaine d’années, les seules planètes que nous connaissions étaient celles… de notre système solaire. Aujourd’hui, plus de 700 planètes ont été découvertes dans la galaxie, et plusieurs milliers sont dans l’attente d’être confirmées. Celles-ci ne sont pas apparues en vingt ans, ce sont nos moyens d’observation qui se sont considérablement améliorés. Il se pourrait bien que dans une autre vingtaine d’années, on ait la ferme certitude que la galaxie est « inondée » de planètes.

J’ai même envie de dire qu’avec des centaines de milliards de planètes, il ne serait pas surprenant que la vie se soit développée ailleurs… Nous verrons!

Référence

A.Cassan et al. One or more bound planets per Milky Way star from microlensing observations

Nature 481, 167–169 (12 January 2012) doi:10.1038/nature10684

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Les trois planètes orbitent une seule et même étoile, une naine rouge de type M dénommée KOI-961, étoile faisant elle-même partie des plus petites étoiles peuplant notre Univers. Elle est 6 fois plus petite que notre Soleil, ou encore 70% plus grosse que Jupiter.

Les trois planètes sont très probablement de nature rocheuse, comme la Terre et Mars, mais elles sont très proches de leur étoile. Elles complètent une orbite en à peine deux jours. Cela signifie que, bien que leur étoile soit beaucoup plus petite que le Soleil, ces planètes sont bien trop chaudes pour pouvoir maintenir de l’eau à l’état liquide et abriter la vie telle que nous la connaissons. A la surface de ces trois mondes, la température varie entre 270°C et 450°C, bien trop chaud pour y trouver de l’eau.

Cependant, cette découverte indique  qu’il existe vraisemblablement de très nombreuses petites planètes à travers notre galaxie, surtout considérant que 70% des étoiles de la Voie Lactée sont des naines de type M.

Les planètes ont été découvertes par John Johnson, chercheur à Caltech, et ses collègues, à l’aide des données publiques de la mission Kepler de la NASA. Kepler détecte les transits planétaires, c’est à dire la variation de luminosité provoquée par une planète passant devant son étoile. Jusque là, Kepler a permis de confirmer l’existence de 35 exoplanètes… et 2326 de plus restent encore à confirmer!

Le but principal de Kepler est de trouver d’autres planètes semblables à la nôtre, dans une région du ciel située près de la constellation du Cygne. Des 150000 étoiles que Kepler observe, environ 3000 sont des naines de type M, indique Johnson.

La confirmation de l’existence de ces exoplanètes a été motivée par la forte ressemblance de l’étoile KOI-961 avec l’étoile de Barnard, située à seulement 6 années-lumière de la Terre. L’idée a été suggérée aux chercheurs par un astronome amateur britannique, Kevin Apps, après que celui-ci a réalisé les similitudes entre les deux étoiles.

Située à 130 années-lumière, Kepler avait dans un premier temps sous-estimé la taille de KOI-961. En utilisant les propriétés connues de l’étoile de Barnard, telles que sa taille et sa température, et en rassemblant davantage de données sur KOI-961, les scientifiques ont pu estimer plus précisément la taille, la masse et la luminosité de l’étoile observée par Kepler.

Ainsi, les scientifiques ont pu étudier les variations de luminosité de l’étoile causées par de potentielles exoplanètes et estimer plus précisément leur taille. D’après leurs estimations, les trois planètes ont un rayon 0.78, 0.73, et 0.57 fois celui de la Terre.

L’utilisation de données plus anciennes et d’images de KOI-961 de plus de 60 ans a également aidé l’équipe à confirmer que ces transits étaient bien causés par des planètes, et non pas d’autres étoiles par exemple.

D’autres études pourraient permettre d’affirmer si ces trois mondes rocheux sont les coeurs d’ancienne planètes gazeuses, dont les atmosphères auraient été « soufflées » par le puissant rayonnement de l’étoile.

Enfin, cette découverte ne fait que confirmer une fois de plus l’importance de Kepler et de sa mission, ainsi que sa capacité à trouver d’autres Terre. En effet, une autre planète a récemment été découverte dans la zone habitable de son étoile. A ce rythme, il se pourrait bien que la Terre se trouve bientôt une lointaine petite soeur, abritant peut-être la vie. Qui sait.

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La clé de ce test expérimental réside dans les trous noirs: quand ceux-ci s’évaporent, le rayonnement qu’ils émettent pourrait révéler des traces de la gravitation quantique à boucles. Aurélien Barrau from Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie à Grenoble et ses collègues suggèrent que des trous noirs primordiaux devraient révéler deux signatures propres à la gravitation quantique à boucles.

Les scientifiques ont utilisé des simulations de type Monte-Carlo afin de vérifier si ces signatures (des pics à certains niveaux d’énergie) pouvaient être différenciées du rayonnement Hawking émis par les trous noirs qui s’évaporent. D’après leurs résultats, si le nombre de trous noirs est suffisamment élevé, ou encore si les erreurs sont suffisamment faibles, les signatures sont alors identifiables.

Alors que cela pourrait constituer le premier test expérimental d’une théorie quantique de la gravitation, certains problèmes persistent… En effet, l’évaporation de trous noirs n’a jamais été observée,  demeurant ainsi hypothétique, en tout cas pour l’instant. Un autre détail, et celui-là est à mon avis plutôt important, vient du résultat des récentes observations de l’observatoire gamma Integral: si l’espace possède une quelconque structure quantique, celle-ci est à une si petite échelle qu’elle rend tout simplement la gravitation quantique à boucles… impossible.

Enfin, les chercheurs ont indiqué travailler sur la possibilité de trouver des signatures de la gravitation quantique à boucles dans le fond diffus cosmologique. Cela présenterait l’avantage d’être testable immédiatement, ou dans un futur proche. Malgré tout, à moins que les résultats d’Integral soient erronés ou que les scientifiques « bidouillent » leur théorie, chercher de telles signatures pourraient s’avérer aussi productif que tenter de prouver que la Terre est plate…

Référence

A. Barrau, et al. “Probing Loop Quantum Gravity with Evaporating Black Holes.” Physical Review Letters 107, 251301 (2011).DOI: 10.1103/PhysRevLett.107.251301

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Le modèle cosmologique le plus couramment accepté, appelé modèle de concordance, est caractérisé par la présence d’une « constante cosmologique ». Cette constante serait la manifestation d’une forme d’énergie répulsive occupant tout l’espace et ne changeant pas au cours du temps. Avec l’expansion de l’Univers, la quantité d’espace augmente, accélérant ainsi l’expansion.

Dans un modèle à énergie noire dite variable, la quantité d’énergie noire par unité de volume d’espace peut évoluer dans le temps. Edoardo Carlesi de l’Université Autonome de Madrid, Espagne, et ses collègues ont justement simulé un Univers régulé par un tel modèle.

Pour quelle raison faire ce type de simulations quand le modèle actuel s’est déjà montré relativement efficace? Tout simplement parce qu’il ne permet pas d’expliquer certains phénomènes observés par les astronomes. Notamment, la constante cosmologique échoue à expliquer la formation de nombreux amas de galaxies extrêmement lourds (d’une masse d’un billiard de tonnes, soit 1 suivi de 15 zeros!) alors que l’Univers n’était âgé que de 6 milliards d’années. D’après certains chercheurs, c’est insuffisant pour que la gravité puisse former d’aussi grandes structures.

Dans le modèle de concordance, la matière représente environ 27% de la densité d’énergie de l’Univers; dans le modèle de Carlesi cette quantité monte jusqu’à 39%. Cette différence suffit, d’après les scientifiques, à expliquer la formation de ces amas de galaxies massifs: dans ce modèle, les amas de galaxies se forment 10 fois plus souvent que dans le modèle de concordance. En conséquence, les galaxies s’attirent mutuellement sous l’effet de la gravitation, et des amas massifs se forment beaucoup plus vite. « Vous pouvez expliquer les observations actuelles avec un modèle contenant beaucoup plus de matière », explique Carlesi.

Cependant, d’autres chercheurs avancent que le problème des amas n’en est en fait peut-être pas un. Dragan Huterer, de l’Université du Michigan indique qu’il n’y a pas de position claire à ce sujet, étant donné qu’il y a d’importantes incertitudes quant à la masse de ces amas, celle-ci étant supposément due à une majorité de matière noire, invisible.

La constante cosmologique a permis jusque-là de décrire de nombreuses observations, utiliser une variante de ce modèle peut alors sembler ne pas forcément apporter de valeur ajoutée significative: « c’est comme utiliser un énorme marteau pour tuer une minuscule mouche », dit Huterer. D’un autre côté Carlesi indique que ce n’est qu’une première simulation. Il pourra en effet être intéressant de voir si ce nouveau modèle parvient à passer autant de tests que l’actuel.

Enfin, j’irai même encore plus loin en ajoutant que jusqu’à maintenant l’énergie noire reste un véritable « fantôme »: elle explique certes une vaste quantité d’observations, mais elle n’a elle-même jamais été observée. Il est donc bon d’explorer d’autres voies, qui parfois peuvent se montrer bien moins exotiques…

Référence

Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, DOI: 10.1111/j.1365-2966.2011.19660.x

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En effet, on se souviendra notamment de Kepler et la découverte de la première exoplanète orbitant dans la zone habitable de son étoile (permettant l’existence d’eau liquide à sa surface, et potentiellement le développement de la vie), ou encore les expériences du LHC à la frontière Franco-Suisse, dont les résultats à venir pourraient avoir d’importantes conséquences. Il y a aussi le satellite Planck, qui observe la première lueur de l’Univers, avec des mesures d’une précision inégalée.

Après 4 mois d’existence, c’est aussi l’occasion de faire un petit bilan de ce qui s’est passé sur le blog et le forum. Cette fin d’année a été très chargée, et le nombre d’articles publiés en a souffert. Cependant, le rythme de parution devrait grandement s’améliorer et pas mal de nouveautés vont arriver d’ici peu! Le forum compte aujourd’hui 13 membres, et a déjà ses habitués: il est riche de plus de 1000 messages, le mini-bar (le chat du forum) comptant lui déjà plus de 16000 messages!

Indéniablement, l’astrophysique n’a jamais connu pareil moment, et j’ai envie de dire que ce n’est que le début. J’espère sincèrement que vous vous plaisez ici, aussi n’hésitez pas à me contacter si vous avez des questions et/ou suggestions. N’oubliez pas non plus que les commentaires et le forum sont également là pour discuter. J’espère que vous serez nombreux à rejoindre cette petite « communauté », et à partager.

Que cette année soit meilleure que la précédente, et à très bientôt. Bonne année 2012 à tous!

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Le principal problème des moteur-fusées d’aujourd’hui (utilisant des réactions chimiques pour propulser la fusée) est qu’ils sont extrêmement chers et inefficaces: en fait, la majeure partie du carburant est utilisée pour faire décoller… le carburant. En étant réaliste, de tels moteurs permettront d’aller sur Mars, mais ils n’emmèneront personne bien plus loin. Ces moteurs sont sans cesse améliorés, et des moyens de propulsion alternatifs sont également à l’étude. Alors que la plupart de ces projets nécessitent des technologies qui ne sont pas encore disponibles (certaines ne le seront peut-être jamais!), l’un d’entre eux pourraient être développé dès maintenant, et il a été conçu il y a plus de 50 ans: le Projet Orion.

Derrière le projet Orion se trouve un vaisseau spatial directement propulsé par une série d’explosions nucléaires à l’arrière du vaisseau. Ce mode de propulsion, connu sous le nom de propulsion nucléaire pulsée, fut d’abord proposé par Stanislaw Ulam en 1946. Le projet Orion fut initié par Ted Taylor travaillant chez General Atomics et le physicien Freeman Dyson en 1958.

L’architecture du véhicule est relativement « simple »: des explosifs nucléaires sont jetés derrière une plaque de poussée située à l’arrière du vaisseau, et explosent. L’onde de choc et le rayonnement causés par les explosions impactent sur la plaque de poussée: pour transmettre l’accélération au reste du vaisseau de manière continue, la plaque de poussée est montée sur deux étages d’amortisseurs. Les unités de propulsion (les bombes) ont également un design particulier, de façon à obtenir une onde de choc en forme de cigare, pour une plus grande efficacité. Je n’irai pas plus loin dans les détails, les aspects généraux du projet étant ce qui nous intéresse.

La plupart des moteurs de propulsion peuvent atteindre soit une grande vitesse d’échappement, soit une énorme poussée. Les fusées à propulsion nucléaire pulsée sont la seule technologie  à ce jour qui pourrait bénéficier des deux. Un des avantages considérables d’un vaisseau Orion vient du fait que le poids n’est plus une contrainte. Des accélérations allant jusqu’à 100g pourraient être tolérées, toutefois des vaisseaux habités devraient être équipés du système d’amortisseurs décrit plus haut, afin de ramener l’accélération à un niveau humainement supportable, de l’ordre de 2 à 4g.

Différentes tailles de vaisseaux ont été considérées par les concepteurs du projet, allant de 20 à 400 mètres de diamètre! Le plus grand design, nommé Super Orion, aurait pesé 8 millions de tonnes, transportant 1080 bombes pesant chacune 3000 tonnes. La majeure partie de ces 3000 tonnes est en fait de la matière inerte, utilisée pour transmettre la force des détonations des unités de propulsion à la plaque de poussée, et absorber les neutrons ainsi que minimiser les retombées radioactives.

Grâce à son design extrêmement performant , un vaisseau Orion rendrait à la fois des missions interplanétaires et des missions interstellaires possibles. Les missions interplanétaires du projet incluaient un voyage aller-retour sur Mars, ainsi qu’un voyage sur l’une des lunes de Saturne. Dans le cas de missions interstellaires, des bombes à hydrogène sont préférées aux habituelles bombes à fission. Le meilleur design pour la plaque de poussée permettrait alors un voyage vers Alpha Centauri en un peu moins de 50 ans, atteignant une vitesse de l’ordre de 10% celle de la lumière (c’est à dire environ 30000 km/s). En d’autres termes, un voyage vers une autre étoile serait possible dans un temps inférieur à une vie.

Tous les chiffres donnés ici viennent de calculs effectués dans les années 1960, pour un vaisseau construit avec des matériaux disponibles à l’époque. Avec la technologie actuelle, un vaisseau Orion pourrait très probablement avoir une plus grande taille, et atteindre des vitesses supérieures.

Evidemment, l’utilisation d’armes nucléaires implique quelques problèmes potentiels. L’érosion et l’épaufrure (formation d’échardes de métal) de la plaque de poussée ont été étudiés: si la plaque de poussée était recouverte d’huile, il n’y avait aucune érosion, et une couche de fibre de verre en surface réduisait l’épaufrure à un niveau acceptable. Le principal problème venait des retombées nucléaires, surtout avec un lancement effectué depuis la surface de la Terre; l’utilisation d’explosifs conventionnels pour la première détonation dans une zone polaire réduirait considérablement les retombées. Et si un explosif à fusion pure pouvait être développé, il n’y aurait alors aucune retombée. Une autre option se trouve dans le lancement depuis une orbite basse: l’impulsion électromagnétique générée serait alors problématique puisqu’elle pourrait sérieusement endommager ordinateurs et satellites. Encore une fois, une solution serait un lancement depuis une zone isolée.

Si un tel vaisseau pouvait être construit au début des années 1960, pourquoi n’existe-t-il pas même aujourd’hui? On pourrait penser que le danger pour les vies humaines en est la raison… Et bien non. Les problèmes étaient de nature politique. Durant ses 5 années d’existence, de 1958 à 1963, le projet Orion fut subventionné par le DARPA, l’US Air Force et la NASA. En 1963, le Traité d’interdiction partielle des essais nucléaires mit fin au projet: les tests d’armes nucléaires dans l’atmosphère, l’espace et en milieu sous-marin furent bannis (on notera qu’on peut toujours faire sauter une bombe nucléaire en sous-sol, mais ça n’emmènera aucun vaisseau spatial où que ce soit…).

Enfin, j’ai été quelque peu « surpris » par la réaction d’un des membres du DARPA en 1959: « On utilise les bombes pour réduire les choses en poussière, pas pour les faire voler ». C’est bien là le problème de notre monde. Tant qu’il y aura quelqu’un pour penser qu’une bombe devrait être utilisée pour tuer et détruire, on n’ira pas bien loin. En fait, on n’ira nulle part. Et même si les difficultés politiques étaient surmontées, je ne suis pas sûr que la réaction du public serait enthousiaste: mentionnez le mot « nucléaire », et la majorité du public réagira violemment. Imaginez qu’un projet comme Orion devienne une réalité dans un futur proche, que diriez-vous?

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Les chercheurs du programme SETI utilisent les ondes radio dans le but de détecter de possibles civilisations extraterrestres dans la galaxie pour différentes raisons, la principale étant notre propre civilisation: nous émettons des quantités considérables de rayonnement électromagnétique en tant que sous-produit de nos moyens de communications, et de nombreuses fréquences radio pénètrent assez facilement l’atmosphère.

Cependant, on peut facilement argumenter que cela ne veut en aucun cas dire qu’une civilisation extraterrestre en ferait autant, surtout quand on observe que les technologies évoluent vite, et que nos propres émissions diminuent constamment. D’autre part, pour qu’un signal puisse être détecté, celui-ci devrait être plutôt puissant.

Abraham Loeb du Centre d’Astrophysique Harvard-Smithsonian, et Edwin Turner de l’Université de Princeton ont proposé une nouvelle façon de détecter d’autres civilisations, et elle est assez simple: on devrait chercher  la lumière de leurs villes. Si c’est si simple, pourquoi n’est-on pas déjà en train de le faire? La seule véritable limitation est technologique: afin d’apercevoir les émissions de lumière d’un autre monde, les chercheurs devraient être capables de les distinguer  de l’éclat de leur étoile. D’après les deux scientifiques, le faible changement de lumière en provenance d’une exoplanète quand elle se déplace autour de son étoile devrait être détectable. En effet, une exoplanète habitée avec un éclairage urbain émettrait davantage de lumière qu’une planète inhabitée pendant une phase sombre (en orbitant son étoile, la planète traverserait différentes phases, similaires à celles de la Lune).

Avec notre technologie actuelle, l’équipe estime que l’on devrait être capables de détecter une métropole de la taille de Tokyo sur Pluton. Evidemment, il y a extrêmement peu probable qu’une civilisation extraterrestre se trouve où que ce soit sur Pluton ou dans la ceinture de Kuiper (région de l’orbite de Pluton, dans laquelle se trouvent des dizaines de milliers d’objets de petite taille). Cependant,  en attendant que les premières « exo-Terres » soient découvertes, notre technologie se sera considérablement améliorée, et devrait permettre de détecter des sources de lumière artificielle sur de potentielles voisines jumelles de la Terre.

Bien que cette technique repose elle aussi sur la supposition qu’une civilisation extraterrestre utilise des technologies similaires aux nôtres, je vois mal comment elle pourrait se passer de lumière artificielle, contrairement aux communications radio. Et c’est la raison pour laquelle j’espère voir ce type de recherche être mené dans un futur proche.

Référence

Abraham Loeb, Edwin L. Turner. Detection Technique for Artificially-Illuminated Objects in the Outer Solar System and Beyond: arXiv:1110.6181v1

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Même si cela ne se produira probablement pas avant un long moment, un jour nous devrons partir… Et grâce à différentes images de notre planète prises par les nombreux satellites qui explorent notre système solaire, on peut se donner une petite idée de ce à quoi ressemblerait notre monde, à mesure qu’on s’en éloigne.

Je vous propose donc un petit voyage virtuel, qui se terminera loin, très loin de chez nous…

Pour commencer, voici une superbe vidéo réalisée à l’aide d’images prises par la sonde Mercury. Le film commence à une distance d’environ 66000 kilomètres, et se termine à environ 436000 kilomètres:

On va maintenant poursuivre notre voyage avec quelques unes des plus belles photos prises par nos différents satellites et sondes au cours du temps, et s’éloigner de plus en plus de la planète bleue. Comme vous allez tout de suite le voir, certaines de ces images sont à couper le souffle, et parfois aussi, nous font réfléchir quant à notre place dans l’Univers… Pour parcourir la galerie qui suit, cliquez sur une des images, puis cliquez sur les flèches apparaissant quand vous survolez une image pour afficher la suivante/précédente (ou attendez simplement que les images s’affichent les unes après les autres):

Au cas où certains d’entre vous se poseraient la question, toutes les images montrées ici sont bien évidemment réelles.

Imaginer voir notre Terre si petite est tout simplement fascinant, peut être effrayant pour certains. Il est parfois difficile pour quelques uns d’entre nous de quitter « la maison » pour un long moment, mais c’est malgré tout dans l’espace que se trouve notre futur. Et si notre espèce continue à exister suffisamment longtemps, il faudra un jour partir. Partir… et ne jamais revenir.

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Le modèle standard décrit l’Univers comme étant composé majoritairement d’énergie noire et de matière noire (je me permets de rappeler que bien qu’étant largement accepté par la communauté scientifique, il existe des alternatives tout aussi intéressantes). La majorité des astronomes s’accordent sur le fait que cette matière noire est « froide » (qui se déplace lentement), et qu’au fil du temps se forment des amas de matière noire qui se lient gravitationnellement à la matière « normale » pour former des galaxies.

De nombreuses simulations ont établi que la densité de matière noire est beaucoup plus importante au centre des galaxies… Seulement, une nouvelle étude vient de montrer qu’un type particulier de galaxies, les galaxies naines, possède une distribution plutôt homogène de matière noire. Pour faire simple, cela suggère que le modèle standard est peut-être faux.

A moins de bidouiller le modèle standard, les prédictions ne collent donc pas avec les observations…

Les galaxies naines sont composées essentiellement de matière noire, celle-ci pouvant représenter jusqu’à 99% de leur masse, le reste étant composé d’étoiles. Cette disparité fait des galaxies naines des candidates idéales pour tenter d’en apprendre un peu plus et comprendre la matière noire.

Matthew Walker du Centre d’astrophysique Harvard-Smithsonian, et Jorge Peñarrubia de l’Université de Cambridge ont analysé la distribution de matière noire de deux galaxies voisines de notre Voie Lactée: les galaxies naines du Fourneau et du Sculpteur. Elles contiennent un à dix millions d’étoiles (la Voie Lactée en compte 200 à 400 milliards). Les deux chercheurs ont mesuré les positions, vitesses et compositions chimiques de 1500 à 2500 étoiles.

D’après leurs estimations, leurs données indiquent que dans les deux cas la matière noire est distribuée uniformément sur de grandes régions, de plusieurs centaines d’années-lumière. Cela contredit formellement les prédictions qui décrivent que la densité de matière noire devrait augmenter nettement au centre de ces galaxies.

Certains ont suggéré que des interactions entre matière et matière noire pourraient avoir dispersé la matière noire, mais les simulations montrent que cela ne se produit pas dans les galaxies naines. Ainsi, ces nouvelles mesures montrent soit que les interactions entre matière et matière noire sont différentes de celles attendues, soit que la matière noire n’est pas « froide ». Finalement, cela pourrait aussi être une indication qu’il n’y a rien de tel que la matière noire, et qu’une explication alternative est nécessaire… Les deux chercheurs apporteront peut-être une réponse en étudiant davantage de galaxies naines, contenant davantage de matière noire.

Référence

Matthew G. Walker, Jorge Peñarrubia. A Method for Measuring (Slopes of) the Mass Profiles of Dwarf Spheroidal Galaxies: arXiv:1108.2404v3

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Plus de 80 papiers ont été publiés en ligne depuis l’annonce faite par l’équipe OPERA, qui affirme avoir détecté des neutrinos se déplaçant plus vite que la lumière. Parmi eux, on peut trouver un papier du 14 octobre par Ronald van Elburg de l’Université de Groningen aux Pays Bas, dans lequel il explique avoir peut-être identifié l’erreur qui serait à l’origine de cette mesure.

Pour mémoire, les neutrinos ont voyagé depuis le CERN jusqu’au laboratoire de Gran Sasso en Italie, situé sous une montagne d’un kilomètre d’altitude. Grâce au système GPS, l’équipe OPERA a pu fournir des mesures très précises sur la distance de 730 kilomètres parcourue, avec une tolérance de 20 mètres. A leur arrivée à Gran Sasso, le temps de vol des neutrinos est mesuré à l’aide d’horloges situées aux deux extrémités du parcours, les chercheurs sachant exactement quand les particules sont parties, et quand elles sont arrivées.

La question est: les horloges étaient-elles bien synchronisées?

La mesure du temps est une nouvelle fois l’affaire des satellites GPS, qui émettent un signal temporel extrêmement précis 20000 kilomètres au-dessus de nos têtes. Les scientifiques auraient-ils pu oublier de prendre en compte le temps nécessaire au signal pour parvenir à la Terre? D’après Van Elburg, l’équipe OPERA semble avoir oublié d’inclure le mouvement relativiste des horloges GPS dans ses mesures.

© arXiv

Les ondes radio voyagent à la vitesse de la lumière, et la position du satellite n’a pas vraiment d’importance… mais le temps de vol, lui, en a une grande. Dans le cas présent, une horloge est en orbite, tandis que l’autre est à la surface de notre planète. Si elles sont en mouvement l’une par rapport à l’autre, ceci doit être inclus dans les calculs. Les satellites en orbite sont positionnés d’Ouest en Est dans un plan  incliné à 55° par rapport à l’équateur… soit quasiment alignés avec la trajectoire des neutrinos. En d’autres termes, l’horloge GPS voit le détecteur et la source de neutrinos comme changeants.

Du point de vue de l’horloge, le détecteur se déplace vers la source et la distance couverte par les particules apparaît plus courte.

D’après les calculs de Van Elburg, les neutrinos devraient donc arriver 32 nanosecondes plus tôt, durée qui doit être multipliée par deux car l’erreur se produit aux deux extrémités de l’expérience. On se retrouve donc avec une correction de 64 nanosecondes. Et l’équipe OPERA a observé que les neutrinos ont voyagé 60 nanosecondes plus vite que la lumière…

La coïncidence peut paraître troublante… Est-ce pour autant la solution à ce problème, où les neutrinos ne voyageraient finalement pas plus vite que la lumière? Peut-être, c’est une nouvelle explication, parmi d’autres. Enfin, s’il s’avère que les membres de l’équipe ont effectivement oublié cette correction, on pourra parler d’une (très) grosse boulette…

Référence

Ronald A.J. van Elburg, Time-of-flight between a Source and a Detector observed from a Satellite: arXiv:1110.2685v2

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Evidemment, il y a beaucoup à dire sur le sujet… A vrai dire, il y a largement de quoi en écrire un bouquin. Cet article est donc un rapide passage en revue de la théorie, ainsi que des différentes possibilités. La liste de celles-ci n’est en aucun cas exhaustive.

Théorie

D’abord, un rapide coup d’oeil à la théorie. Les communications ou voyages à des vitesses supraluminiques (FTL en anglais pour « faster than light ») renvoient à la propagation d’information ou de matière à une vitesse supérieure à celle de la lumière. Comme la plupart d’entre vous l’ont probablement déjà lu ou entendu, la théorie de la relativité d’Einstein dit que rien ne peut aller plus vite que la lumière dans le vide, ce qui n’est en fait pas tout à fait exact. La relativité restreinte nous donne l’énergie totale d’une particule:

avec m la masse au repos de la particule, v sa vitesse et c la vitesse de la lumière dans le vide.

Pour une particule avec une vitesse v plus petite que celle de la lumière c, on s’aperçoit qu’il faut une quantité d’énergie infinie pour accélérer la particule à la vitesse de la lumière, sans jamais pouvoir atteindre celle-ci. Cependant, la relativité restreinte n’interdit pas formellement l’existence de particules voyageant plus vite que la lumière, au moins mathématiquement. On appelle ces particules des tachyons.

D’après l’équation ci-dessus, cela implique un dénominateur imaginaire, et une masse au repos imaginaire afin de conserver une énergie totale réelle. Comme ça, une masse imaginaire peut sembler choquante, mais la masse au repos d’une particule ne peut être mesurée que dans un référentiel dans lequel elle est au repos. Dans le cas des tachyons, un tel référentiel ne peut pas exister: tout comme les particules ordinaires, ou bradyons, qui ne peuvent pas accélérer à la vitesse des la lumière, les tachyons ne peuvent pas décélérer à la vitesse de la lumière, car cela nécessiterait une quantité d’énergie infinie. Ainsi, la masse au repos n’a pas de réalité physique dans ce cas particulier.

Même si ils existent (en effet, il s’agit d’une particule hypothétique – quelque chose fonctionnant mathématiquement n’a pas nécessairement de réalité physique), les tachyons sont considérés comme le signe d’un comportement pathologique en théorie des champs, rendant la transmission d’information et la violation de causalité impossible avec des tachyons.

Dans le contexte de la relativité générale, où la gravitation est incluse, le principe qu’aucun objet ne peut accélérer à la vitesse de la lumière  dans le référentiel d’un observateur coïncident est maintenu. Cependant, comme on va le voir plus loin, la relativité générale permet des distorsions de l’espace-temps qui autorisent un objet à se déplacer plus vite que la lumière, du point de vue d’un observateur distant.

Phénomènes supraluminiques triviaux

Il y a quelques exemples dans lesquels certains phénomènes apparaissent se déplacer plus vite que la lumière, mais ils ne transportent ni énergie ni information, ils ne violent donc pas la relativité restreinte ou la causalité.

1. Ombres et tâches lumineuses: si un laser est déplacé le long d’un objet, la tâche lumineuse peut facilement se déplacer plus vite que la lumière (plus l’objet est distant, plus c’est facile). De la même façon, une ombre projetée sur un objet distant peut se déplacer plus vite que la lumière. Dans aucun des deux cas il n’y a d’information ou de matière se déplaçant plus vite que c.
2. Intrication quantique: ici, deux particules sont liées d’une façon telle que l’état quantique de l’une ne peut être proprement décrit sans mentionner celui de l’autre, même si les objets sont séparés par une grande distance. Apparemment, l’information peut être transmise plus vite que la lumière. Cependant, cela ne permet pas de véritable communication, puisqu’il n’y a aucun contrôle sur ce qui est transmis: c’est inutile.
3. L’expansion de l’Univers: les galaxies distantes s’éloignent de nous à des vitesses supérieures à celle de la lumière. L’expansion de l’Univers est la croissance de l’espace-temps lui-même; cet espace-temps peut se déplacer plus vite que la lumière par rapport à un autre endroit, mais les deux endroits ne peuvent pas communiquer entre eux.

Voyage supraluminique apparent

On va maintenant voir qu’il est théoriquement possible de se déplacer plus vite que la lumière. Sauf que… en fait, on ne déplace pas plus vite que la lumière! Deux de ces possibilités (théoriques) sont les « trous de ver » et les « warp drives ». Ces deux exemples utilisent des distorsions de l’espace-temps pour se déplacer apparemment plus vite que la lumière.

Trous de ver

Un trou de ver est un « raccourci » hypothétique à travers l’espace-temps. Les trous de ver sont prédits par la relativité générale, et certains d’entre eux pourraient permettre de voyager très rapidement entre deux points distants de l’Univers (d’autres solutions permettent même le voyage dans le temps ou vers des univers parallèles – je ne les décrirai pas ici). Un trou de ver est constitué de trois parties: deux bouches et une gorge.

Pour un observateur externe, quelqu’un voyageant à travers un trou de ver semblerait avoir voyagé plus vite que la lumière. Ce n’est en fait pas le cas: un faisceau de lumière traversant le trou de ver se déplacerait toujours beaucoup plus vite que quoi que ce soit d’autre – la vitesse de la lumière n’est jamais dépassée localement. Vous pouvez imaginer la situation suivante: courez aussi vite que vous voulez autour d’une montagne pour en rejoindre le côté opposé; cela prendra très probablement beaucoup plus de temps que de marcher tranquillement dans un tunnel la traversant.

Pour qu’un trou de ver soit traversable, de la matière exotique avec une masse négative est nécessaire; sans elle, les trous de ver sont instables et disparaissent avant que quoi que ce soit puisse les traverser. Il existe d’autres modèles qui ne nécessitent pas de matière exotique, mais ils requièrent une modification de la relativité générale utilisant des dimensions supplémentaires. Aucun trou de ver n’a jamais été observé, et ces idées ne sont que spéculations: les trous de ver pourraient tout simplement ne pas exister.

 Warp drives

Miguel Alcubierre a théoriquement établi qu’il serait possible de créer un moteur Alcubierre, dans lequel un vaisseau spatial serait enfermé dans une bulle de distorsion (« warp bubble »), où l’espace à l’avant du vaisseau est rapidement contracté et l’espace à l’arrière rapidement dilaté. Ainsi, la bulle peut atteindre un endroit distant beaucoup plus vite qu’un faisceau de lumière à l’extérieur de la bulle, sans que les objets à l’intérieur de la bulle ne se déplacent plus vite que la lumière. Le truc est en fait que le vaisseau ne bouge pas du tout! C’est l’espace lui-même qui se déplace sous le vaisseau.

Dans ce cas également, de la matière exotique est nécessaire. Et le problème est qu’il en faudrait une quantité démesurée, problème qui n’est en fait pas le seul: il a été montré que l’équipage à bord du vaisseau serait causalement déconnecté des parois de la bulle de distorsion – il serait donc impossible de contrôler, diriger ou encore d’arrêter le vaisseau.

Récemment, un autre type de warp drive a été proposé par Gerald Cleaver et Richard Obousy: la bulle de distorsion serait créée en utilisant la onzième dimension de la théorie M, une extension de la théorie des cordes. Contracter la 11ème dimension à l’arrière du vaisseau permettrait de créer une bulle d’énergie noire, la même énergie noire que l’on pense être responsable de l’accélération de l’expansion de l’Univers. Dilater la 11ème dimension à l’avant du vaisseau ferait diminuer cette bulle. Ici, le problème est que la théorie M, à nouveau, n’est que pure spéculation, et comment manipuler cette 11ème dimension reste un mystère. Même en imaginant que la théorie M soit juste et qu’une telle technologie puisse être développée, la quantité d’énergie nécessaire serait complètement dingue: cela serait équivalent à convertir la masse de Jupiter tout entière en énergie pure! Inutile de dire que c’est bien au-delà de tout ce qu’on est capables de produire…

Enfin, si l’humanité est un jour capable de voyager à des vitesses supérieures à celle de la lumière (enfin, apparemment), ce qui semble pour l’instant plutôt improbable, il semblerait de toute façon que ça ne soit pas pour demain la veille…

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Théoriquement, la collision de deux univers bulles produit des signaux caractéristiques dans le fond diffus cosmologique. Plusieurs tentatives pour identifier de tels signaux ont jusque-là échoué, les signaux détectés pouvant à chaque fois être expliqués par d’autres phénomènes. Une équipe de chercheurs a maintenant prédit pour la première fois la forme tridimensionnelle et les signaux en température et polarisation du fond diffus produits par une collision de bulles, alors que l’Univers était encore très jeune.

D’après Matthew Kleban de l’Université de New York aux Etats-Unis, Thomas S. Levi et Kris Sigurdson de l’Université de Colombie Britannique au Canada, une collision de bulles crée un « sillage cosmique »: quand un autre univers entre en collision avec le nôtre, une onde spéciale est produite et se propage dans notre bulle, affectant la région de l’espace-temps du futur causal de la collision (c’est à dire la région dans laquelle cette collision sera détectable, dans l’espace et le temps).

© Matthew Kleban, Thomas S. Levi, Kris Sigurdson

Ils ont déterminé que les signaux en température et polarisation causés par la collision dans le fond diffus ont une symétrie circulaire. Le motif de polarisation a une caractéristique frappante: il y a un double pic dans la magnitude de la polarisation en fonction de l’angle. D’après les chercheurs, ce motif servirait de preuve irréfutable de la détection d’une collision entre notre Univers et un autre. Ensuite, les scientifiques ont estimé le degré de détectabilité du signal de polarisation pour un échantillon d’expériences actuelles et à venir, telles que Planck ou CMBPol.

Ils ont observé que plus l’endroit de la collision était vaste, plus il était facile de le détecter grâce à la polarisation; en revanche, il devient de plus en plus difficile à détecter grâce à la température. Enfin, les chercheurs ajoutent que le travail à venir consistera à quantifier l’effet du sillage cosmique sur les structures à grande échelle. Peut-être que les prochaines expériences révéleront d’étranges signaux, le problème sera alors de s’assurer qu’il s’agit bien de signaux et pas simplement le fruit du hasard…

Y a-t-il d’autres univers quelque part?.. Qui sait.

Référence

Matthew Kleban, Thomas S. Levi, Kris Sigurdson. Observing the Multiverse with cosmic wakes: arXiv:1109.3473v1

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De nouvelles recherches ont révélé que , comme leurs cousines géantes, les planètes rocheuses orbitent plus vraisemblablement des étoiles à forte métallicité. De plus, ces planètes sont plus nombreuses autour d’étoiles de faible masse. Cela pourrait avoir d’importantes applications pour la recherche de la vie ailleurs que sur Terre.

Kevin Schlaufman et Gregory Laughlin de l’Université de Californie à Santa Cruz ont étudié les 997 étoiles autour desquelles Kepler pourrait avoir détecté des exoplanètes. Ils ont confirmé qu’à la fois les planètes de grande et de petite tailles orbitent plus probablement des étoiles à forte métallicité.

En astronomie, tout ce qui n’est pas de l’hydrogène ou de l’hélium est considéré comme un « métal ». Des étoiles à forte métallicité contiennent une quantité significative d’autres éléments. Ces métaux ont été formés lorsque les toutes premières étoiles, composées d’hydrogène et d’hélium, ont éjecté leur contenu dans l’espace en explosant en de violentes supernovae

Il n’est pas si surprenant que les planètes terrestres se forment plutôt autour d’étoiles métalliques: celles-si se forment en effet à partir des mêmes matériaux que leurs étoiles.

Les étoiles se forment par compression de gaz et de poussières, et le disque de résidus en rotation autour de l’étoile est le berceau des futures planètes.

Avant Kepler, suffisamment de planètes géantes avaient été localisées pour pouvoir affirmer que celles-ci se forment autour d’étoiles riches en métaux. En revanche, très peu de planètes rocheuses ayant été alors découvertes, il était très difficile de se prononcer à leur sujet.

© NASA/Kepler Mission/Dana Berry

Tout a changé en Février, lorsque la NASA a annoncé la découverte par Kepler de 68 planètes similaires à la Terre et de 288 super-Terre (il s’agit en fait de planètes candidates – d’autres analyses avec d’autres instruments devront confirmer ou non leur existence). Cette mine d’or d’informations a permis d’établir des corrélations à propos des types d’étoiles que des planètes moins massives orbitent.

Parce que tous les types de planètes se forment probablement autour d’étoiles riches en métaux, cela permet d’estimer à peu près quand ces planètes ont pu commencer à se former dans la galaxie. A chaque génération d’étoiles, les quantités de métaux augmentant, il est alors de plus en plus facile de former une planète.

Cela n’aurait pris que quelques milliards d’années, ce qui permet de contraindre la possibilité de trouver d’autres civilisations avancées, puisque les planètes – et donc la vie – n’auraient pas pu se former dans le jeune Univers.

Evidemment, le nombre d’exoplanètes découvertes augmentera avec le temps, et les astronomes pourront affiner les liens entre les planètes et leurs étoiles.

Dans leur étude, les deux chercheurs ne se sont pas limités à la métallicité des étoiles. Ils ont aussi observé que des planètes terrestres se trouveront plus probablement autour d’étoiles de faible masse.

La raison est simple: les géantes gazeuses ont besoin de beaucoup de masse pour se former. Des disques plus grands mèneront plus probablement à la formation de planètes massives, et des disques plus petits à la formation de planètes rocheuses, moins massives. Les étoiles plus massives que le Soleil ne vivent que quelques milliards d’années, tandis que les étoiles moins massives vivent beaucoup plus longtemps. Cela donne plus de temps à une planète pour que la vie s’y développe, et que celle-ci évolue en une civilisation avancée avant la mort de son étoile.

Les chances de trouver d’autres formes de vie augmentent avec le nombre de planètes découvertes, plus particulièrement avec le nombre de planètes rocheuses. Ces nouveaux résultats devraient apporter une aide précieuse pour leur recherche. Evidemment, le petit nombre d’étoiles que Kepler observe introduit probablement un biais dans les analyses, mais ce sont de toutes façons des résultats très intéressants.

Il semblerait donc que pour découvrir d’autres Terre, il faille chercher du côté des étoiles riches en métaux. Des étoiles comme notre Soleil, en fait… Sachant qu’à peu près la moitié des étoiles de notre Voie Lactée sont similaires à notre Soleil, ce n’est pas la place qui manque…

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L’idée derrière le concept de backreaction est relativement simple: c’est la formation de structure à grande échelle elle-même qui est responsable de l’apparente accélération de l’expansion de l’Univers. Cela présente l’avantage d’éviter naturellement les problèmes liés à l’ajout d’énergie noire (ajustement fin et coïncidence). Ici, l’accélération observée est due à la superposition d’innombrables perturbations locales provoquées par des systèmes atteignant l’équilibre (proto-galaxies, proto-amas…).

D’où vient cette idée? Une propriété importante (pour ne pas dire la plus importante) de l’énergie noire est sa pression négative, permettant d’expliquer l’apparente accélération de l’expansion. Un détail concernant toute forme de pression négative est souvent omis: celle-ci est localement attractive, plutôt que répulsive comme on peut souvent le lire. On peut donc, dans un sens, assimiler la gravité à une forme de pression négative, menant ainsi à considérer la formation des structures à grande échelle comme un possible moteur de l’apparente accélération de l’expansion.

Le concept de backreaction n’est pas nouveau, et plusieurs scientifiques ont cherché à l’utiliser afin de décrire l’Univers sans recourir à l’énergie noire, sans succès: celle-ci n’est pas suffisamment forte pour expliquer l’accélération. Seulement, d’après Brent Bochner de l’Université Hofstra à Hempstead aux Etats-Unis, cela serait dû à des approximations dans les équations qui n’ont pas lieu d’être.

Bochner propose donc un nouveau formalisme, dans lequel l’apparente accélération de l’expansion est due à la transition d’un état « lisse » à un état « granuleux ». Après une soixantaine de simulations, plus d’une douzaine d’entre elles se sont avérées être en accord avec les données issues des supernovae de type IA, aussi bien que le modèle standard. La moitié des modèles donnent également des valeurs tout à fait satisfaisantes pour de nombreux paramètres cosmologiques, comme l’âge de l’Univers ou encore l’échelle angulaire des pics acoustiques du fond diffus cosmologique.

Comment trancher entre ce modèle et le modèle standard? Le paramètre cosmologique j (« jerk ») possède des valeurs différentes dans chacun des modèles. Malheureusement, ce paramètre est faiblement contraint par les observations. Aussi, un travail théorique plus approfondi sur le modèle de backreaction est nécessaire: le formalisme simplifié utilisé par Bochner cause probablement une surestimation de ce paramètre.

Le modèle standard reproduit plutôt bien les observations… Cela siginifie-t-il qu’il existe une étrange forme d’énergie accélérant l’expansion? Peut-être, mais cette théorie n’est pas sans défauts, et l’explication pourrait bien être tout à fait différente… En tout cas, aucune piste n’est à négliger, car c’est à ce prix que notre connaissance et notre compréhension du monde progressent.

Référence

Brett Bochner, Cosmic Acceleration and a New Concordance from Causal Backreaction: arXiv:1109.5155v1

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Les scientifiques au CERN sont toujours à la recherche de la particule légendaire, et ce n’est probablement plus qu’une question de mois avant que l’on sache si elle existe ou non. D’après une équipe de chercheurs de l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne en Suisse, ce fameux boson pourrait aussi avoir joué un rôle important dans des évènements clés de l’histoire et de l’évolution de l’Univers.

Le modèle standard de la cosmologie décrit l’Univers comme extrêmement petit, chaud et dense à sa naissance. Afin d’expliquer l’apparente homogénéité et isotropie de l’Univers tel qu’on l’observe aujourd’hui, les cosmologistes ont introduit un évènement hypothétique appelé inflation: très tôt, l’Univers a connu une période très brève et très rapide d’expansion, durant laquelle sa taille a été multipliée par un facteur 10²⁶. Malheureusement, on n’a toujours pas d’explication satisfaisante pour cette période de croissance rapide.

© NASA / WMAP Science Team

Cependant, il semblerait que le boson de Higgs puisse enfin apporter une réponse et expliquer à la fois cette période d’inflation et l’accélération de l’expansion que l’on observe actuellement. Alors que l’Univers venait de naître, le boson de Higgs était dans un état condensé, et se comportait d’une façon un peu spéciale. En fait, il aurait complètement changé les lois de la physique et affaibli la force de gravité! Ainsi, ce comportement pourrait expliquer l’inflation.

Et qu’en est-il de l’expansion observée aujourd’hui? En appliquant un principe mathématique connu sous le nom d’invariance d’échelle au modèle standard de la physique des particules, les chercheurs ont observé que les équations autorisaient l’existence d’une autre particule hypothétique après la disparition du condensat de Higgs: le dilaton. Et il s’avère que cette particule de masse quasi-nulle peut jouer le rôle d’un champ de quintessence – en d’autres termes, la mystérieuse énergie noire.

Cette théorie présente l’avantage de faire quelques prédictions, et les prochaines données délivrées par Planck devraient permettre de tester ce modèle. Entre temps, le LHC aura probablement confirmé (ou réfuté) l’existence du boson de Higgs. Si la particule légendaire s’avère enfin être une réalité, il semblerait qu’elle puisse expliquer plus d’un mystère de longue date.

Référence

Juan García-Bellido, Javier Rubio, Mikhail Shaposhnikov, Daniel Zenhäusern, Higgs-Dilaton Cosmology: From the Early to the Late Universe: arXiv:1107.2163v1

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[Pensez bien à regarder le spectacle en 720p et en plein écran. De rien]

Ce film a été créé par James Drake, dans lequel il a compilé 600 images prises depuis la station spatiale internationale (disponibles publiquement), pour réaliser un time lapse hallucinant. Le mouvement réel de l’ISS est en fait beaucoup plus lent que ce que montre la vidéo, mais cela reste tout de même impressionnant! Les couleurs, la clarté de l’image, le dynamisme sont juste sidérants.

Au cas où vous vous demanderiez ce qu’est l’arc coloré au dessus de la Terre, il s’agit d’un brouillard aérosol, une lueur créée par des particules en suspension dans la haute atmosphère. Il est extrêmement fin, et on le voit ici de côté. La lueur est trop faible pour être visible depuis la surface, et dans l’espace elle est visible seulement côté nuit.

Profitez bien du voyage, et regardez jusqu’à la fin, la conclusion étant tout à fait sublime!

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La Lune a vraisemblablement joué un rôle important dans le développement et l’évolution de la vie sur Terre. On pense que la Lune s’est formée suite à une collision monumentale entre la Terre et un objet d’une taille comparable à celle de Mars; la matière ejectée lors du choc s’est ensuite accumulée en orbite autour de la Terre, puis a fini par former la Lune. Cela aurait pu favoriser l’évolution précoce de la vie sur Terre. De plus, un climat stable durant plus d’un milliard d’années est probablement essentiel pour garantir un environnement propice à la vie. Sans son satellite, la Terre subirait des variations chaotiques de la direction de son axe de rotation, causant ainsi d’importantes variations climatiques.

Quand vient la question de l’habitabilité d’exoplanètes, il semble donc raisonnable de se demander s’il existe d’autres systèmes semblables au notre, et dans quelle proportion. Sebastian Elser, Ben Moore et Joachim Stadel de l’Université de Zurich en Suisse, ainsi que Ryuji Morishima du Jet Propulsion Laboratory de la NASA ont simulé la formation de planètes rocheuses via des collisions de  petits corps rocheux dans un disque autour d’une étoile comme notre Soleil.

© Nova Celestia

Ils ont identifié de nombreuses collisions menant à la formation de satellites et ont estimé les masses des objets générés. Ils ont aussi tenu compte de l’évolution orbitale des satellites, étant donné que les forces de marées modifient la rotation et l’orbite d’un satellite et peuvent causer sa perte en seulement quelques milliers d’années.

Enfin, ils ont également suivi les collisions se produisant après la formation des satellites, celles-ci pouvant être une menace. Selon leurs calculs, la formation de systèmes Terre-Lune est relativement fréquente, avec au moins 1 planète sur 12 ayant une lune massive. En tenant compte des différentes incertitudes, ce résultat peut varier de 1 planète sur 4 à 1 sur 45. D’autres simulations sont nécessaires afin d’obtenir des résultats plus précis.

Evidemment, tout ceci repose sur des simulations, basées sur les meilleurs modèles actuels; il est donc impossible dire si ces résultats sont réalistes. D’autre part, on cherche toujours d’autres Terre dans notre Galaxie et on ignore totalement quelle pourrait être leur abondance. Avec les futures avancées technologiques, les astronomes devraient pouvoir les détecter dans les prochaines années. Il sera alors intéressant de voir si ces résultats correspondent à la réalité, ou s’ils sont une pure fantaisie.

Référence

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Avant tout, si l’envie vous prenait d’aller sur Kepler 16b (le nom de cette planète), sachez qu’il vous faudrait voyager un peu plus de 200 années-lumière, et qu’une fois là-bas, vous ne pourriez de toutes façons pas vous installer confortablement à la surface: la planète est une géante gazeuse.

Le système stellaire binaire dans lequel elle se trouve est composé d’une étoile orange, et d’une autre rouge, plus petite, qui complètent leur orbite l’une autour de l’autre en 41 jours. La distance les séparant est à peu près la moitié de celle séparant Mercure et le Soleil. Elles possèdent respectivement des masses d’environ 69 et 20% celle du Soleil.

La planète Kepler 16b a été découverte grâce au télescope spatial Kepler de la NASA, qui détecte les variations de luminosités dues au passage de la planète devant ses étoiles. Son orbite est quasiment circulaire, avec les deux étoiles au centre: une année dure 221 jours.

Les deux étoiles passent l’une devant l’autre, et Kepler détecte les faibles variations dans le temps de ces éclipses, dues à la gravité de la planète qui influence très légèrement la trajectoire des deux étoiles.

© NASA/JPL-Caltech/T. Pyle

Il y a déjà eu des indices de planète orbitant deux étoiles, mais aucun transit planétaire n’avait été confirmé. On a également trouvé des planètes orbitant une seule étoile dans un système à plusieurs étoiles. La planète découverte par Kepler rappelle davantage Tatooine parce qu’elle orbite deux étoiles, qui formeraient une paire resserrée dans le ciel.

Malheureusement, il serait impossible de profiter du spectacle sur place; la planète est une géante gazeuse de la masse de Saturne. Alors à moins d’avoir un tapis volant ou le costume d’Iron Man, impossible d’observer un double coucher de Soleil.

Aussi, la vue serait de toute façon bien différente de celle offerte dans Star Wars. Tatooine orbite deux étoiles apparemment identiques, alors que les étoiles de Kepler 16b sont de tailles et de couleurs différentes. La plus grosse étoile est également 100 fois plus brillante que sa compagne rouge.

© Absolute Films

Depuis la planète, les deux étoiles seraient séparées d’une vingtaine de degrés au maximum – la taille de vos poings fermés, bras tendus. Enfin, à cause de leur danse l’une autour de l’autre, la distance les séparant dans le ciel changerait constamment.

Il y aurait de nombreuses éclipses. Une fois par orbite, l’étoile orange passerait devant sa compagne, la cachant complètement. Aussi une fois par orbite, l’étoile rouge passerait devant l’autre étoile beaucoup plus grosse, apparaissant comme une boule de feu rouge entourée d’un brillant anneau orange.

Si l’on s’autorise quelques spéculations, la présence de vie dans ce système n’est pas impossible. Une planète comme Kepler 16b peut en théorie posséder une ou plusieurs lunes rocheuses. De telles lunes sont en général plutôt froides, mais les températures seraient un peu plus élevées lorsque la planète est au plus proche de la plus grosse des deux étoiles. Cela serait-il suffisant pour assurer la présence d’eau liquide? C’est malheureusement difficile à dire, très peu de recherches ayant été faites au sujet de planètes orbitant des étoiles binaires.

Enfin, ce n’est pas la première fois qu’un des mondes de Star Wars se retrouve dans le monde réel. La planète Kamino, dans le film de 2002 L’Attaque des Clones, était entièrement recouverte d’eau: la planète GJ 1214b, découverte en 2009, possède une masse et une densité qui suggèrent qu’il s’agit d’une planète océan.

Référence

Science, DOI: 10.1126/science.1210923

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L’équipe, menée par Michel Mayor de l’Université de Genève en Suisse, a utilisé le spectrographe HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher) sur le télescope de 3,6m de l’observatoire de La Silla au Chili. Ils ont étudié 376 étoiles similaires à notre Soleil (des étoiles avec une masse, une taille et une température semblables au Soleil), et ont observé qu’au moins 40% d’entre elles avaient au moins une planète moins massive que Saturne. Ce nombre est juste énorme! Considérant que notre galaxie compte environ 10% d’étoiles semblables au Soleil, statistiquement des milliards de ces planètes pourraient se trouver dans la Voie Lactée!

Les astronomes ont également observé que la plupart des planètes ayant une masse similaire ou inférieure à Neptune se trouve dans des systèmes à plusieurs planètes.

Autre détail intéressant, 16 de ces nouvelles planètes sont des « Super Terres », des planètes ayant une masse jusqu’à 5 fois supérieure à celle de la Terre. L’une d’entre elles, appelée HD 85512 b, est environ 3,6 fois plus massive que la Terre, et se trouve à la frontière de la zone habitable de son étoile (une zone dans laquelle l’eau liquide peut en théorie exister à la surface de la planète). Malheureusement, HARPS ne peut livrer davantage d’informations, il est donc impossible de savoir si ces planètes possèdent des atmosphères, leurs compositions ou encore leurs tailles. En tout cas, cela n’en reste pas moins une importante nouvelle!

Dans les années à venir, de nouveaux instruments permettront aux astronomes de repousser les limites encore plus loin. Un autre spectrographe appelé ESPRESSO (Echelle SPectrograph for Rocky Exoplanet and Stable Spectroscopic Observations) sera par exemple beaucoup plus sensible que HARPS: il devrait pouvoir détecter des planètes de la taille de la Terre autour d’autres étoiles. En fait, il serait capable de détecter notre planète depuis une autre étoile!

Il y a à peine 20 ans, les seules planètes que nous connaissions étaient celles de notre système solaire. Aujourd’hui, on a confirmé l’existence de 680 autres planètes qui dansent autour d’autres étoiles, et elles pourraient bien être des millions dans notre galaxie seulement. Qui sait, on ne sera peut-être même pas surpris d’apprendre un jour que la vie pullule dans notre Univers.

Référence

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Une étoile se forme lorsqu’un nuage de gaz froid s’effondre sous son propre poids. Tandis que la gravité comprime le nuage, celui-ci devient si chaud qu’il commence à briller: une étoile est née. Cependant, à ce stade, aucune réaction nucléaire n’a encore eu lieu dans l’étoile, c’est la gravité qui la fait briller. Notre Soleil par exemple, a passé 50 millions d’années a briller sous l’effet de la gravité, avant d’entrer dans ce qu’on appelle la « séquence principale »: les protons fusionnent et forment de l’hélium, comme le Soleil continue de le faire aujourd’hui.

L’étoile AP Columbae se trouve dans la constellation de la Colombe, au sud de la brillante constellation d’Orion. Située à seulement 27 années-lumière, l’étoile n’a pas encore initié de réaction nucléaire, brillant toujours sous l’effet de la gravité. Bien que l’étoile soit sombre et rouge, elle est quatre fois plus brillante qu’elle ne devrait l’être, étant deux fois plus brillante qu’une étoile de même couleur dans la séquence principale.

Adric Riedel de la Georgia State University à Atlanta et ses collègues ont observé que AP Columbae possède des niveaux de lithium plutôt élevés, confirmant ainsi qu’il s’agit de la plus proche proto-étoile jamais observée. En effet, le lithium étant détruit par les réactions nucléaires à faible température, les étoiles « adultes » n’en comportent quasiment pas (comme le Soleil), contrairement aux étoiles beaucoup plus jeunes.

© Adric Riedel/RECONS/SMARTS

Les choses deviendraient encore plus intéressantes si l’étoile possède des planètes. Si tel est les cas, ces planètes sont si jeunes qu’elles devraient être encore chaudes, et émettre de la lumière dans l’infrarouge proche, détectable par les astronomes. Cette étoile est si proche que leur détection devrait être assez simple, en tout cas beaucoup plus facile que pour celles orbitant des étoiles plus lointaines. Aussi, si des planètes existent autour de AP Columbae, cela pourrait nous donner une idée de ce à quoi notre système solaire ressemblait alors qu’il était encore extrêmement jeune.

De tels cas ont déjà été observés, avec l’étoile Beta Pictoris par exemple. Située à 63 années-lumières, les astronomes ont découvert une planète géante en orbite autour d’elle.

Comment une étoile telle qu’AP Columbae s’est-elle retrouvée si proche de nous? La solution pourrait venir d’un amas stellaire situé à 450 années-lumière dans la constellation des Voiles. Riedel suggère qu’une étoile de l’amas aurait pu exploser, projetant ainsi d’autres étoiles dans une vaste région de l’espace. Bien que séparées par des centaines d’années-lumière, ces étoiles se déplacent ensemble. AP Columbae partage le mouvement des étoiles de ce groupe, et s’est donc probablement formée avec ces autres étoiles, il y a 40 millions d’années. Notre Soleil, lui, est déjà 100 fois plus vieux.

Référence

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De nombreuses observations confirment cette idée, la distribution des galaxies est à peu près la même partout par exemple, où que l’on regarde.

Cependant, depuis quelques années, quelques cosmologistes ont commencé à douter de la véracité de ce principe. Plus précisément, il semblerait qu’il existe une anisotropie cosmologique: l’accélération de l’expansion de l’Univers ne serait pas la même dans toutes les directions.

En 1998, les cosmologistes ont découvert que l’expansion de l’Univers accélérait, à l’aide d’un type particulier d’étoile, les supernovae de type IA. Rong-Gen Cai et Zhong-Liang Tuo de l’Académie des Sciences Chinoise à Pékin ont ré-analysé les données de 557 supernovaes de type IA, et ils ont observé que l’expansion accélérait plus vite dans une direction particulière. Cette direction, c’est celle de la constellation du Petit Renard dans l’hémisphère nord. Et là où les choses deviennent intéressantes, c’est que cette anisotropie semble avoir été observée dans le fond diffus cosmologique également.

Comme le notent les scientifiques dans leur article, de précédentes analyses des données issues des supernovae de type IA n’ont apparemment pas révélé d’anisotropie significative, et de nombreuses observations vont dans le sens d’un Univers homogène et isotrope. D’autres analyses plus approfondies sont nécessaires avant de tirer une conclusion définitive.

Enfin, il est important de noter que le principe cosmologique est un des piliers de la cosmologie moderne, et de nombreux modèles en dépendent. S’il venait à être mis en défaut, inutile de dire que cela aurait l’effet d’une petite très grosse bombe…

Référence

Rong-Gen Cai, et al. « Direction dependence of the acceleration in type Ia supernovae. » arXiv:1109.0941v2

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On suppose que les lois de la nature obéissent à une symétrie fondamentale, appelée symétrie CPT (Charge, Parité, Temps). Cette symétrie implique qu’une image miroir de notre Univers, où la gauche et la droite sont inversées (inversion de parité), tous les moments sont inversés (inversion temporelle) et où toute la matière est remplacée par de l’antimatière, évoluerait avec les mêmes lois de la physique que le nôtre. Si la moindre déviation était observée, cette symétrie fondamentale serait brisée.

Parce que la matière et l’antimatière s’annihilent lorsqu’elles entrent en contact, dégageant de l’énergie et produisant de nouvelles particules, il est extrêmement difficile de manipuler l’antimatière en laboratoire. En 1997, une collaboration internationale a développé une installation nommée Antiproton Decelerator au CERN: des antiprotons sont produits dans des collisions à haute énergie puis collectés dans un tube à vide. Ils sont ensuite ralentis et transportés vers différentes expériences. Une de ces expériences, ASACUSA1 (Atomic Spectroscopy and Collisions using Slow Antiprotons) envoie des antiprotons sur une cible d’hélium afin de créer et d’étudier des atomes d’hélium antiprotoniques.

Deux électrons orbitent autour du noyau d’un atome d’hélium; dans l’hélium antiprotonique, un des électrons est remplacé par un antiproton dans un état excité. En dirigeant un faisceau laser sur l’atome, les scientifiques sont capables de « régler » la fréquence de l’antiproton jusqu’à ce qu’il se déplace d’une orbite à une autre. Cette fréquence peut être comparée avec les calculs théoriques, permettant ainsi de déterminer la masse de l’antiproton par rapport à celle de l’électron.

Malheureusement, les mesures sont imprécises à cause de l’effet Doppler: en fonction de leur énergie thermique, les antiprotons vont s’agiter aléatoirement. Certains vont se déplacer vers le faisceau laser, d’autres vont s’en éloigner, à des fréquences différentes.

Afin d’améliorer la précision de ces mesures, le Dr. Masaki Horiet ses collègues ont utilisé une technique appelée « spectroscopie laser à deux photons ». Grâce à un second faisceau laser, les chercheurs sont capables d’annuler partiellement l’effet décrit précédemment: le premier laser est utilisé pour amener l’antiproton à un niveau d’énergie virtuel qui n’est pas permis par la mécanique quantique, et le second l’amène ensuite à l’état autorisé le plus proche. Ainsi, les mesures sont quatre à six fois plus précises.

Cette nouvelle expérience a montré que l’antiproton est 1836.1526736(23) fois plus lourd que l’électron, ce qui correspond exactement à la masse du proton avec une précision similaire. Alors que cette mesure confirme le théorème CPT, les scientifiques ont également observé que les antiprotons obéissent aux mêmes lois d’optique quantique non linéaire que les particules « normales ».

Si une violation de la symétrie CPT devait un jour être observée, il faudrait alors complètement revoir notre compréhension de la nature. Ironiquement, un mystère reste entier: d’après la cosmologie moderne, matière et antimatière ont été créées en quantité égale à la naissance de l’Univers, qui semble aujourd’hui composé uniquement de matière. Puisque la moitié de l’Univers a apparemment disparu, il semblerait bien qu’il faille reconsidérer notre compréhension du monde, de toute façon…

Référence

Masaki Hori, Anna Sótér, Daniel Barna, Andreas Dax, Ryugo Hayano, Susanne Friedreich, Bertalan Juhász, Thomas Pask, Eberhard Widmann, Dezsö Horváth, Luca Venturelli, Nicola Zurlo. Two-photon laser spectroscopy of antiprotonic helium and the antiproton to electron mass ratio. Nature, 28 Juillet 2011

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Cette étoile peu brillante, portant le doux nom de SDSS J102915+172927, est située dans la constellation du Lion, dans le halo de notre galaxie. D’après les premières observations, la composition chimique de cette étoile moins massive que le Soleil est surprenante: elle contient presque uniquement de l’hydrogène et de l’hélium, on dit qu’elle a une faible métallicité (en astrophysique, tout ce qui n’est pas de l’hydrogène est appelé « métal »).

D’après la théorie, une étoile si petite et avec une telle composition chimique ne devrait pas pouvoir se former. Aussi, la proportion de métaux dans une étoile permet d’estimer son âge. En effet, d’après les cosmologistes, seuls les éléments chimiques les plus légers (hydrogène et hélium) ont pu se former immédiatement après le Big Bang; les autres éléments, tels que l’oxygène, le carbone ou le fer ne se sont formés que plus tard dans le coeur des étoiles, pour être ensuite disséminés à la mort de celles-ci quand elles explosent. Les générations suivantes d’étoiles, comme notre Soleil, se sont donc enrichies des éléments plus lourds produits par les générations précédentes. Ainsi, d’après sa composition, cette étoile serait âgée de plus de 13 milliards d’années! Cependant, à cette époque, l’absence de carbone et d’oxygène est un problème: sans eux, les nuages de gaz à partir desquels se forment les étoiles ne peuvent s’effondrer totalement s’ils sont trop petits, et donc former une étoile (seules des étoiles de grandes tailles pouvaient alors se former). Une telle étoile n’aurait, en théorie, pas pu se former à cette époque.

© ESO/A. Fujii/Digitized Sky Survey 2

Sachant que l’on estime l’Univers vieux d’environ 13,7 milliards d’années, cette étoile pourrait bien être l’une des plus vieilles jamais découvertes. Alors, tout ça, ça veut dire quoi? Contrairement à la mauvaise conception véhiculée par les titres de journaux ici et là, cela ne veut certainement pas dire que cette étoile ne devrait pas exister. En revanche, c’est une forte indication qu’il faut vraisemblablement revoir nos modèles de formation stellaire!

En astrophysique, il n’y a pas d’exceptions: un modèle est juste, ou il ne l’est pas! Cette découverte pourrait donc avoir d’importantes conséquences et implications pour la physique stellaire.

Comme l’a dit Bouddha: « Il n’existe rien de constant, si ce n’est le changement ».

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Pour ceux qui ne seraient pas amateurs des séries de la franchise Stargate, les trous de ver seraient des » tunnels » reliant deux endroits différents de l’Univers, ceux-ci pouvant être très éloignés (ils pourraient aussi en théorie permettre de voyager dans le temps, ou dans des univers parallèles). Pour faire simple, quand en temps normal il faudrait des millions voire milliards d’années pour arriver à une destination lointaine, un trou de ver permettrait de s’y rendre en une poignée de secondes.

Les trous de ver sont apparus comme des solutions mathématiques des équations d’Einstein, et n’ont jusque là jamais été observés (un résultat mathématiquement valide n’implique pas forcément une réalité physique).

Seulement, d’après les différentes recherches qui ont été faites sur le sujet, si ceux-ci existent effectivement, il serait impossible de les utiliser pour voyager: sitôt qu’il se forme, un trou de ver disparaît instantanément. Pour contourner ce « problème », Kip Thorne et Mike Morris ont imaginé qu’une nouvelle forme de matière, appelée matière exotique, pourrait maintenir un trou de ver ouvert et stable. Le petit « souci », c’est que cette matière exotique, dotée d’une masse négative, est encore plus hypothétique que le trou de ver lui-même…

© Burkhard Kleihaus and Jutta Kunz

Aujourd’hui, c’est la théorie des cordes qui s’attaque à l’existence des trous de ver. En effet, il semblerait que celle-ci rende leur existence possible et stable, sans recourir à aucune forme de matière exotique. Je ne vais pas m’étendre sur la théorie des cordes, cela serait un peu trop long et compliqué… En quelques mots, cette théorie postule que les « briques » de l’Univers ne sont pas des particules ponctuelles, mais des cordes vibrantes: ce qu’on perçoit comme des particules distinctes serait en fait des cordes vibrant différemment. La théorie des cordes est née de la nécessité de fournir une description de la gravité quantique (afin d’unifier relativité et mécanique quantique), et prétend aussi être une « théorie du Tout », unifiant toutes les interactions élémentaires connues.

D’après Panagiota Kanti de l’Université d’Ioannina en Grèce, Burkhard Kleihaus et Jutta Kunz de l’Université Oldenberg en Allemagne, si l’on prend en compte les corrections de la théorie des cordes, les trous de vers peuvent parfaitement exister sans avoir besoin de matière exotique pour les maintenir ouverts. Et les chercheurs finissent par ajouter que ces trous de ver peuvent être arbitrairement grands, comprenez suffisamment grands pour y faire passer quelque chose.

Alors, cela veut-il dire qu’on est en droit d’imaginer pouvoir un jour se balader dans l’Univers « à la SG1 »? Probablement pas… En effet, le problème avec la théorie des cordes, c’est qu’on peut faire à peu près tout et n’importe quoi avec… Ses défenseurs diront que la théorie est mathématiquement « belle » (ça dépend du point de vue…) et qu’elle est la meilleure théorie d’unification actuelle, mais il n’en reste pas moins que pour le moment, la théorie tout entière est purement et simplement invérifiable… Tout ça, pour l’instant, n’est que pure spéculation…

Reference

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En effet, le forum du blog vient d’ouvrir ses portes! Vous le trouverez ici, ou en utilisant le menu en haut du site!

Un forum, pourquoi faire? Tout simplement pour vous permettre de discuter des articles du blog, poser toutes les questions que vous voulez qui sont liées à l’astronomie, l’astrophysique, et leur pratique!

Vous pouvez également faire un tour dans le Bar du forum, pour jouer ou simplement discuter d’absolument tout ce que vous voulez, et pas uniquement d’astro! Le Bar dispose également d’un chat, pour discuter en direct avec les autres membres connectés.

Bref, j’espère vous y retrouver très vite (vous pouvez vous inscrire ici), et si vous avez des questions et/ou suggestions, n’hésitez pas à m’en faire part!

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Alors que les astronomes professionnels se penchent déjà sur l’évènement, des observations ayant déjà été faites avec SWIFT, et que d’autres observations ont été prévues avec le télescope spatial Hubble,  c’est une excellente et rare occasion pour les amateurs d’observer M101.

Les supernovae, qui sont en fait des explosions stellaires, font partie des évènements les plus violents de l’Univers. Il en existe plusieurs types, et celui qui nous intéresse ici est probablement due à une naine blanche (le coeur d’une étoile morte) qui arrache littéralement de la matière venant d’une étoile l’accompagnant. Si la naine blanche accumule suffisamment de matière, elle peut alors commencer à fusionner des atomes d’hydrogène pour former de l’hélium, provoquant l’explosion de l’étoile tout entière. Une telle supernova dégage tellement d’énergie qu’elle peut devenir bien plus brillante que la galaxie dans laquelle elle se trouve!

Comme vous pouvez l’imaginer, ces supernovae sont si brillantes qu’elle sont assez faciles à observer, même sur de très longues distances (cette nouvelle supernova ne sera cependant pas visible à l’oeil nu, mais un télescope ou même de bonnes jumelles permettront de l’observer sans problème). Voici une image prise par le télescope Faulkes North à Hawaï:

© D. Andrew Howell (LCOGT) et al., Faulkes Telescope North, LCOGT

Pour quelle raison cet évènement est-il si important? Les supernovae de type IA sont un peu particulières, puisqu’on pense qu’elles explosent toutes d’une manière semblable, ce qui permet de les utiliser pour estimer les distances des galaxies lointaines. C’est d’ailleurs grâce à l’étude de ces explosions d’étoiles que l’on a pu déterminer que l’expansion de l’Univers accélérait.

M101 est une galaxie spirale située environ à 25 millions d’années-lumière, elle est donc très proche. Elle est également énorme, puisqu’elle contient 1000 milliars d’étoiles, c’est 10 fois plus que notre Voie Lactée!

Parce qu’elle est très proche, l’étude de cette nouvelle supernova devrait être relativement aisée, et cerise sur le gâteau, elle est encore très jeune. La plupart des supernovae qu’on observe sont très lointaines, et on ne les détecte souvent qu’après plusieurs jours, lorsqu’elles brillent à leur maximum. Plus on peut les observer tôt, plus on peut obtenir de données et d’informations: c’est absolument capital pour mieux comprendre ces phénomènes.

© Peter Nugent & the Palomar Transient Factory

Il ya 9 ans, le télescope spatial Hubble avait déjà photographié M101, les astronomes ont donc pu vérifier si quelque chose était visible à l’époque. Ils ont pu observer que deux étoiles étaient très proches de position de la supernova qu’on observe aujourd’hui. D’après leur dimension et leur couleur, ces étoiles sont des géantes rouges, des étoiles semblables à notre Soleil, mais en fin de vie. Elles sont si grosses que si une naine blanche se trouvait dans les parages, celle si pourrait arracher leur matière et avoir ainsi déclenché la supernova. De futures observations devraient apporter une réponse. Et si tel est le cas, c’est alors plutôt cool, dans la mesure où très peu de progéniteurs de supernova ont été observés.

La supernova ne devrait pas atteindre son éclat maximum avant une bonne semaine, alors si les conditions vous le permettent, sortez vos télescopes ou vos jumelles, et profitez-en pour jeter un oeil à cet évènement exceptionnel!

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Voici sa dernière vidéo, un time-lapse intitulé « Tempest Milky Way » (soyez sûrs de la regarder en HD):

Il y a pas mal de choses à voir tout au long de la vidéo: à 1:57 un cerf fait une brève apparition , à 2:25 la tempête débute, et enfin à 3:38 on peut apercevoir un météore brûlant dans l’atmosphère… et sa réflexion dans le lac en dessous!

La vidéo tout entière est simplement sublime, accompagnée d’une excellente musique. Les mouvements de caméra donnent également une dimension particulière au film, qui révêle un ciel étoilé saisissant. Si vous êtes curieux, vous pouvez aller faire un tour sur le site de Randy, Dakota Lapse, où il y a beaucoup plus à découvrir! J’espère que vous apprécierez cette vidéo, une bonne occasion d’admirer la beauté du ciel nocturne, fenêtre sur notre Univers.

Image et vidéo: Randy Halverson, utilisées avec permission

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D’après le modèle standard en cosmologie, notre Univers est né il y a environ 13,7 milliards d’années, quand son expansion a débuté à partir d’un état extrêmement chaud et dense. Très tôt, après approximativement 10^-34 secondes, l’expansion de l’Univers a brusquement et violemment accéléré pendant un temps très court: on appelle cette période inflation. L’Univers tel qu’on le voit aujourd’hui est homogène et isotrope (quelle que soit la direction vers laquelle on regarde, on voit toujours plus ou moins la même chose), et son expansion continue alors qu’il refroidit.

© NASA / WMAP Science Team

Le modèle standard décrit la composition de l’univers de la façon suivante:

• environ 5% de matière (étoiles, gaz, neutrinos et quelques éléments lourds)
• environ 25% de matière noire froide: une forme inconnue de matière, identifiable uniquement par les effets de son champ gravitationnel sur la matière « visible »
• environ 70% d’énergie noire: une forme inconnue d’énergie, que l’on pense être responsable de l’apparente accélération de l’expansion de l’Univers

Pour faire simple, en gros, 95% de notre Univers est fait de… substance noire complètement inconnue. Et le problème, c’est qu’il n’y a absolument aucune preuve que matière noire et énergie noire existent. Rien. Jusque là, toutes les tentatives de détection de matière noire ont échoué. Vous avez peut-être lu des articles avec des titres comme « L’énergie noire est réelle » ou «  »La matière noire confirmée », ce qui aurait été plutôt cool si c’était le cas, mais ça ne l’est pas. Tous ces titres ne sont rien d’autre que de l’esbroufe pour appâter le lecteur: à chaque fois, les seules choses à être confirmées, c’est qu’apparemment l’expansion de l’Univers accélère toujours plus, ou qu’il semble qu’une partie de la masse de l’univers soit manquante.

Afin que les choses soient claires, je ne dis pas que la matière noire et l’énergie noire n’existent pas, je dis simplement qu’on n’en sait rien. Elles permettent de décrire l’Univers, et elles le font plutôt bien: c’est la raison pour laquelle elles font partie du modèle standard et que la majorité des cosmologistes s’accordent là-dessus.

D’un autre côté, quelques théories alternatives tentent elles aussi de décrire notre Univers, sans avoir recours à une quelconque composante noire. Et certaines d’entre elles semblent reproduire les observations plutôt bien, elles aussi! Je ne vais pas faire une liste complète de toutes les alternatives, mais je vais décrire brièvement les plus intéressantes.

Et si la matière noire n’était qu’une illusion? C’est la suggestion de Dragan Hajdukovic, qui décrit le vide quantique comme un fluide dipolaire. En supposant que l’antimatière a une charge gravitationnelle négative (il y aurait ainsi une répulsion entre matière et antimatière), une polarisation gravitationnelle du vide quantique par la matière baryonique (la matière « ordinaire ») produirait le même effet que la matière noire. Aussi, l’annulation des charges gravitationnelles dans le vide quantique pourrait produire un effet semblable à celui de l’énergie noire. Si aucune répulsion entre matière et antimatière n’est découverte par de prochaines expériences, alors cette nouvelle théorie pourra être oubliée. D’un autre côté, si une telle répulsion est observée, alors cette nouvelle piste peut s’avérer très intéressante.

La torsion de l’espace-temps est une autre alternative fascinante. La théorie Einstein-Cartan-Sciama-Kibble (ECSK) est une extension naturelle de la relativité générale d’Einstein, qui prend en compte le moment angulaire intrinsèque, ou spin, des particules élémentaires. L’espace-temps est alors doté d’une nouvelle propriété géométrique appelée torsion. La torsion se manifeste comme une force contrant l’attraction gravitationnelle, expliquant ainsi la « platitude » actuelle de l’Univers sans recourir à l’inflation. Cette torsion de l’espace-temps pourrait aussi expliquer la nature de l’énergie noire, ainsi que celle de la matière noire qui serait en fait constituée d’antimatière.

Une autre théorie, appelée MOG (pour MOdified Gravity en anglais – l’acronyme équivalent en français aurait l’air un peu moins fun) pourrait aussi offrir une description de l’Univers sans aucune composante noire. MOG postule l’existence d’un champ vectoriel, introduisant une modification répulsive de la loi de gravitation à faible portée. Pour faire simple, plus on s’éloigne d’une source, plus son attraction gravitationnelle devient grande. Tout comme le modèle standard, MOG décrit de nombreuses observations cosmologiques, comme les lentilles gravitationnelles, les courbes de rotation galactiques, la distribution de masse dans l’Univers… Certaines prédictions de MOG étant différentes de celles du modèle standard, de futures observations avec de meilleures résolutions permettront de trancher en faveur d’un modèle ou de l’autre.

Voilà donc la situation actuelle: ou bien on accepte le modèle standard et on essaie d’identifier le côté obscur de l’Univers, ou bien on essaie de trouver une alternative sans aucune composante inconnue. Et entre « Le modèle standard décrit l’Univers, et celui-ci est composé presque entièrement d’une substance mystérieuse dont on ne sait absolument rien » et « Peut-être que le modèle standard est incomplet, peut-être qu’il faudrait revoir nos théories », eh bien je n’ai pas vraiment envie de dire que la première option est de loin la meilleure…

Peut-être que l’Univers est presque entièrement fait de matière noire et d’énergie noire, mais on n’a toujours aucune preuve de leur existence, et ni l’une ni l’autre n’ont été confirmées pour l’instant. Il y a des théories alternatives qui tentent de décrire notre Univers, et elles méritent au moins autant d’attention. De nouvelles études permettront de confirmer ou de rejeter certaines d’entre elles. Peut-être, enfin, la solution à cette énigme n’a-t-elle pas encore été imaginée, qui sait…

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