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Des chercheurs de l'Université de Tel-Aviv ont mis au point une nouvelle méthode pour mesurer les trous noirs

Un groupe de chercheurs dont le Prof. Hagai Netzer de l'École de physique et d'astronomie de l'Université de Tel-Aviv, propose une nouvelle méthode améliorant considérablement la mesure de la masse des trous noirs de l'univers, qui attirent et happent tout corps qui s'en approchent et ne laissent échapper ni matière ni lumière. D'après les chercheurs, une mesure plus précise de la masse de ces dangereux objets célestes permettra de nouvelles révélations sur l'évolution des galaxies.

Trous noirs3L'étude internationale réalisée en collaboration avec le Dr. Julián Mejía-Restrepo et le Prof. Paulina Lira de l'Université du Chili, ainsi que les Dr. Benny Trakhtenbrot de l'ETH de Zurich et Dan Capellupo de l'Université Mc Gill au Canada, a été publiée dans la revue Nature Astronomy.

Depuis des décennies, les scientifiques le savent: au centre de la plupart des galaxies, se trouve un trou noir géant ou super-massif, dont la masse est comprise entre 100 000 et 10 milliards de fois celle du soleil. Un trou noir est un objet céleste dont le champ gravitationnel est si fort qu'aucune forme de matière ni de rayonnement ne peut s'en échapper. Ce phénomène a toujours intrigué les chercheurs. Les recherches actuelles dans le domaine se concentrent sur les différentes interactions entre ces trous noirs et les galaxies dans lesquelles ils se trouvent, ainsi que leurs effets sur l'évolution de ces dernières depuis le moment où elles se sont formées, lorsque l'univers était âgé de moins de quatre milliards d'années.

Les trous noirs "actifs"

La mesure de la masse de ces trous noirs est un outil central pour de telles études, et l'exactitude de ces mesures a de nombreuses implications. La méthode la plus courante adoptée aujourd'hui est basée sur la mesure de la position et de la vitesse des nuages ​​de gaz situés à proximité des trous noirs "actifs", c'est-à-dire ceux qui attirent vers eux la matière environnante, la chauffe et l'engloutit en émettant vers l'espace pendant ce processus d'énormes quantités de rayonnement, dépassant souvent celui émis par l'ensemble des étoiles de la galaxie. Les limites de cette méthode dérivent essentiellement des informations partielles disponibles sur l'emplacement de ces nuages de gaz et sur leurs déplacements.

hagai netzer 180X180 1L'étude est basée sur des mesures spectrales extrêmement détaillées, allant de l'ultraviolet à l'infrarouge, de près de 40 trous noirs actifs situés au centre de galaxies d'environ quatre milliards d'années. Réalisée avec l'aide des télescopes géants de l'Observatoire européen austral (ESO), elle a permis aux chercheurs de cartographier avec précision l'émission d'un corps appelé disque d'accrétion, beaucoup plus proche du trou noir que les nuages de gaz utilisés jusqu'à présent pour en mesurer la masse, dans lequel la matière environnante tombe en spirale pour être finalement aspirée. En analysant les propriétés du rayonnement émis, les chercheurs ont trouvé que l'on pouvait grâce à lui mesurer la masse du trou noir avec une grande précision. Il s'agit d'une autre méthode, indépendante de celle utilisée jusqu'à présent. Elle permet de calibrer et de corriger les résultats des mesures obtenues par l'ancienne méthode de manière à obtenir une mesure de la masse plus précise.

Mieux comprendre le comportement des galaxies

Selon le Prof. Netzer, "il sera possible à l'avenir de faire de tels ajustements des anciennes mesures de la masse de la plupart des trous noirs actifs". Pour le Prof. Netzer, qui travaille depuis de nombreuses années sur le développement de méthodes de mesure de la masse des trous noirs, cette amélioration permettra de mieux comprendre comment leur formation a influencé celle des galaxies qui se sont créées dans le jeune univers.

"En particulier, on peut s'attendre à une amélioration significative de la compréhension des processus qui relient les galaxies et les trous noirs dans le jeune univers quand il était âgé de moins de 4 milliards d'années. Par exemple, plus le trou noir est grand et plus il absorbe de gaz plus l'influence sur l'environnement du rayonnement émis par son disque d'accrétion est importante. Ce rayonnement est capable de "nettoyer" la galaxie des nuages de gaz à partir desquels se forment les étoiles, et par là limiter et même stopper son développement. "Une mesure plus précise de la masse du trou noir nous permettra de mieux calculer le processus par lequel une petite galaxie de l'univers primitif s'est transformé en une galaxie géante dans l'univers actuel", conclut le Prof. Netzer.

 

Cet article a été publié sur Siliconwadi.fr sous le titre: "Découverte d'une nouvelle méthode pour mesurer les trous noirs"

Des chercheurs de l'Université de Tel-Aviv participent à une découverte qui va révolutionner l'étude de l'espace

Les Prof. Dovi Poznanski, Dan Maoz et Ehud Nakar du Département d'Astrophysique de l'École de Physique et d'Astronomie de l'Université de Tel-Aviv ont tenu un rôle central dans une découverte sensationnelle qui fait vibrer le monde de la science : des ondes de gravitation, dont l'existence avait été prédite par Albert Einstein il y a 100 ans, ont été observées lors d'une énorme explosion produite par la fusion de deux étoiles à neutrons (étoiles en fin de vie). Selon les chercheurs, cette découverte, qui combine pour la première fois des mesures de la lumière et des ondes de gravité, annonce une nouvelle ère dans l'étude de l'univers, et explique la genèse de la plupart des métaux lourds comme l'or et l'uranium, formés par les matières issues de l'explosion.

Etoiles neutronsLe phénomène, qui a été observé au mois d'aout mais c'est produit à une distance de 120 millions d'années-lumière (c'est-à-dire il y a 120 millions d'années) a fait l'objet d'une série d'articles publiés la semaine dernière dans les revues Nature et Science. Les chercheurs israéliens ont entre autre identifié la galaxie dans laquelle s'est produite la fusion, analysé le processus de l'explosion, ainsi que celui de formation des métaux.

Toucher l'espace

Une découverte du 17 aout dernier a fait des vagues dans la communauté scientifique mondiale: deux détecteurs du projet américain connu sous le nom de LIGO et le détecteur européen Virgo ont détecté les ondes gravitationnelles émises par la fusion de deux étoiles à neutrons, quelque part dans l'univers, en parallèle avec une explosion énorme observés par près de 70 télescopes et observatoires au sol et dans l'espace. Le phénomène confirme une découverte antérieure de septembre 2016, lorsque des ondes gravitationnelles avaient été observées pour la première fois dans l'histoire à l'occasion de la fusion de deux trous noirs, mais alors sans explosion apparente.

dovi poznanski"L'existence des ondes gravitationnelles a été prédite par Albert Einstein il y a un siècle, dans le cadre de la théorie de la relativité générale", explique le Prof. Ehud Nakar. "Il s'agit d'ondes qui naissent et se propagent dans l'univers à la suite de phénomènes violents, comme la fusion dans le vide de deux corps d'une densité et d'une masse énormes, principalement des trous noirs et des étoiles à neutrons qui tournent l'une autour de l'autre à une vitesse accélérée proche de celle de la lumière. Depuis les années 1970, les scientifiques travaillent à la conception et à la construction de machines suffisamment sensibles pour détecter ces ondes, dont la force est très faible. L'an dernier, une équipe de chercheurs américains a enfin réussi à la faire, remportant pour cela le prix Nobel".

Le Prof. Dov Poznanski ajoute: "Il est difficile de surestimer l'importance de la découverte simultanée d'ondes gravitationnelles et de rayonnement lumineux. Elle marque l'ouverture d'une ère nouvelle dans l'étude de l'espace. Jusqu'à présent, nous pouvions observer l'univers presque exclusivement au moyen des ondes lumineuses qui parviennent à nous, c'est-à-dire au moyen de la vue. La capacité de détecter des ondes gravitationnelles est analogue au sens du toucher. Nous avons à présent la capacité d'explorer l'univers en combinant simultanément ces deux sens, la vue et le toucher".

Une galaxie "de notre quartier"

La communauté scientifique internationale se prépare à cette découverte depuis plusieurs années, et dès l'annonce de la détection des ondes gravitationnelles provenant de la fusion d'étoiles à neutrons, les télescopes au sol et dans l'espace se sont tournés vers la zone indiquée, dans le but de retrouver l'explosion l'accompagnant au moyen de mesures du rayonnement électromagnétique sur toutes les longueurs d'onde possible, allant des rayons gamma aux ondes radio, en passant par la lumière visible (contrairement au phénomène de détection des ondes gravitationnelles provenant de la fusion des deux trous noirs il y a un an, les trous noirs ne dégageant pas de rayonnement électromagnétique du tout). Les chercheurs de l'Université de Tel-Aviv, on l'a dit, prennent une part importante à cet effort, à la fois sur le plan de l'observation et sur celui de l'analyse et de l'interprétation théoriques.

Iair ArcaviLe Dr. Iair Arcavi, actuellement en formation à l'observatoire Las Cumbres de l'Université Santa Barbara de Californie, qui va bientôt rejoindre le Département d'Astronomie de Université de Tel- Aviv, a dirigé l'une des équipes qui a localisé l'emplacement exact de l'incident: une galaxie appelée NGC4993, qui se trouve dans notre "coin" de l'univers à "seulement" 120 millions d'années lumière de la terre. A cette recherche, publiée dans la revue Nature ont également participé les Prof. Dov Poznanski et Dan Maoz ainsi que leurs étudiants. "Lorsque nous avons dirigé le télescope vers la zone indiquée, nous avons découvert un objet dont la luminosité est devenue 100 fois plus faible en l'espace de quelques jours, et est très rapidement passé du bleu au rouge", explique le Dr. Arcavi. "Ce comportement ne ressemble en rien à ce que nous connaissons. Grâce au réseau de télescopes de l'observatoire répartis partout dans le monde, nous avons pu suivre l'évolution de la transformation de l'objet et son affaiblissement rapide en temps réel. Les données recueillies nous renseignerons sur les processus qui se produisent lors de la fusion des étoiles à neutrons et leur importance dans la création des matériaux qui composent notre univers".

L'origine de l'or dans l'univers

ehud nakarLe Prof. Ehud Nakar et son doctorant Ore Gottlieb effectue l'analyse théorique des données pour un groupe de recherche de l'Institut de technologie de Californie (Caltech). "Depuis plusieurs années, nous développons des projections théoriques de  l'explosion résultant de la fusion d'étoiles à neutrons sur toutes les longueurs d'onde" explique le Prof. Nakar. Mais comme c'est souvent le cas, la nature est plus créative que nous, et aux côtés de prévisions qui se sont effectivement réalisées, par exemple, dans le domaine des ondes radio, l'explosion a présenté des caractéristiques surprenantes et nous avons besoin de davantage de travail pour les comprendre. Parmi les résultats les plus intéressants se trouvent les éléments qui composent la matière expulsée par l'explosion. Jusque là, nous ne connaissions pas l'origine dans l'univers de près la moitié des éléments plus lourds que le fer, malgré leur importance dans notre vie. Aujourd'hui, à la lumière de ces observations, nous pouvons dire avec certitude que la plus grande partie de l'or présent dans l'univers, y compris votre alliance de mariage provient de la fusion d'étoiles à neutrons. De même pour l'uranium, par exemple, et de nombreux autres métaux". A cette recherche, publiée dans la revue Science, ont également pris part le Prof. Tsvi Piran et le Dr. Asaf Horesh de l'Université hébraïque, et le Prof. Eran Ofek de l'Institut Weizmann.

"Nous ne doutons pas qu'il ne s'agit que d'un début", conclut le Prof. Dan Maoz. "La capacité de découvrir ensemble lumière et ondes de gravité annonce une nouvelle ère en astronomie, et nous nous attendons à de nombreuses découvertes surprenantes dans les années à venir".

Sur les photos, de haut en bas:  Prof.Dovi Poznanski, Prof. Iair Arcavi, Prof. Ehud Nakar.

 

Cet article a été publié sur Siliconwadi.fr sous le titre : "Ondes gravitanionnelles: la participation israélienne"

 

Un nano-laboratoire de l'Université de Tel-Aviv à bord d'un satellite dans l'espace

Le 15 février sera lancé dans l'espace un mini-satellite civil développé par la société israélienne Space Pharma, avec le soutien de l'Agence spatiale israélienne, qui abritera un laboratoire dont le but est d'observer le comportement des matériaux en conditions d'apesanteur. Les chercheurs, dont le Prof. Ehud Gazit, détenteur de la Chaire de Nano-biologie de l'Université de Tel-Aviv, pourront obtenir des informations et diriger leurs expériences directement à partir de leur Smartphone grâce à une application.

SpacePharmaLe petit satellite, d'un poids d'environ 4,5 kg, est en fait un laboratoire mobile. Il voyagera dans l'espace pendant un an, d'un pôle à l'autre de la planète et abritera quatre expériences.  Les chercheurs des différents laboratoires à travers le monde pourront recevoir des données en temps réel via l'application, telles que le rayonnement et la température, et récupérer par elle des images microscopiques. Ils seront en mesure de contrôler leurs expériences à partir de leur laboratoire, par ordinateur ou par leur téléphone portable, et d'intervenir en fonction des données observées.

L'équipe de recherche du Prof. Gazit est l'une des quatre qui auront accès au satellite, pour étudier la formation des peptides dans des conditions d'apesanteur. Le laboratoire du Prof. Gazit a été le premier au monde à identifier des structures moléculaires de taille nanométriques possédant des propriétés uniques, formées à partir des unités les plus simples de la nature, les peptides. Les structures qu'ils ont découvertes sont solides comme du métal, possèdent des propriétés optiques, et peuvent être utilisées comme semi-conducteurs. Une des questions restées ouvertes est la façon dont les conditions d'apesanteur affecteront ces propriétés. La coopération entre le laboratoire du Prof. Gazit et la société Space Pharma pour examiner le processus d'auto-assemblage de ces peptides dans l'espace fera avancer de manière importante l'un des domaines de pointe étudiés en nano-biotechnologie. Les connaissances obtenues par la recherche spatiale sont d'une grande importance pour l'étude des matériaux, l'électronique organique et la médecine.

La société Space Pharma programme le lancement, l'an prochain d'un nouveau satellite abritant quatre nouvelles expériences, deux américaines et deux israéliennes. Dans l'avenir, elle prévoit de faire fonctionner dans l'espace des laboratoires qui abriteront pas moins de 160 expériences simultanément.

L'Université de Tel-Aviv et la mission spatiale Rosetta

Le Prof. Akiva Bar-Nun, directeur du laboratoire pour l'étude des comètes du Département des Sciences de la Terre de l'Université de Tel-Aviv, ainsi que deux chercheuses de son équipe, le Dr. Diana Laufer et la doctorante Adi Ninio Greenberg ont fait parte de l'équipe internationale qui a planifié la mission spatiale européenne Rosetta et analysé les données scientifiques recueillies pendant douze ans par le vaisseau qui s'écrasera demain à la surface de la comète Tchouri.

Rosetta1Rosetta est une mission spatiale de l'Agence spatiale européenne (ASE/ESA) dont l'objectif principal était de recueillir des données sur la composition du noyau de la comète 67P Churyumov-Gerasimenko, et sur son comportement à l'approche du soleil. Placée en orbite autour de la comète en septembre 2014, la sonde spatiale a envoyé le 12 novembre 2014 un petit atterrisseur, Philae, se poser sur sa surface pour en analyser la composition de son sol et sa structure.

Demain vendredi 30 septembre, le vaisseau spatial s'écrasera sur la comète, située à 850 millions de kilomètres du soleil, après l'avoir escortée pendant deux ans (Photo 1). Pendant la descente, tous les instruments de l'orbiteur seront allumés, afin d'observer la comète avec la meilleure résolution d'image possible. Rosetta n'a pas été conçue pour atterrir et, selon les ingénieurs de la mission, le vaisseau spatial va s'écraser à la surface de la comète, ce qui mettra probablement fin à ses jours. La descente de la sonde vers la comète a déjà commencé et les images qui parviennent à la Terre sont d'une résolution de plus en plus haute (image 3). Les chercheurs ont l'espoir de parvenir à une résolution de quelques mètres afin de pouvoir photographier l'intérieur des cratères créés à la surface de la comète.

La comète Chury, et avec elle la sonde Rosetta qui l'escorte depuis 2014, est en orbite autour du soleil qu'elle contourne en 6,44 années. Cependant, elle s'en éloigne de plus en plus pour se rapprocher de Jupiter. Or Rosetta reçoit son énergie à partir de grands panneaux solaires, et plus elle s'éloigne du soleil, plus elle manquera de l'énergie nécessaire pour faire fonctionner ses instruments de mesure.

Une projet phare de l'Agence spatiale européenne

Rosetta2La mission spatiale Rosetta est un projet phare de l'Agence spatiale européenne. Même la NASA y a contribué en fournissant certains instruments de mesure. Des chercheurs du monde entier travaillent sur les données recueillies par le satellite. L'équipe du Prof. Akiva Bar-Nun effectue ses recherches dans le laboratoire de simulations des glaces des comètes de l'Université de Tel-Aviv (Figure 2). Le Prof. Bar-Nun, membre du groupe de l'Université de Berne en Suisse, compte parmi les scientifiques qui ont planifié la mission, a fait partie de partie de l'équipe de recherche qui examine la composition des gaz libérés par la comète.

 L'Agence européenne de l'espace diffusera l'évènement en direct sur les sites suivants:

 http://livestream.com/ESA/rosettagrandfinale

https://www.facebook.com/RosettaMission/

Les comètes sont des corps célestes de petite taille gelés dans le système solaire, composés de glace d'eau, de poussière, de matières organiques et de gaz divers, principalement du dioxyde et du monoxyde de carbone. Quand une comète se rapproche du Soleil, se forme à sa suite une traine éclatante de gaz et de poussière qui peut atteindre plusieurs millions de kilomètres de long. Les comètes, apparues il y a 4,5 milliards d'années, font partie des objets les plus primitifs du système solaire et contiennent des matières conservées depuis sa formation, de sorte que les données mesurées par la mission Rosetta contribueront à la compréhension des processus qui ont conduit l'eau, les matières organiques et les gaz vers la Terre.

Remonter aux origines du système solaire

Rosetta3La sonde Rosetta a été lancée en mars 2004 et mise en orbite autour de la comète Churyumov-Gerasimenko, d'une taille de 4 kilomètres, le 10 septembre 2014. Le 12 novembre 2014 son atterrisseur, le petit robot Philae, s'est posé sur la comète. Philae, qui a malheureusement atterri sur le côté, dans un endroit obscur, a cependant réussi à effectuer des mesures et à les envoyer vers la terre pendant 57 heures. Les chercheurs sont parvenus à l'identifier à la surface bosselée de la comète le 5 septembre 2016 (photo 4).

Durant les deux années pendant lesquelles la sonde Rosetta a escorté la comète, une énorme quantité de mesures ont été relevées (Figure 5), comme par exemple plus de 1,7 millions de données sur ses composants, parmi lesquels on a pu identifier 34 nouvelles molécules.

La sonde a découvert que la composition de l'eau à la surface de la comète, ne ressemblait en rien à celle de la Terre; en revanche on a pu trouver pour la première fois des gaz nobles argon, krypton et xénon qui avec la présence de l'oxygène et celle de l'azote indiquent que la comète s'est formée à basse température -243 degrés celsius, comme l'avaient mesuré les chercheurs du laboratoire de simulation de l'Université de Tel-Aviv. Par ailleurs la sonde a détecté des matières organiques, en particulier des acides aminés comme la glycine, qu'on retrouve dans les protéines et le phosphore, élément présent dans l'ADN, molécules liées à l'émergence de la vie sur Terre. Rosetta a également mesuré l'activité de la comète dans son orbite autour du soleil, des changements à sa surface notamment la création de cratères à la suite d'explosions. Les données concernant la solidité du sol de la comète et sa densité correspondent également à celles obtenues aux cours des les recherches effectuées dans le laboratoire de l'UTA.

Un grand nombre de données supplémentaires seront publiés à la fin de la mission.

L'Université de Tel-Aviv et la planète Jupiter : le Prof. Ravit Helled participe à la mission Juno

Le Prof. Ravit Helled du Département de géosciences de l'Université de Tel-Aviv a tenu un rôle majeur dans le projet international de la NASA qui a abouti  le 4 juillet à la mise en orbite de la sonde spatiale Juno autour de Jupiter, la plus grande planète de notre système solaire, et va révolutionner notre compréhension de la formation de l'univers.

Juno-JupiterAprès un voyage de 5 ans dans l'espace sur une distance de 2,7 milliards de kilomètres, le satellite Juno est entré hier en orbite autour de Jupiter. "C'est réellement passionnant et excitant!"  a déclaré le Prof.  Helled, astrophysicienne et spécialiste des sciences planétaires qui a rejoint l'équipe scientifique de Juno en 2008. "C'est formidable de voir que le public est intéressé, nous espérons que cela pourra encourager les jeunes à devenir des scientifiques".

Une planète mystérieuse

Juno fera le tour de Jupiter 37 fois en 20 mois, en l'observant à partir de son orbite polaire, à environ 4828 kilomètres au-dessus de ses nuages denses. C'est le premier vaisseau spatial mis en orbite autour du géant gazeux depuis Galilée, qui s'est écrasé délibérément sur la planète en septembre 2003.

Les recherches du Prof. Helled se concentreront sur la structure interne de Jupiter et sa formation intérieure. "Jupiter est une planète mystérieuse" dit-elle. "Elle est énorme, n'a pas de surface solide, est parcourue par des vents forts et des champs magnétiques, et nous ne savons pas exactement de quoi elle est faite."

La planète a auparavant été survolée par d'autres vaisseaux spatiaux, mais aucun n'était équipé de la technologie et des instruments sophistiqués qui sont à bord de Juno et permettront d'offrir un aperçu de ses origines, son atmosphère et sa magnétosphère.

Ravid HelledDès son approche de la planète, Juno a enregisté une vidéo de ses lunes, qui constitue les premières images "en direct" du mouvement d'objets autour d'un corps céleste. La JunoCam pourra prendre des gros plans spectaculaires et en couleur de Jupiter qui, selon la NASA, vont dévoiler les secrets de la planète géante. A-t-elle un noyau solide? Qu'est-ce qui se cache sous ses nuages denses? Quelle quantité d'eau se trouve dans son atmosphère? Quelle est la profondeur de sa tache rouge géante ?

"Juno vient de se mettre en orbite autour de Jupiter, de sorte qu'il faudra au moins quelques semaines pour obtenir les premiers résultats" explique le Prof. Helled. "Je suis impatiente de recevoir des informations sur son champ gravitationnel, qui pourront être utilisée pour décrire sa composition;  je veux savoir si Jupiter possède un noyau, afin que nous puissions mieux comprendre comment se forment les planètes géantes".

La planète gazeuse et ses quatre plus grandes lunes, Io, Europe, Ganymède et Callisto, ont constitué un objet de fascination depuis des siècles. Jupiter, la première planète à s'être formée dans notre système solaire, détient des indices essentiels sur la façon dont il s'est créé et a évolué. La mission Juno aidera les scientifiques à comprendre les systèmes planétaires dans d'autres parties de l'univers.

"Bien que Juno soit une mission de la NASA, elle se compose de scientifiques de tous les pays du monde, et ça a été incroyable d'en faire partie" conclue le Prof. Helled.

La mission Juno se terminera le 20 février 2018, et le satellite devrait alors s'écraser sur Jupiter.

 

Cet article a été publié sur Siliconwadi.fr sous le titre "L'Université de Tel-Aviv et la mission Juno", le 8.07.2106.

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