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Un physicien de l'Université de Tel-Aviv prouve l'existence de la matière noire de l'univers

Selon le Prof. Rennan Barkana, chef du Département d'Astronomie de l'Université de Tel-Aviv, l'analyse de l'intrigant signal radio datant du début de l'univers récemment capté par des chercheurs de l'Université d'Arizona, apporte la première preuve tangible de l'existence de la fameuse matière noire invisible qui constitue 80% de notre univers.

MatierenoireL'étude a été publiée le 28 février dans la prestigieuse revue Nature.

La communauté des astrophysiciens dans le monde est en ébullition ces jours-ci suite à une double découverte particulièrement surprenante: tout d'abord, la première réception d'un signal radio datant d'une époque obscure dans l'histoire de l'Univers : celle de la formation des premières étoiles et galaxies. Mais peut-être plus important encore, les propriétés étonnantes de ces ondes radio éclairent un autre grand mystère: celui de l'existence de la matière noire.

Les ondes des premières étoiles 

"La matière noire est une matière qui nous ne pouvons pas observer directement comme le monde physique qui nous entoure, que ce soit les particules et les atomes, ou les étoiles et les galaxies", explique le Prof. Barkana. "Jusqu'à présent, la seule preuve de son existence était la force de gravité qu'elle exerce sur la matière qui l'entoure, et qui explique une variété de phénomènes de l'univers. Par exemple: les forces gravitationnelles font que notre galaxie, la Voie Lactée, tourne en spirale à une vitesse énorme; mais la masse de matière observée et mesurée ne suffit pas à expliquer cette vitesse. L'hypothèse est que la masse manquante est celle de la matière noire. En fait, selon les calculs effectués par les astronomes, la matière noire compterait pour plus de 80% de toute la matière de l'univers, et les chercheurs du monde entier tentent de trouver des preuves concrètes de son existence".

rennan barkana 180X180 2La découverte publiée par le Prof. Barkana a commencé par la réception d'une onde radio particulière par le radiotélescope EDGES en Australie, dans le cadre d'une étude menée par des chercheurs de l'Université d'Arizona aux Etats-Unis. "De tels télescopes sont conçus pour capter des signaux radio à partir du début de l'univers", explique le Prof. Barkana. "Selon la longueur de l'onde, on peut savoir de quelle période il provient dans l'histoire de l'univers. Le signal particulier capté par EDGES est le premier qui nous soit parvenu à partir d'une période intrigante, sur laquelle nous savons peu de choses: l'ère à laquelle les étoiles et les galaxies ont commencé à se former il y a 13,8 milliards d'années. Cependant, le signal capté était d'une puissance significativement plus grande que prévu, et les chercheurs américains se sont donc demandé pourquoi, et se sont adressé à moi pour obtenir la réponse à cette question. "

Un refroidissement absolu au contact de la matière noire 

Selon le Prof. Barkana, la puissance surprenante du signal radio est liée à la température des atomes d'hydrogène qui flottaient dans l'espace à cette époque ancienne, température très froide, d'environ 10 degrés au-dessus du zéro absolu, soit moins 263 degrés Celsius, car l'univers n'était pas encore réchauffé par le rayonnement des soleils (les étoiles) qui n'avaient pas encore été créés. Ces atomes d'hydrogène absorbaient les ondes radio émis par les rayons cosmiques, et plus ces ondes étaient froides, plus elles étaient absorbées. Les radiotélescopes qui captent aujourd'hui les signaux du début de l'univers, mesurent en réalité cette absorption.

"L'intensité de l'absorption du signal radio capté par le télescope témoigne du fait que la température de l'hydrogène à cette époque ancienne était encore plus basse que le minimum estimé jusqu'alors possible", explique le Prof. Barkana. "La seule explication à ce refroidissement supplémentaire est un transfert d'énergie vers une matière encore plus froide, la seule 'candidate' à l'absorption de cet excès d'énergie des atomes d'hydrogène étant la matière noire, dont la température au début de l'univers était encore plus proche du zéro absolu". Ainsi la découverte prouve que la matière noire existe vraiment, et plus encore, qu'elle est composée de particules qui sont entrées en collision avec les atomes d'hydrogène et en ont absorbé l'énergie. Contrairement aux spéculations antérieures, ces particules sont probablement des particules légères, pas beaucoup plus lourdes que les atomes d'hydrogène.

"La recherche sur l'absorption et le décodage des ondes de l'univers est un domaine actif et en pleine croissance", conclut le Prof. Barkana. "Actuellement on construit dans le monde des radiotélescopes plus sophistiqués, en particulier le SKA, qui sera le plus grand radiotélescope du monde. Nous pensons que nous pourrons grâce à lui capter d'autres ondes radio indiquant l'existence de la matière noire, et je prévois qu'ils répondront à un modèle distinct, immédiatement reconnaissable. Nous pouvons certainement nous attendre à beaucoup d'autres observations et découvertes fascinantes! ".

Illustration: Un modèle d'ondes radio dans le ciel créé par la combinaison du rayonnement des premières étoiles et de l'effet de la matière noire. Les zones bleues sont celles où la matière noire a refroidi la matière habituelle (Credit.: Prof. Rennan Barkana).

Cet article a été publié sur Siliconwadi.fr

L'université de Tel-Aviv établit un nouveau centre spatial pour la construction de mini-satellites révolutionnaires

L'Université de Tel-Aviv construit un nouveau centre spatial pour la création et le lancement de satellites spécialisés, de la taille d'une boite à chaussures, destinés à la recherche scientifique, dans des domaines allant de la surveillance de la pollution de l'air aux réseaux de télécommunication, en passant par le suivi des forêts tropicales et les applications agricoles. Le nouveau centre, qui rendra la technologie satellitaire accessible aux chercheurs de tout le campus, sera présenté à la 13e Conférence internationale sur l'espace, qui aura lieu les 29 et 30 janvier à l'Université.

minisatelliteL'initiative est soutenue par la Fondation Porter, et le centre sera situé dans l'Ecole Porter d'Etudes environnementales de l'Université de Tel-Aviv. Les mini-satellites spécialement conçus pour répondre à des questions scientifiques spécifiques, seront construits par des experts et des ingénieurs en coopération avec les professeurs et les étudiants de l'Université de Tel-Aviv. Ils seront réalisés en peu de temps et à des coûts relativement bas.

"Jusqu'à présent, les scientifiques qui avaient besoin de satellites pour leurs recherches devaient utiliser les services des grands satellites, généralement lancés par les gouvernements ou l'armée", explique le Prof. Colin Price, directeur de l'Ecole Porter, qui a mené l'initiative en collaboration avec Dr. Meir Ariel, chef du Centre des Sciences de Herzliya. "La méthode du nouveau centre les libère de cette dépendance, et leur permettra une souplesse beaucoup plus grande dans l'utilisation des satellites pour la recherche".

Former la prochaine génération d'experts dans le domaine de l'espace

La nouvelle approche, rendue possible par la révolution de la miniaturisation technologique, repose sur l'utilisation de cubes d'une taille de 10 x 10 x 10 cm, assemblés pour composer de minuscules satellites ("de la taille d'une boite à chaussure" selon le Prof. Price). Chaque mini-satellite sera équipé de caméras et de capteurs minuscules, en fonction de la mission à laquelle il sera destiné, et d'une antenne qui lui permettra d'envoyer des données à la station au sol. La construction d'un mini-satellite prend environ deux ans, comparée à 10 ou même 20 ans pour celle d'un grand satellite, et son coût de construction et de lancement est d'environ un demi- million de dollars, contre des centaines de millions requis pour un satellite traditionnel.

Colin priceLes mini-satellites "montent" dans l'espace sur des engins spatiaux lancés dans le monde entier et entrent en orbite autour de la Terre à une altitude de 400 à 600 kilomètres. Ils se déplacent à une vitesse de 8 kilomètres par seconde et font le tour du globe toutes les 90 minutes. Ils peuvent être utilisés pour la recherche dans tous les domaines: surveillance environnementale, pollution de l'air, surveillance des forêts tropicales, des icebergs polaires ou des migrations animales, agriculture, réseaux de communication, géophysique, géographie, recherche atmosphérique, météorologie, biologie, médecine, etc.

En plus de ses activités de recherche, le centre se consacrera également à l'éducation  et construira des programmes pour former des étudiants dans le domaine des sciences spatiales et des satellites. Il devrait également participer au projet "Israël 70", qui marquera le 70e anniversaire du pays, par la construction de satellites miniatures dans 70 lycées, et leur lancement dans l'espace.

"Notre centre aura des préoccupations essentiellement scientifiques", conclut le Prof. Price. "C'est un centre multidisciplinaire conçu pour servir les chercheurs sur tout le campus, dans des domaines allant des sciences exactes, de l'ingénierie et des sciences de la vie jusqu'aux sciences sociales, sciences de l'éducation, le droit et même les arts. En plus de son activité de recherche, il s'occupera de former la prochaine génération d'experts dans le domaine de l'espace et des satellites".

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.

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