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Ondes gravitationnelles : l’origine des trous noirs énigmatiques de Ligo et Virgo se précise

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Bien des fusions détectées par Ligo et Virgo font intervenir des trous noirs dont les masses dépassent celles des trous noirs stellaires trahis par des émissions de rayons X. Des scénarios ont été proposés pour rendre compte de l’existence énigmatique de ces astres compacts. Une nouvelle analyse du cas de la source d’ondes gravitationnelles GW190521 vient de conforter l’hypothèse à la base de ces scénarios.

On a de la peine à le croire mais cela fait déjà six ans que l’on a détecté directement sur Terre le passage d’une onde gravitationnelle. L’étude des pulsars binaires avait déjà fourni des indications indirectes depuis des décennies de la réalité de ces ondes. Les calculs menés à partir des équations de la relativité générale d’Einstein avaient en effet montré que pour ces étoiles à neutrons l’émission d’ondes s’accompagnait d’une perte d’énergie suffisamment rapide pour des systèmes binaires qu’il en devenait possible à l’échelle humaine de constater une diminution de la période orbitale des deux astres qui se rapprochaient donc l’un de l’autre. La vitesse d’évolution pouvait être calculée et des décennies de mesures avec des radiotélescopes, comme celui d’Arecibo, avaient conduit à vérifier avec une étonnante précision les prédictions à ce sujet, ce qui ne laissait déjà guère de doutes sur l’existence des ondes gravitationnelles.

Les détecteurs Ligo et Virgo ont donc permis de vérifier que ces émissions d’ondes conduisaient finalement aussi des trous noirs dans un système binaire à se rapprocher au point d’entrer en collision et de fusionner, émettant de fantastiques quantités d’énergie, là aussi sous forme d’ondes gravitationnelles, au point de convertir parfois jusqu’à plusieurs masses solaires en énergie pure emportées par ces ondes en bien moins d’une seconde.

On sait que selon le même principe des collisions entre étoiles à neutrons et entre trous noirs et étoiles à neutrons devaient se produire et là aussi les deux détecteurs ont mis en évidence les ondes produites.

Des trous noirs anormalement massifs pour une simple origine stellaire
Rappelons que nous sommes ainsi entrés dans l’ère de l’astronomie gravitationnelle grâce à Kip Thorne et Rainer Weiss d’un côté de l’Atlantique, Alain Brillet et Thibault Damour de l’autre côté. Mais, il ne faut pas oublier aussi tous les autres membres des collaborations Ligo et Virgo qui ont permis la détection et l’analyse des ondes gravitationnelles directement sur Terre ainsi que, bien évidemment, tant d’autres noms associés à leur quête depuis des décennies et qui sont malheureusement décédés (Ron Drever, Vladimir Braginsky, etc.).

Tout comme le spectre du rayonnement d’une étoile nous indique bien des choses sur une étoile, le spectre des ondes gravitationnelles peut nous révéler les masses, les moments cinétiques et des paramètres orbitaux comme l’excentricité des trous noirs dans un système binaire. Et ce fut donc une surprise lorsque les astrophysiciens relativistes ont calculé que les masses de la première source d’onde gravitationnelle détectée sur Terre étaient de respectivement environ 36 et 29 masses solaires pour les deux trous noirs géniteurs de GW150914 (GW étant l’acronyme de gravitational wave, onde gravitationnelle en anglais, et 150914 indiquant la date de l’observation, le 14 septembre 2015).

En effet, bien que l’on soit dans des ordres de grandeur des masses des étoiles massives, la théorie de l’évolution stellaire appliquée à la naissance des trous noirs par effondrement de ces étoiles en fin de vie a fortement tendance à produire des trous noirs stellaires nettement moins massifs. De fait, les rares trous noirs stellaires détectés auparavant, notamment par les émissions en rayons X des disques d’accrétion qui les entourent parfois, ne dépassaient pas les 15 masses solaires et l’on ne comprend donc pas très bien comment ces astres compacts ont pu se former. Ligo et Virgo ont de plus fourni d’autres exemples.

Le cas de GW190521 est encore plus problématique. L’analyse du signal de la source observée par Ligo et Virgo, le 21 mai 2019, a en effet révélé qu’il était le produit de la fusion de deux trous noirs de respectivement 85 et 65 fois la masse du Soleil environ. Le produit final de cette fusion a dû être un trou noir de 142 masses solaires, ce qui veut dire que c’est l’équivalent de presque huit masses solaires qui ont été converties en rayonnement gravitationnel pur.

Les chercheurs ont donc proposé rapidement divers scénarios pour tenter d’expliquer l’existence de telles anomalies.

Des scénarios de fusion au cœur des galaxies et des amas globulaires
Ces scénarios reposent tous sur un même processus dit de fusion hiérarchique.

Dans l’un de ces scénarios, tout se passe dans le disque d’accrétion d’un trou noir supermassif au cœur des galaxies, plus précisément lorsque l’on est en présence d’un noyau actif de galaxies. Dans ce type de noyaux alimentés en gaz très souvent par des filaments de matière froide, des étoiles et trous noirs vont avoir tendance à se concentrer.

Dans le disque d’accrétion entourant le trou noir géant central, les forces de frictions en quelque sorte causées par le gaz présent vont tendre à faire sédimenter, si l’on peut dire, les trous noirs de masses stellaires classiques.

Des calculs menés lors de simulations montrent alors qu’un anneau situé à environ 300 fois le rayon de l’horizon des événements du trou noir central est le lieu d’une accumulation des trous noirs stellaires où ils se trouvent piégés. Ils vont avoir tendance à fusionner pour donner par accrétion – un peu comme les planètes se sont formées dans les disques protoplanétaires – des trous noirs avec des masses plus grandes que celles ordinairement obtenues par effondrement gravitationnel d’étoiles géantes dans des systèmes binaires.

Dans l’autre scénario, basé là aussi sur des simulations, les fusions entre trous noirs de masses stellaires sont catalysées par des rencontres entre ces trous noirs dans l’environnement particulier des amas globulaires. Rappelons que ce sont des assemblages d’anciennes étoiles particulièrement denses, pouvant rassembler en moyenne quelques centaines de milliers d’étoiles dans une sphère dont le diamètre n’est que de quelques dizaines à une centaine d’années-lumière tout au plus. On a donc des distances inter-étoiles de l’ordre d’une année-lumière en moyenne, mais pouvant être de l’ordre de la taille du Système solaire dans leur cœur.

Mais, comment tester ces scénarios ou pour le moins accréditer l’hypothèse du processus de fusion hiérarchique ? On a un début de réponse avec un article publié dans Nature Astronomy par des chercheurs du Centre for Computational Relativity and Gravitation du Rochester Institute of Technology et de l’Université de Floride.

Selon cette hypothèse, les orbites des trous noirs avant fusion doivent être particulièrement excentriques puisque les systèmes binaires se forment par captures mutuelles de trous noirs stellaires et pas par évolution de deux étoiles massives formant une étoile double.

Les chercheurs ont donc repris les analyses des signaux détectées par Ligo et Virgo et se sont notamment concentrés sur le cas de GW190521. Il a fallu aussi générer des signaux représentant des systèmes binaires avec forte excentricité et diverses masses pour les comparer au signal de GW190521. Les astrophysiciens ont donc effectué des centaines de nouvelles simulations numériques complètes avec des superordinateurs de laboratoire, locaux et nationaux, ce qui a pris près d’un an.

Au final, le signal de GW190521 s’explique effectivement mieux avec une orbite à l’excentricité marquée, ce qui conforte l’hypothèse de l’existence de processus de fusion hiérarchique.

Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/trou-noir-ondes-gravitationnelles-origine-trous-noirs-enigmatiques-ligo-virgo-precise-96251/

astronomie

Le rover Perseverance a un caillou dans sa chaussure : comment va-t-il l’enlever ?

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Depuis plus d’une semaine, le rover martien Perseverance rencontre un problème technique. Lors d’un prélèvement de roches, des débris auraient bloquer le dépôt d’échantillons dans le châssis de l’appareil. La Nasa a dévoilé son plan pour rétablir le fonctionnement du mécanisme de Perseverance.

Voilà presque deux semaines que le rover Perseverance a cessé ses opérations sur Mars. Le 7 janvier 2022, la Nasa publiait un communiqué expliquant que des petits cailloux bloquaient le mécanisme permettant au bras robotisé de stocker les échantillons du 6e forage s’étant déroulé le 31 décembre 2021. Le 14 janvier, l’agence spatiale américaine annonçait avoir lancé une opération de nettoyage du mécanisme, déblayant les petites roches en… vidant le tube de la dernière mission de prélèvement.

Comment restaurer Perseverance
L’incident s’est produit lors de la procédure de stockage de l’échantillon obtenu lors de la 6e mission de prélèvement de roches martiennes. Le bras robotisé, comprenant foreuse et tube de poussière, devait insérer ce dernier dans un carrousel guidant les échantillons vers le châssis du rover et son système d’entreposage. Mais le bras de Perseverance a rapidement rencontré une résistance, l’empêchant d’insérer le tube dans le carrousel. Quelques photographies de la caméra Watson ont permis d’identifier quelques débris de roches, bloquant le mécanisme.

La Nasa et les ingénieurs du Jet Propulsion Laboratory (JPL) ont ainsi initié une procédure de « nettoyage » le 12 janvier, en vidant d’abord le tube 261, duquel se seraient échappées les roches responsables du blocage. Le rover a donc versé les échantillons sur le sol de Mars, permettant de préserver le tube pour un futur forage du rocher « Issole », la cible de la mission de prélèvement du 29 décembre. « Je n’aurais jamais imaginé que nous ayons à réaliser cette manœuvre », écrivait Jennifer Trosper, chef de projet du JPL sur Perseverance.

Le week-end dernier, le rover a procédé à une mitigation, tentant de réduire la quantité de débris bloquant le carrousel. Celui-ci a été activé à deux reprises, tandis que les caméras imageaient la manœuvre afin de déterminer si les cailloux étaient tombés au sol. Pour l’heure, la Nasa n’a toujours pas donné de nouvelles informations concernant Perseverance et les opérations du week-end précédent. Le rover est actuellement toujours immobilisé dans la région de South Séítah, au sud du cratère Jezero.

Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/perseverance-rover-perseverance-caillou-chaussure-va-t-il-enlever-96246/https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/perseverance-rover-perseverance-caillou-chaussure-va-t-il-enlever-96246/

astronomie

Surprise ! Un trou noir géant fabrique des étoiles

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Les trous noirs sont souvent perçus comme des ogres cosmiques, destructeurs d’astres. Et pourtant, des observations menées grâce à la haute résolution du télescope spatial Hubble montrent que parfois ils peuvent aussi faire naître des étoiles dans des galaxies.

Pressentis au cours des années 1930 par Subramanyan Chandrasekhar et surtout Robert Oppenheimer, les trous noirs relativistes (Laplace et Mitchell les concevaient déjà en physique newtonienne) n’ont pas été pris au sérieux pendant des décennies et ce n’est qu’au cours des années 1960, avec la découverte des quasars, que des pionniers visionnaires comme John Wheeler, Roger Penrose ou bien sûr Stephen Hawking ont donné leurs lettres de noblesse à ces objets exotiques.

Assez rapidement, les trous noirs sont devenus pour le grand public et les amateurs de science-fiction des destructeurs de monde, avalant étoiles ou vaisseaux spatiaux. Des astrophysiciens, comme Jean-Pierre Luminet et Brandon Carter, vont d’ailleurs développer au début des années 1980 des scénarios, calculs à l’appui, montrant comment une étoile passant trop près d’un des trous noirs supermassifs que l’on commençait à découvrir en grand nombre au cœur des grandes galaxies pouvait être déformée par les forces de marée, au point de prendre une forme de crêpe et d’exploser ensuite. Il s’agit du phénomène de Tidal disruption event (ou TDE), ce qui peut se traduire par « évènement de rupture par effet de marée ».

On est donc un peu surpris par l’annonce faite par deux astrophysiciens via un article publié dans Nature et qui concerne une galaxie irrégulière du nom de Henize 2-10.

Des flots de matière qui font s’effondrer des nuages moléculaires
Henize 2-10 (son nom est un hommage à Karl G. Henize, un astronome états-unien qui fut astronaute de la Nasa à bord du Skylab et malheureusement décédé sur l’Everest) est une galaxie naine située à environ 34 millions d’années-lumière de la Voie lactée dans la constellation de la Boussole. Son diamètre n’est que de 3.000 années-lumière environ mais elle n’en contient pas moins un trou noir supermassif d’environ un million de masses solaires. C’est déjà en soit étonnant car notre Galaxie, trente fois plus large, contient elle un trou noir supermassif d’environ 4,3 millions de masses solaires.

Mais ce qui est le plus étonnant, c’est que les observations faites avec Hubble semblent clairement montrer que des vents de matière issus du trou noir central de Henize 2-10 non seulement sont associés à des amas ouverts de jeunes étoiles sur leur passage, mais que le flot de matière qu’ils constituent connecte comme un cordon ombilical ce trou noir et une région, siège d’une formation fiévreuse d’étoiles à environ 230 années-lumière de l’astre compact.

L’analyse des informations fournies par Hubble indique que le flot de matière a été émis par le trou noir il y a quelques millions d’années et que les ondes de choc avec des nuages moléculaires sur le passage de ce flot ont provoqué leur effondrement et donc la formation des jeunes étoiles.

On observe bien sûr depuis longtemps des jets de matière puissants issus de trous noirs supermassifs, mais ils sont généralement trop chauds et trop énergétiques à l’intérieur des galaxies. Au lieu de provoquer un effondrement des nuages sur leur passage, ils les chauffent et les dilatent, rendant impossible la formation d’étoiles.

Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/astronomie-surprise-trou-noir-geant-fabrique-etoiles-21662/

astronomie, conquête spatiale

Des exoplanètes bientôt avalées par leur étoile

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Tess a découvert des Jupiter chaudes autour d’étoiles de type solaire en fin de vie dont les périodes orbitales sont parmi les plus courtes connues. Ces exoplanètes migrent en fait vers leurs soleils et ne devraient pas tarder à s’y engloutir à l’échelle de quelques millions d’années environ. Leur étude pourrait donner des renseignements précieux sur l’évolution des systèmes planétaires et bien sûr la fin du Système solaire.

Le 15 janvier 2022, le célèbre site de l’Encyclopédie des planètes extrasolaires mentionnait que 4.921 exoplanètes étaient connues de l’Humanité. Ce n’est qu’un début même si l’on peut penser que l’on a déjà fait des progrès extraordinaires depuis la découverte des premières exoplanètes en orbite autour d’étoiles sur la fameuse séquence principale, en 1995 (on connaissait déjà le cas de deux exoplanètes autour d’un pulsar, PSR B1257+12, depuis 1992).

On sait que les Suisses Michel Mayor et Didier Queloz ont d’abord révélé l’existence de Jupiter chaudes, des géantes gazeuses plus proches de leurs étoiles hôtes en proportion que Mercure du Soleil. Ce fut une surprise bien que certains théoriciens de la cosmogonie planétaire avaient déjà envisagé des processus de migration tôt dans l’histoire de la formation des exoplanètes. On verra pourquoi, un peu plus loin, il a fallu postuler ces processus.

La découverte de ces astres s’est initialement faite avec la méthode des vitesses radiales (voir à ce sujet l’une des vidéos de la série du CEA ci-dessous) au sol mais les grandes moissons ont été faites essentiellement par des instruments en orbite utilisant la méthode des transits planétaires avec le satellite Kepler et aujourd’hui avec son successeur Tess (Transiting Exoplanet Survey Satellite). On s’intéresse bien sûr surtout à la découverte d’exoterres, des planètes rocheuses de taille et de masse très voisines de celles de la Terre qui seraient en orbite dans la zone d’habitabilité d’une étoile de type solaire ou d’une naine rouge. Rappelons que la question de la définition de la zone d’habitabilité n’est pas simple, pas plus qu’il soit pertinent de chasser des exoterres autour des naines rouges pour des questions d’exobiologie.

Des Jupiter chaudes pour comprendre la dynamique des systèmes planétaires
Toutefois, la découverte d’autres exoplanètes que des exoterres apporte aussi son lot de renseignements importants pour l’astrophysique et l’exobiologie et l’on se prépare également à tenter de faire aussi bien, grâce aux instruments du télescope James-Webb, des d’analyses de la composition chimique de l’atmosphère de Jupiter chaudes, comme WASP-62b, que de celles existant peut-être autour d’exoplanètes telluriques comme celles autour de Trappist 1.

La théorie nous dit, sans l’ombre d’un doute, que les géantes gazeuses ou de glace se forment à grandes distances des jeunes étoiles dans le disque protoplanétaire qui les entoure à la naissance. Les Jupiter chaudes ont donc migré et ce faisant, leur champ de gravitation a eu un impact sur le reste de la formation planétaire.

Faire des statistiques sur la composition chimique de ces astres et leur occurrence dans des systèmes planétaires nous renseigne donc sur le processus général de la cosmogonie des exoplanètes dans la Voie lactée et donc, in fine, sur les chances d’avoir des exoplanètes habitables dans notre Galaxie. Voilà de quoi préciser les paramètres de la fameuse équation de Drake pour le programme Seti notamment.

Aujourd’hui, une équipe de chercheurs a publié dans Astronomical Journal un article en accès libre sur arXiv qui annonce la découverte par Tess de trois Jupiter chaudes autour d’étoiles sous-géantes ou géantes qui se signalent par leurs courtes périodes orbitales et le destin que la mécanique céleste impose à de tels astres. Samuel Grunblatt, chercheur postdoctoral à l’American Museum of Natural History et au Flatiron Institute de New York, explique à leur sujet que « ces découvertes sont cruciales pour comprendre une nouvelle frontière dans les études sur les exoplanètes : comment les systèmes planétaires évoluent au fil du temps. Ces observations offrent de nouvelles fenêtres sur les planètes en fin de vie, avant que leurs étoiles hôtes ne les engloutissent ».

En effet, initialement débusquées comme des candidates au titre d’exoplanète dans les données de Tess, l’existence de TOI-2337b, TOI-4329b et TOI-2669b a été confirmée par les instruments de l’observatoire WM Keck au sommet du Maunakea à Hawaï. Or, il apparaît qu’elles sont condamnées à brève échéance à l’échelle du temps cosmique. Dans le cas de TOI -2337b, elle va continuer sa migration au point d’être avalée dans seulement un million d’années environ.

La fin de vie du Système solaire ?
Nous sommes donc devant des laboratoires qui pourraient nous donner des idées nouvelles sur la façon dont notre Soleil engloutira des planètes dans plusieurs milliards d’années en phase géante rouge. Certains astrophysiciens ont même émis l’hypothèse qu’à l’aube de la formation du Système solaire il pourrait avoir avalé au moins une superterre.

Ce que nous savons déjà, c’est que ces trois exoplanètes ont des masses comprises entre 0,5 et 1,7 fois la masse de Jupiter et des tailles allant d’un peu plus petite à plus de 1,6 fois la taille de Jupiter. Elles couvrent également une large gamme de densités, allant de celle de la mousse de polystyrène à celle trois fois plus élevée que l’eau, ce qui implique une grande variété d’origines et donc, comme on l’a dit, des indices précieux pour la cosmogonie planétaire dans la Voie lactée.

Si en effet, comme on l’a dit, Tess a d’abord débusqué ces planètes par une méthode photométrique donnant le rayon et la période orbitale de ces planètes, il a fallu une confirmation de leur existence par spectroscopie, via le spectromètre à haute résolution Hires qui a permis d’utiliser la méthode des vitesses radiales et de fixer la masse, et donc la densité de ces astres.

Les planétologues ont des raisons de penser que la grande variété de densités trouvées suggère que ces systèmes planétaires ont été façonnés par des interactions chaotiques entre des exoplanètes. En effet, les modèles développés avec la mécanique céleste pour rendre compte de tels systèmes non seulement impliquent que les planètes géantes devraient se diriger vers leurs étoiles hôtes à mesure que les étoiles évoluent avec le temps, en particulier dans les 10 derniers pourcents de la durée de vie de l’étoile, mais aussi que cette évolution stellaire, par perte de masse ou gonflement, peut conduire à un rapprochement des orbites des planètes autour de l’étoile hôte, augmentant la probabilité que certaines d’entre elles entrent en collision.

Comme l’explique le communiqué de l’Observatoire Keck, TOI-4329 – en particulier – est intéressante. Comme toutes les exoplanètes qui peuvent tomber dans le filet tendu par Tess, elle doit se trouver dans une sphère de 200 années-lumière de rayon tout au plus. Cela veut dire que son atmosphère est analysable, partiellement du moins, avec le télescope spatial James-Webb qui pourrait y révéler la présence d’eau ou de dioxyde de carbone, et plus généralement des données qui fourniraient des contraintes sur l’endroit où ces planètes se sont formées et sur les interactions qui ont dû se produire sur les orbites planétaires que nous voyons aujourd’hui.

Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/exoplanetes-exoplanetes-bientot-avalees-leur-etoile-96130/

astronomie

Qu’est-ce qu’une galaxie ?

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Véritables collections d’étoiles et de gaz, les galaxies parsèment notre Univers. Nous vivons dans l’une d’elles, la Voie lactée. Mais qu’est-ce qu’une galaxie exactement ?

Nous vivons à l’intérieur d’une galaxie assez classique, selon la Nasa : la Voie lactée contient des centaines de milliards d’étoiles, du gaz et des poussières, et de la matière noire (au moins 10 fois plus que les étoiles et le gaz réunis). Elle contient aussi vraisemblablement un trou noir supermassif en son centre.

« Une galaxie est une énorme collection de gaz, de poussière et de milliards d’étoiles et de leurs systèmes solaires, tous maintenus ensemble par la gravité », résume l’agence sur un autre site, Space Place. Le système solaire, qui contient notre planète, n’est qu’une toute petite partie de notre galaxie, la Voie lactée.

Des morphologies variées parmi les galaxies
Les galaxies sont généralement composées d’un bulbe et d’un disque, avec des bras spiraux à l’intérieur de celui-ci. Les formes (ou morphologies) de galaxies sont très variées. Certaines, comme la Voie lactée, sont spirales (les galaxies spirales représentent deux tiers des galaxies connues), avec des bras qui semblent comme « s’enrouler » autour de leur centre ; d’autres ont une forme plus ovale et sont dites elliptiques ; d’autres sont irrégulières, ni spirales, ni ovales, faisant plutôt penser à des gouttes.

Il y a tant de galaxies dans l’Univers qu’il est très compliqué de pouvoir toutes les compter. Selon certains scientifiques, il pourrait y avoir jusqu’à 100 milliards de galaxies dans l’Univers. Ce sont les étoiles qui donnent aux galaxies leur luminosité.

Les galaxies n’aiment pas trop la solitude
Les galaxies ne sont que rarement solitaires dans l’Univers : du fait de la gravité, elles ont tendance à se regrouper, formant ce qu’on appelle des groupes et des amas de galaxies. Il arrive que certaines se rapprochent jusqu’à se « percuter ». En fait, il faut garder à l’esprit que dans une galaxie, les étoiles sont très distantes les unes des autres : cela signifie que lors d’une fusion de galaxies, il n’y a quasiment pas de collisions d’étoiles — les deux galaxies s’interpénètrent.

C’est le sort qui attend la Voie lactée, dans 4,5 milliards d’années, lorsqu’elle rencontrera la galaxie d’Andromède. Le résultat de cet événement sera leur fusion, pour former une galaxie plus grande, déjà surnommée « Milkomède » ou « Lactomède »).

À noter que la galaxie d’Andromède est la seule qu’on peut tenter de voir à l’œil nu (c’est-à-dire sans instrument astronomique) dans l’hémisphère nord. Dans l’hémisphère sud, on peut voir le Grand et le Petit Nuage de Magellan.

Source : https://www.numerama.com/sciences/824919-quest-ce-quune-galaxie.html

astronomie

Le nombre de trous noirs dans l’Univers observable serait gigantesque !

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On ne sait vraiment jusqu’où l’Univers s’étend dans l’espace mais on sait évaluer la taille du volume de ce que l’on appelle l’Univers observable. Une équipe d’astrophysiciens pense avoir réussi à modéliser le taux de formation des trous noirs stellaires et donc le nombre de ces objets qui se sont formés après le Big Bang et qui sont toujours là dans cet Univers observable.

Les équations de la théorie de la relativité générale d’Einstein admettent un zoo de solutions cosmologiques assez diversifié si l’on autorise que l’espace ne soit pas isotrope et avec des topologies non triviales. On peut, dans le premier cas, avoir un cosmos en rotation ou de forme oscillante entre une sphère et un cigare par exemple. Dans le second cas, l’espace peut être chiffonné, selon l’expression de Jean-Pierre Luminet, et être par exemple l’analogue d’un tore ou du dodécaèdre de Poincaré.

Dans le cas d’un tore, la géométrie de l’espace serait plate et nous pourrions la croire de taille infinie, comme le serait un plan, et pourtant nous aurions tort. Toutes ces considérations ne sont là que pour rappeler que même si les analyses des données du satellite Planck concernant le rayonnement fossile du Big Bang favorisent plutôt un Univers avec une géométrie plate et donc peut-être de taille infinie dans l’espace, nous n’avons encore aucune certitude quant à cette question et encore moins quant à la forme et à la topologie de l’espace (son caractère fini ou non dans le temps est aussi sujet uniquement pour le moment à des spéculations, par exemple celles du prix Nobel de physique Roger Penrose au sujet d’une Univers cyclique).

Toujours est-il que nous pouvons tout de même parler de la notion d’Univers observable, c’est-à-dire l’ensemble des régions de l’espace d’où des rayons lumineux ont pu nous parvenir depuis sa naissance il y a environ 13,8 milliards d’années. Signalons au passage que le comportement de ces rayons, qui peuvent servir de sonde cosmologique pour tester différents modèles d’Univers, a récemment été examiné de plus près par les membres de la collaboration RayGal.

Un Univers observable de 90 milliards d’années-lumière de diamètre
Au sujet de l’Univers observable actuel, dont les caractéristiques ne font pas vraiment débat et ne dépendent pas vraiment du modèle cosmologique considéré, on peut s’en faire une idée grâce à une célèbre vidéo, The Known Universe, disponible sur la chaîne YouTube de l’American Museum of Natural History.

Reprenons les commentaires que Futura avait déjà faits concernant cette vidéo il y a des années. Le voyage dans l’Univers observable y commence sur le toit du monde, c’est-à-dire le Tibet, puis nous entraîne à travers le Système solaire pour nous montrer la position des orbites des planètes par rapport à la Voie lactée. On dépasse ensuite la sphère d’ondes radio générée par l’Humanité à partir des années 1910 et dont le front se trouve à environ 100 années-lumière pour sillonner le fin disque de la galaxie spirale qu’est notre Voie lactée.

Le voyage se poursuit à travers la carte des galaxies et des quasars obtenue par des grands relevés comme le Sloan Digital Sky Survey (SDSS) pour finir par rejoindre la sphère de dernière diffusion située à plus de 46 milliards d’années-lumière de la Terre actuellement. Elle correspond aux régions d’où sont partis il y a 13,8 milliards d’années les photons du rayonnement fossile. On revient ensuite sur Terre avec une étrange impression de vertige métaphysique associée à la prise de conscience de l’énormité des échelles d’espace dans lesquelles se trouve prise l’Humanité depuis des millénaires, quelque part entre le Tout et le Rien, portée par une vague ayant mené du Big Bang au Vivant.

On a spéculé depuis bien longtemps sur le contenu exact de cet Univers observable, combien de galaxies, d’étoiles, de protons ? Nous avons des moyens indirects d’estimer ces nombres et aujourd’hui un groupe d’astrophysiciens dirigé par des membres de l’École internationale supérieure d’études avancées (en italien, Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati ou SISSA), une célèbre université italienne située à Trieste, vient de publier un article évaluant le nombre de trous noirs d’origine stellaire dans l’Univers observable.

Une précision, le rayon du cosmos observable c’est environ 45 milliards d’années-lumière et pas 13,8 comme on pourrait le croire naïvement. En effet, depuis le Big Bang, dont on ne sait pas s’il débute par une vraie naissance du temps, l’espace est en expansion et rien ne limite a priori sa vitesse. Tout calcul fait en tenant compte de cette expansion, les régions d’où sont partis les photons du rayonnement fossile depuis 13,8 milliards d’années se retrouvent aujourd’hui bel et bien à environ 45 milliards d’années-lumière et elles sont sans doute occupées actuellement par des galaxies ressemblant beaucoup à celles dans le voisinage de la Voie lactée.

Pendant toute cette durée, des étoiles se sont formées et certaines étaient suffisamment massives pour s’effondrer en donnant des trous noirs aussi bien dans des galaxies que dans les amas globulaires en orbite autour de ces galaxies. On a également des raisons de penser que les amas globulaires seraient le lieu de véritables réactions en chaîne catalysant la formation de trous noirs binaires de plus en plus massifs, d’après de nouvelles simulations numériques décrivant l’évolution des amas, en tenant compte de la relativité générale. De tels trous noirs binaires se forment également dans les galaxies puisque beaucoup d’étoiles naissent en fait en couple. Dans tous les cas, des fusions vont intervenir donnant des trous noirs plus massifs comme les détections d’ondes gravitationnelles effectuées avec Ligo et virgo l’ont démontré.

Tous les trous noirs stellaires depuis le début du Big Bang
On a réussi à modéliser l’évolution du taux de formation des étoiles dans les galaxies et ensuite l’évolution de ces étoiles et le nombre de trous noirs stellaires qu’elles vont former. Ces évolutions sont aussi en relation avec l’évolution de la chimie des galaxies en raison de la nucléosynthèse des éléments dans les étoiles massives, éléments qu’elles dispersent en devenant des supernovae. Cela fait changer la métallicité des galaxies et des étoiles, c’est-à-dire les abondances des éléments plus lourds que l’hydrogène, selon le jargon des astrophysiciens. Or, la métallicité influence la formation et l’évolution des étoiles.

Bref, comme l’explique donc une publication dans The Astrophysical Journalque l’on peut aussi consulter en accès libre sur arXiv, les chercheurs estiment qu’environ 1 % des protons et des neutrons produits par le Big Bang se trouvent aujourd’hui sous forme de trous noirs d’origine stellaire, ne dépassant pas quelques centaines de masses solaires, dans le cosmos observable. Ils ont obtenu aussi une fonction de distribution dans les galaxies et amas globulaires du nombre de trous noirs d’origine stellaire d’une masse donnée et elle rend bien compte, en faisant intervenir la formation catalysée de trous noirs dans les amas globulaires, des trous noirs particulièrement massifs de plusieurs dizaines de masses solaires qui avaient surpris les chercheurs après leur détection avec Vigo et Ligo.

Tous ces trous noirs stellaires sont trop massifs pour avoir commencé à s’évaporer par rayonnement Hawking. La température d’un tel rayonnement pour les masses impliquées étant plus basse que celle du rayonnement fossile, ces astres sont plus froids que lui et ils l’absorbent plutôt que de rayonner. Le bilan des trous noirs stellaires dans l’Univers observable fait donc le décompte de tous les trous noirs d’origine stellaire formés et existant depuis la naissance des premières étoiles.

Les chercheurs arrivent alors au nombre ahurissant de 40 milliards de milliards de trous noirs stellaires dans le cosmos soit 40*1018 astres.

Terminons en rappelant que les trous noirs supermassifs n’ont pas été pris en compte bien qu’ils contiennent d’un million à plusieurs milliards de masses solaires et soient présents dans toutes les grandes galaxies. Ce n’est guère étonnant car on ne sait toujours pas vraiment comment sont nés ces géants, peut-être à partir de germes sous forme de trous noirs primordiaux.

Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/univers-nombre-trous-noirs-univers-observable-serait-gigantesque-96185/

astronomie

Mars : ce signal carbone détecté par Curiosity trahit-il la présence de vie ?

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Le carbone est au cœur de la vie. Mais pas que… Alors lorsque des astronomes mettent la main sur une forme de carbone un peu particulière que la planète Mars, ils envisagent qu’elle puisse avoir été produite par la vie. Mais pas que…

Cela fait maintenant bientôt 10 ans que Curiosity parcourt le cratère Gale. Dix ans que le rover de la Nasa renvoie aux astronomes des données qui les aident à reconstruire peu à peu l’histoire de la planète Mars. Et aujourd’hui, des chercheurs rapportent avoir découvert, dans des échantillons de sol martien, une signature troublante. Le type de signature qui, sur notre bonne vieille Terre, est associée… à des processus biologiques !

Est-ce à dire que les astronomes ont enfin mis la main sur le Graal ? Qu’ils ont découvert la preuve de l’existence de formes de vie extraterrestre ? N’allons pas trop vite en besogne. Car même si les chercheurs qualifient leurs observations d’« extrêmement intéressantes », ils ont aussi déjà en tête d’autres processus plausibles pour les expliquer. Des scénarios « non conventionnels », certes, mais qui vont devoir être explorés avant de pouvoir conclure.

Mais qu’ont-ils vraiment découvert ? Des roches avec des compositions en isotopes du carbone surprenantes. Rappelons que le carbone possède deux isotopes stables. Le carbone 12 et le carbone 13. Et comme le premier réagit plus rapidement que le second, une analyse de leurs quantités relatives dans un échantillon donne des informations utiles aux chercheurs. Dans les roches sédimentaires analysées par Curiosity, ils ont ainsi trouvé des échantillons particulièrement riches en carbone 13 et d’autres, étonnamment pauvres en carbone 13.

Nuage galactique ou ultraviolets
Sur Terre, les sédiments aussi pauvres en carbone 13 sont ceux qui ont été exposés à une activité biologique. Un tapis microbien consommateur de méthane (CH4), par exemple. Mais les chercheurs ne peuvent pour l’heure pas affirmer que le même type de processus a eu lieu sur Mars. La présence de roches appauvries en carbone 13 pourrait aussi bien être due au passage de notre Système solaire dans un nuage moléculaire galactique — il semblerait que cela se produise environ tous les 200 millions d’années — ou à une décomposition du dioxyde de carbone (C02) par un rayonnement ultraviolet (UV).

Le premier scénario est-il possible ? Pour cela, les astronomes rapportent qu’il aurait fallu que le nuage galactique en question ait d’abord provoqué une baisse de la température sur Mars. De façon à y former des glaciers. Sur lesquels la poussière aurait pu se déposer et demeurer une fois la glace fondue. Laissant derrière elle une couche de sédiments pauvres en carbone 13. Mais pour l’heure, il n’existe que des preuves extrêmement limitées de la présence de glaciers dans le passé du cratère Gale.

La piste des UV est-elle plus prometteuse ? Là non plus, rien ne permet réellement de conclure pour l’instant. Des travaux montrent en effet que le rayonnement ultraviolet peut transformer le CO2 en composés organiques de type formaldéhyde. Mais les chercheurs auront besoin de plus de résultats expérimentaux pour en être sûrs.

Une signature biologique ?
Avec toutes les précautions qui s’imposent en la matière, les astronomes envisagent aussi un scénario qui mettrait au centre de l’histoire, des processus biologiques extraterrestres. Inspirés de ceux qui sont connus sur la Terre. Des bactéries de surface qui auraient produit une signature carbone unique en libérant du méthane dans l’atmosphère martienne. Le rayonnement UV l’aurait ensuite converti en molécules plus grandes et plus complexes qui auraient finalement plu sur la surface et pourraient maintenant être préservées avec leur signature carbone distincte dans les roches martiennes.

« Sur Terre, les processus qui produiraient le signal carbone que nous avons détecté sont biologiques, confirme Christopher House, chercheur à la Pennsylvania State University (États-Unis). Nous devons comprendre si la même explication fonctionne pour Mars ». Car la Planète rouge est bien différente de la nôtre. Plus petite, plus froide, avec une gravité plus faible et un mélange isotopique de départ différent de celui de la Terre. « Sur notre planète, il y a de la vie partout où nous regardons. Et elle influence le cycle du carbone. Nous empêchant d’étudier ce qu’il pourrait être en l’absence de vie. »

Les astronomes attendent désormais de savoir si Curiosity trouvera des signatures similaires sur d’autres sites. Ils espèrent aussi pouvoir analyser la teneur en carbone d’un panache de méthane relâché par la surface comme celui croisé par hasard par le rover en 2019. Une teneur qui pourrait valider ou non, l’hypothèse impliquant des micro-organismes.

Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/mars-mars-ce-signal-carbone-detecte-curiosity-trahit-il-presence-vie-96188/?utm_source=pushB&utm_medium=sciences&utm_campaign=push

astronomie, météo

Les scientifiques de la NASA estiment l’explosion des Tonga à 10 mégatonnes

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Les chercheurs de la NASA ont une estimation de la puissance d’une éruption massive qui a eu lieu samedi près de la nation insulaire des Tonga. « Nous avons trouvé un chiffre d’environ 10 mégatonnes d’équivalent TNT », a déclaré James Garvin, scientifique en chef au Goddard Space Flight Center de la NASA, à NPR. Cela signifie que la force explosive était plus de 500 fois plus puissante que la bombe nucléaire larguée sur Hiroshima à la fin de la seconde guerre mondiale. L’explosion a été entendue jusqu’en Alaska et a probablement été l’un des événements les plus bruyants sur terre depuis plus d’un siècle, selon Michael Poland, géophysicien au US Geological Survey. « Il s’agit peut-être de l’éruption la plus bruyante depuis [l’éruption du volcan indonésien] Krakatau en 1883 », déclare Poland. Cette éruption massive du XIXe siècle a tué des milliers de personnes et a libéré tellement de cendres qu’elle a plongé une grande partie de la région dans l’obscurité. Dans le cas de ce dernier événement, Garvin dit qu’il pense que le pire est peut-être passé – du moins pour le moment. « Si le précédent passé pour les éruptions volcaniques dans ce type de cadre a un sens », a-t-il ajouté, « alors nous n’aurons pas une autre de ces explosions pendant un certain temps ».

Même trois jours après l’explosion, les Tonga restent largement coupées du monde. Les câbles de communication sous-marins semblent avoir été coupés et l’aéroport est recouvert de cendres, empêchant les vols de secours d’arriver à la capitale, Nukuʻalofa. Des vols de reconnaissance par le gouvernement néo-zélandais ont montré que les cendres avaient recouvert des maisons et de nombreuses autres structures. Le ministère néo-zélandais des Affaires étrangères a signalé que deux personnes avaient été tuées et qu’un tsunami avait inondé la côte ouest de l’île principale de Tongatapu, causant d’importants dégâts. Des dépêches de presse citent le gouvernement des Tonga faisant état d’un décès supplémentaire et d’encore plus de dégâts sur les îles périphériques, y compris l’île de Mango, où toutes les maisons ont été détruites. « Nous avons trouvé un chiffre d’environ 10 mégatonnes d’équivalent TNT », a déclaré James Garvin, scientifique en chef au Goddard Space Flight Center de la NASA, à NPR. Cela signifie que la force explosive était plus de 500 fois plus puissante que la bombe nucléaire larguée sur Hiroshima à la fin de la seconde guerre mondiale. L’explosion a été entendue jusqu’en Alaska et a probablement été l’un des événements les plus bruyants sur terre depuis plus d’un siècle, selon Michael Poland, géophysicien au US Geological Survey. « Il s’agit peut-être de l’éruption la plus bruyante depuis [l’éruption du volcan indonésien] Krakatau en 1883 », déclare Poland. Cette éruption massive du XIXe siècle a tué des milliers de personnes et a libéré tellement de cendres qu’elle a plongé une grande partie de la région dans l’obscurité. Dans le cas de ce dernier événement, Garvin dit qu’il pense que le pire est peut-être passé – du moins pour le moment. « Si le précédent passé pour les éruptions volcaniques dans ce type de cadre a un sens », a-t-il ajouté, « alors nous n’aurons pas une autre de ces explosions pendant un certain temps ».

Le volcan à l’origine de l’éruption avait fait l’objet d’études par l’équipe de la NASA dans les années précédant cet événement explosif. Les îles qui forment les Tonga se trouvent le long d’une zone de subduction où une partie de la croûte terrestre plonge sous une autre, selon Garvin. « Dans ce cas particulier, nous ne savons pas quand, une sorte de volcan avec un grand anneau sommital de collines et de choses s’est formé », dit Garvin. Fin 2014 et début 2015, le long du bord de cette caldeira, l’activité volcanique a construit une plate-forme qui s’est élevée hors de la mer, créant une nouvelle île. Des couches de vapeur et de cendres ont finalement relié l’île, connue sous le nom de Hunga Tonga Hunga Ha’apai, à deux îles beaucoup plus anciennes de chaque côté. Hunga Tonga Hunga Ha’apai a été complètement détruite par l’explosion de samedi, a déclaré Dan Slayback, chercheur à la NASA Goddard et Science Systems and Applications Inc. . « Ce n’étaient pas des cendres, c’était de la roche solide, réduite en miettes », dit-il. « C’était assez incroyable de voir cela se produire. » Garvin dit que la formation de l’île a également probablement semé sa destruction. En s’élevant de la mer, des couches de magma liquide ont rempli un réseau de chambres en dessous. Il soupçonne que l’explosion a été déclenchée par un changement soudain dans la plomberie souterraine, qui a provoqué une inondation d’eau de mer. « Lorsque vous mettez une tonne d’eau de mer dans un kilomètre cube de roche liquide, les choses vont vite se gâter », dit-il.

Mais malgré toute sa force explosive, l’éruption elle-même était en fait relativement petite, selon le scientifique de l’USGS Michael Poland. Contrairement à l’éruption du mont Pinatubo en 1991, qui a craché des cendres et de la fumée pendant des heures, les événements de Hunga Tonga Hunga Ha’apai ont duré moins de 60 minutes. Il ne s’attend pas à ce que l’éruption provoque des changements à court terme dans le climat de la Terre, comme d’autres grandes éruptions l’ont fait dans le passé. En fait, selon la Pologne, le vrai mystère est de savoir comment une éruption aussi faible pourrait créer un tel big bang et un tel tsunami. « Cela a eu un impact démesuré, bien au-delà de la zone à laquelle vous vous attendriez si cela avait été complètement au-dessus de l’eau », dit-il. « C’est la chose qui est juste un casse-tête. » Garvin dit que les scientifiques veulent faire un suivi avec des études supplémentaires de la zone autour de la caldeira du volcan. L’analyse d’images satellitaires est déjà en cours, et pourrait bientôt être suivie de missions par des drones sans équipage. Il espère que le volcan sera suffisamment sûr pour que les chercheurs puissent le visiter plus tard dans l’année. La Pologne dit qu’il pense que les chercheurs en apprendront beaucoup plus dans les jours et les mois à venir, alors qu’ils mèneront de nouvelles enquêtes dans la région. « C’est juste un événement horrible pour les Tongans », dit-il. Mais « cela pourrait être une référence, une sorte d’événement décisif en volcanologie ».

Source : https://www.npr.org/2022/01/18/1073800454/nasa-scientists-estimate-tonga-blast-at-10-megatons?t=1642536713612&fbclid=IwAR0pJJYJeqMzarDUtL9KQd67k3_JIZYGdBaIGR1MhYwbRUJGYwhrhmHvkGQ&t=1642537763524

astronomie

La mort d’une étoile a été observée en direct

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Pour la première fois, les derniers instants d’une étoile ont été observés avant sa transformation en supernova. Une découverte majeure pour comprendre les phénomènes à l’œuvre dans ces instants-clés.

Observer une supernova, c’est un peu comme arriver en retard à un spectacle. Les comédiens saluent sur scène, la salle applaudit, il y a une certaine effervescence encore présente, mais la représentation est bien finie.

Pourtant, le processus est assez bien connu : à la fin de leur séquence principale, les étoiles les plus massives se retrouvent sans carburant à brûler et implosent, déployant leurs couches de matières partout autour d’elles. Il en résulte un phénomène extrêmement lumineux, une déflagration d’énergie au terme de laquelle se crée une étoile à neutron ou un trou noir.

Mais une nouvelle étude publiée dans The Astrophysical Journal le 6 janvier 2022 vient apporter des éléments à la compréhension de ce phénomène : cette fois, des astronomes ont pu assister au spectacle et ont été témoin des derniers instants d’une étoile avant sa transformation en supernova. « C’est une supernova de type II, nous raconte un des auteurs Luc Dessart, chercheur CNRS à l’Institut d’Astrophysique de Paris. Elle provient d’une super géante rouge comparable à Bételgeuse. »

Une étoile dix fois plus massive que le Soleil

La découverte a pu être faite grâce à deux télescopes situés à Hawaï pendant l’été 2020. D’abord, le télescope Pan-Starrs, chargé de faire des relevés de la totalité du ciel. Puis le Keck Observatory qui a pu affiner ces observations. L’explosion a eu lieu dans une galaxie baptisée NGC 5731 située à 120 millions d’années-lumière de la Terre. L’étoile qui a donné naissance à cette supernova devait être dix fois plus massive que le Soleil, selon les données récoltées.

« Si nous avons pu la repérer, précise Luc Dessart, c’est parce que nous faisons désormais des sondages réguliers de tout le ciel. C’est en voyant le phénomène que nous avons pu remonter dans les archives et comprendre qu’il s’agissait de quelque chose de nouveau, les premiers signes de l’effondrement de l’étoile. »

Ce que les chercheurs ont vu, c’est une forte luminosité émanant de l’étoile. Ils ont donc continué à la scruter pour voir comment cela allait évoluer, et il s’avère que quelques mois plus tard, l’étoile s’est transformée en supernova. L’événement a été baptisé SN 2020tlf et il représente quelque chose d’unique pour mieux comprendre ces derniers instants.

Par exemple, la théorie voulait que les étoiles de ce type ne montrent pas d’agitation particulière avant d’imploser. Or, celle-ci avait commencé à émettre des radiations et à perdre beaucoup de masse quelques mois avant sa transition, ce qui remet en cause les connaissances sur ces objets.

Un cocon de matière

« Nous avons aussi eu des surprises sur la manière dont se comportait la lumière, ajoute Luc Dessart. La supernova a émis des raies très étroites, ce qui va à l’encontre des modèles théoriques, mais nous avons réussi à comprendre pourquoi. »

D’habitude, la lumière qui s’échappe d’une supernova est éjectée dans toutes les directions à la fois, ce qui forme une sorte de cône. Mais cette étoile a provoqué une réaction différente, car, avant l’explosion, elle a perdu une grande partie de sa masse. Toute cette matière éjectée n’est pas allée bien loin, elle a formé un cocon tout autour, un milieu statique circumstellaire qui agissait comme un filtre. Résultat, quand la lumière a été produite par l’explosion du cœur, elle s’est confrontée à ce cocon et les photons ont formé des raies plus étroites, très inhabituelles chez des supernovae.

« C’est un comportement qui était connu, précise Luc Dessart. Mais nous croyions que c’était présent surtout chez les étoiles les plus massives, à partir de quinze ou vingt masses solaires. Ici, le progéniteur est plus petit, mais il a tout de même perdu énormément de masse avant l’explosion. »

Cette découverte ouvre donc de nouveaux questionnements et des interprétations différentes, mais pour en savoir plus, il faudrait découvrir d’autres événements similaires. Ce qui devrait être possible, désormais. Maintenant que les télescopes ont été témoins du type de radiations émis par une étoile quelques mois avant sa transformation en supernova, il suffit d’en trouver d’autres du même type et de garder les yeux fixés dessus en attendant que ça arrive. « C’est possible en théorie, mais c’est compliqué, reconnaît Luc Dessart. Le cocon peut mettre environ une année à se former, le choc dû à l’explosion dure une dizaine de jours, mais tout se précipite sur la fin. Le ciel est grand et ces phases sont courtes, donc il y a toujours le risque de les rater. »

Quoi qu’il en soit, les équipes derrière la « Young Supernova Experiment », sont sur le coup. Cette expérience destinée à trouver des supernovae en sondant l’ensemble du ciel avec le télescope Pan-Starrs a déjà permis la découverte de 2020tlf, et les observations se poursuivent. « Cela a été un grand pas en avant, reconnaît Luc Dessart, car les premières supernovae n’étaient vues que par des amateurs, dans des galaxies très similaires à la nôtre. Maintenant, nous avons des observations plus diversifiées, dans des milieux très différents. Ce qui nous aide à avoir un tableau plus précis de la situation. »

Source : https://www.numerama.com/sciences/822045-la-mort-dune-etoile-a-ete-observee-en-direct.html

astronomie, conquête spatiale

Mars possédait sans doute un océan stable il y a encore 3 milliards d’années

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La planète Mars a abrité de l’eau liquide dans son passé, c’est attesté. Selon une récente étude publiée dans la revue Pnas, une nouvelle découverte fait supposer la présence de suffisamment d’eau pour un océan, il y a 3 milliards d’années. La question de savoir où est passée cette eau demeure entière.

S’il est maintenant admis que le lointain passé de Mars comportait de l’eau liquide, la présence d’un océan aussi récent que 3 milliards d’années semblait impossible. Pourtant, nous venons de publier une étude dans la revue scientifique Pnas qui montre le contraire, en permettant de simuler le système climatique martien de cette époque. À la même période sur Terre, la vie s’est développée pour conquérir un grand nombre d’écosystèmes.

Le climat était vraisemblablement froid sur les continents équatoriaux, mais l’océan polaire a pu rester liquide, comme le montre un certain nombre d’indices géologiques. Dans ce scénario, notre planète sœur aurait aussi pu être largement propice au développement de la Vie avant de devenir la Planète rouge. Un océan stable apporterait l’eau liquide nécessaire à la Vie sur des grandes échelles de temps en tant que solvant chimique, mais aussi pour protéger des radiations stellaires. Ces conditions semblent nécessaires, mais certainement pas suffisantes et l’apparition de la Vie est une question ouverte de la Science du XXIe siècle. Il faut rappeler qu’à ce jour, aucune trace de Vie n’a été découverte ailleurs que sur Terre, que ce soit sur Mars ou n’importe où dans l’Univers.

La présence d’eau liquide sur Mars il y a 3,5-4 milliards d’années (à l’ère géologique nommée Noachienne) est attestée par la présence de vallées ramifiées. Ces vallées sont formées par de l’eau liquide, le plus généralement sous forme de pluie ou de fonte de neige. L’écoulement de l’eau produit de petites rivières au profil d’érosion en V qui fusionnent pour devenir des rivières plus grandes et ainsi de suite : le paysage final est un réseau de vallées ramifiées, se jetant parfois dans des lacs.

Les vallées glaciaires, quant à elles, sont de formes différentes dues à l’érosion glaciaire massive, au profil en U et moins ramifiées. Pourquoi Mars a pu garder traces de ces processus si lointains dans le temps alors que c’est impossible sur Terre ? Sur Terre, nous avons la tectonique des plaques, qui a rassemblé tous les continents il y a 200 millions d’années en un supercontinent : la Pangée. Par conséquent, sur Terre, il est impossible de trouver des paysages plus anciens. Sur Mars, la tectonique des plaques n’existe pas et les paysages restent figés en accumulant progressivement les stigmates du temps.

Un océan dans l’hémisphère nord de Mars
La présence dans l’hémisphère nord d’un océan polaire est controversée, mais plusieurs équipes ont identifié une ancienne ligne de rivages cohérente. Récemment, une nouvelle découverte a été faite : l’identification de dépôts de mégatsunamis, indiquant indirectement la présence d’un océan, et même l’identification du cratère d’impact à l’origine de ce dépôt. Le cratère de Lomonosov a une forme particulière qui indiquerait sa formation dans un océan. L’âge estimé est de 3 milliards d’années à la fin de l’ère géologique appelée Hesperienne.

Comment estimer l’âge d’une surface planétaire ? Les astrogéologues utilisent la méthode de comptage de cratère basée sur un principe très simple : les cratères s’accumulent avec le temps. Une surface ancienne est donc une surface plus cratérisée qu’une surface jeune. Cette méthode donne âge relatif (plus ancien/plus jeune), mais pour avoir un âge absolu, il faut avoir la correspondance entre la densité de cratère et un âge d’exposition. Ce travail-là a pu être fait sur la Lune d’après les datations absolues des échantillons ramenées sur Terre. Pour Mars, un travail de modélisation a permis d’établir la correspondance entre densité de cratère et âge absolu.

La controverse scientifique majeure à propos de l’océan martien provient du fait que les précédentes modélisations climatiques ne permettaient pas de simuler un océan stable à cette période : toute l’eau s’accumulait sur les montagnes sous forme de neige. Notre étude publiée dans le journal Pnas, menée en collaboration entre une équipe de l’Université Paris-Saclay/CNRS/GEOPS et du NASA/GISS vient de construire une simulation de climat, comportant deux nouveaux ingrédients essentiels : la circulation océanique et les glaciers. En ajoutant ces deux processus, ces nouvelles simulations climatiques montrent un océan stable dans l’hémisphère Nord, même pour des températures moyennes de Mars inférieures à 0 °C. L’océan, malgré sa position polaire, ne gèle pas grâce aux courants océaniques qui ramènent de l’eau chaude vers les pôles. D’autre part, ces simulations prédisent la présence de glaciers qui ramènent la glace des hauts-plateaux vers l’océan. Ces prédictions sont en accord avec les interprétations géologiques des images qui indiquent la présence de ces vallées glaciaires.

Modéliser le climat de Mars
Simuler le climat de Mars il y a 3 milliards d’années n’est pas une mince affaire. Il faut se munir d’une représentation numérique du climat, basée sur des principes physico-chimiques, du même type que celles utilisées pour simuler le climat terrestre, mais adaptées à Mars. Il faut tenir compte du fait que d’une part Mars est plus loin du Soleil que la Terre et reçoit donc moins d’énergie, et que d’autre part le soleil éclairait moins qu’aujourd’hui. Dans ces conditions, l’éclairement solaire de Mars à cette époque est seulement un tiers de ce que reçoit la Terre aujourd’hui.

Pour obtenir des conditions tempérées et de l’eau liquide en surface, le flux solaire plus faible doit être compensé par des gaz à effet de serre importants, et une forte densité atmosphérique. Une pression atmosphérique de 1 bar (comme sur la Terre actuelle, mais 100 fois plus qu’actuellement sur Mars) est nécessaire pour avoir de l’eau liquide, mais le CO2 (dominant actuellement sur Mars) n’est pas assez puissant à lui seul pour atteindre le point de fusion de l’eau (0 °C). Un autre gaz à effet de serre puissant est nécessaire : l’équipe scientifique a donc utilisé dans son modèle une atmosphère avec 90 % de CO2 et 10 % de H2. Ce gaz à effet de serre très puissant aurait pu être relargué par le volcanisme intense de l’époque ou le dégazage lors des impacts météoriques.

Les résultats montrent que le climat continental aurait dû être le suivant : une zone chaude et humide à proximité du rivage, avec des températures moyennes annuelles supérieures à 0 °C et de la pluie. Une zone froide et sèche avec des températures inférieures à 0 °C sur tous les hauts plateaux de l’hémisphère sud de Mars. Dans cette seconde zone, les montagnes les plus hautes accumulaient de la neige qui se transformait en glacier s’écoulant vers l’océan pour boucler le cycle. Les prédictions de ce climat sont en accord avec la présence de réseaux de vallées ramifiées proches des côtes et la présence de grandes vallées glaciaires issues des zones d’accumulation de neige.

Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/mars-mars-possedait-doute-ocean-stable-il-y-encore-3-milliards-annees-62881/