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Du ribose dans les météorites

Le ribose, sucre vital

L’ADN - ou acide désoxyribonucléique - est formé en particulier d’un sucre, le désoxyribose, lui-même un dérivé du ribose (C5H10O5). Plus précisément, dans le désoxyribose (C5H10O4) un groupement hydroxyle (-OH) du ribose ...

Un nouveau comportement des électrons

Cooper pairs - Tem5psu CC BY-SA
Isolants, conducteurs et semi-conducteurs

Le comportement d’un solide cristallin relativement au courant électrique, peut être celui d’un isolant, d’un semi-conducteur, d’un métal ou d’un supraconducteur. Dans les isolants, ...

Interférences et biomolécules

CC BY-SA 4.0 Alexandre Gondran
Les expériences d’interférences mettant en jeu des molécules de plus en plus grosses et lourdes révèlent que les lois de la mécanique quantique sont applicables bien au-delà du monde de « l’infiniment petit » ...

Anomalie de dilatation thermique

By Simon Mer - Own work, CC BY-SA 4.0
Généralement, les matériaux se dilatent lorsqu’ils sont chauffés. La raison en est qu’une élévation de température correspond à une augmentation de l’agitation des atomes, or cette agitation n’est pas symétrique. ...

Nucléosythèse et étoiles à neutrons

(C) NASA - Nébuleuse du Crabe, marquée par la présence d'une étoile à neutron
Mis à part quelques éléments légers comme l’hydrogène, l’hélium, le lithium… produits peu après le big bang, tous les noyaux atomiques naturels ...

Des réfrigérateurs à torsion

Impératifs environnementaux

Près de 20% de l’énergie électrique produite dans le monde est consommée par les climatiseurs, réfrigérateurs et congélateurs. De plus, ces machines frigorifiques utilisent des fluides frigorigènes dont la plupart sont des gaz ...

Les batteries au lithium pour un Nobel

De la petite électronique à la voiture électrique, la pile lithium-ion - non rechargeable - et surtout l'accumulateur - rechargeable - ont envahi notre quotidien. Sans cette technologie lithium-ion, téléphones mobiles, tablettes et autres appareils nomades n’existeraient pas ou seraient ...

Du champagne supersonique

Physique du bouchon de champagne

Tout le monde le sait, lorsqu’une bouteille de champagne est débouchée, le bouchon est souvent violemment propulsé… ce qui peut être dangereux s’il percute l’œil. La raison pour laquelle le bouchon saute à environ 50 km/h vient du fait qu’une bouteille de champagne contient 8,8 g de dioxyde de carbone (CO2) soit 0,2 mole, dont l’essentiel est dissout dans le liquide, le reste se trouvant sous pression dans le goulot, en équilibre avec le CO2 dissout. A 20°C, la pression dans le goulot vaut 7 fois la pression atmosphérique, tandis qu’à 30°C, elle lui est 10 fois supérieure. Le bouchon est donc plus fortement poussé vers l’extérieur que l’air ambiant à la pression atmosphérique le pousse vers l’intérieur. Aussitôt après l’expulsion du bouchon, un « nuage » de condensation apparaît au-dessus du goulot. En effet, lors de son expansion, le CO2 pousse le bouchon vers l’extérieur et lutte contre la pression atmosphérique, si bien que l’énergie qu’il dépense pour effectuer ce travail se traduit par une chute de température, le gaz n’ayant pas le temps d’équilibrer sa température avec le milieu ambiant par échange de chaleur : la détente s’effectue de manière adiabatique (sans échange de chaleur). La chute de température provoque la condensation de la vapeur d’eau en liquide et même solide avec apparition de fines gouttelettes et de cristaux. La température après détente est plus basse lorsque la pression initiale est plus importante, c’est-à-dire lorsque la température initiale est plus élevée. Comme la température peut chuter à -90°C, le CO2 peut lui-même geler.

Du nouveau !

C’est en étudiant attentivement ce phénomène que les physiciens français Gérard Liger-Belair, Daniel Cordier et Robert Georges du CNRS viennent de découvrir une chose surprenante qui a faut l’objet d’une publication (Liger-Belair et al. Sci. Adv. 2019; 5 : eaav5528 20 Septembre 2019) : l’expansion du CO2 s’effectue de manière supersonique (c'est-à-dire plus rapide que 340 m/s) avec formation de ce qui s’appelle un « disque de Mach »… qu’il ne faut confondre avec un « cône de Mach », lequel apparaît lorsqu’un objet - comme un avion par exemple ou une balle - avance à vitesse supersonique. Les disques de Mach sont des ondes de choc bien visibles dans les jets des réacteurs d’avions supersoniques. Le jet de plusieurs mètres de long comporte des stries régulièrement espacées : ce sont les « disques de Mach » appelés aussi en anglais « shock diamonds ». À l’aide d’une caméra ultrarapide, les chercheurs ont pu photographier l’apparition d’un disque de Mach et son évolution au cours du temps. Comme quoi, il y a encore de la physique à découvrir dans une simple bouteille de champagne.

 

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Première image d'un trou noir
Le 10 avril 2019, l'Event Horizon Telescope (EHT) dévoile au public la première image d’un trou noir

© Event Horizon Telescope Collaboration

Les moyens d'observation

C’est grâce à la collaboration de plus de 200 scientifiques, que la première image d’un trou noir a pu être publiée. Le « cliché » du trou noir de la galaxie Messier 87 (M87), située à 53 millions d’années lumières de la Terre, a été obtenu en utilisant l’Event Horizon Telescope (EHT), un regroupement de huit télescopes implantés dans le monde entier. L'EHT repose sur la technique d’interférométrie à très longue base, qui exploite la rotation de la Terre, avec des télescopes synchronisés par des horloges atomiques et formant un seul télescope virtuel de très grande dimension.
La résolution de l'EHT est telle que si ce télescope virtuel se trouvait à Paris, en le pointant sur New-York, on pourrait sans problème y lire un journal. Une fois combinées, les informations fournies par les télescopes de l’EHT ont été traitées par des superordinateurs du Max Planck Institute for Radio Astronomy et du MIT Haystack Observatory, situés respectivement en Allemagne et aux États-Unis. La production d'images à partir des données collectées s'appuie sur des algorithmes spécifiques. « L’image ainsi obtenue est en fausse couleur car les observations ont été faites dans le domaine radio du rayonnement électromagnétique », nous éclaire Jean-Pierre Luminet, astrophysicien et directeur de recherche au CNRS.

L'hypothèse du trou noir

L’image montre un anneau rouge orangé, correspondant au disque d’accrétion du trou noir. Ce disque est constitué de gaz et de poussières accélérés à une vitesse proche de celle de la lumière aux abords du trou noir. Sur ce fond brillant se détache une région centrale, circulaire et obscure : c’est l’ombre du trou noir, qui résulte de la déviation des rayons lumineux. Le champ gravitationnel extrêmement fort créé par le trou noir courbe l’espace-temps et capture la lumière. «La partie la plus brillante est due à l’effet d’amplification produit par le trou noir. Cela engendre une dissymétrie, la partie la plus brillante étant la plus proche de l’observateur» nous explique Jean-Pierre Luminet, qui a été le premier, en 1979, à simuler numériquement un trou noir. Selon lui : « L’hypothèse de l’existence des trous noirs est la plus conforme à toutes les observations. L’image obtenue ressemble beaucoup aux simulations ». Par ailleurs, les données recueillies ont permis aux chercheurs de mesurer l’énorme masse du trou noir : 6,5 milliards de fois celle de notre Soleil. Elles confirment une nouvelle fois la théorie de la relativité d’Einstein. Cependant, « si cette théorie est validée à l’échelle de l’horizon des évènements, on ne sait pas si elle est valide au centre du trou noir », précise Jean-Pierre Luminet .

Des observations toujours plus poussées

Afin d’augmenter sa résolution et d’étendre le spectre d’observation, d’autres télescopes seront ajoutés à l’EHT dans les années à venir. Avec ces capacités augmentées, il sera possible d’observer un plus grand nombre d’objets. Un des objectifs est de mieux comprendre les jets de trou noir, caractérisés par l’accélération et la projection de matière a leurs pôles. Ce phénomène encore méconnu, sera étudié grâce à l’analyse des structures des champs magnétiques.

En savoir plus 

Camille Paschal
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