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    Une collision cosmique accouche

    de particules d'or

     

    La collision a provoqué une explosion de rayons... (ILLUSTRATION FOURNIE/AFP)

     

    La collision a provoqué une explosion de rayons gamma et une onde gravitationnelle, une faible distorsion du temps et de l'espace tout d'abord imaginée par Albert Einstein.

    ILLUSTRATION FOURNIE/AFP

     
    SETH BORENSTEIN
    Associated Press
    Washington
     

    Une collision cosmique d'une puissance inimaginable a dévoilé aux scientifiques certains des secrets les mieux gardés de l'Univers, notamment en ce qui concerne la création de l'or.

     

    Ce n'est qu'en août que les scientifiques ont détecté le signal infinitésimal généré par la collision ancienne de deux étoiles à neutrons. Les astronomes du monde entier se sont alors empressés de pointer leurs télescopes, terrestres et spatiaux, vers un secteur reculé du ciel.

     

    David H. Reitze, de l'Institut de la technologie de la Californie, a expliqué lundi qu'il s'agit «des feux d'artifice les plus spectaculaires de l'Univers». Quand de telles étoiles entrent en collision, a-t-il dit, «rien ne va plus».

     

    Les mesures de la lumière et de l'énergie provenant de la collision ont aidé les chercheurs à expliquer comment les rayons gamma se forment, à quelle rapidité l'Univers prend de l'expansion, et d'où proviennent des éléments lourds comme le platine et l'or.

     

    Tout a commencé dans la galaxie NGC 4993, qui, vue de la Terre, se trouve dans la constellation de l'Hydre. Deux étoiles à neutrons - les restes si denses d'anciennes étoiles qu'une cuillerée à thé de leur matière pèserait un milliard de tonnes - sont entrées en collision.

     

    La collision, appelée une kilonova, a provoqué une explosion de rayons gamma et une onde gravitationnelle, une faible distorsion du temps et de l'espace tout d'abord imaginée par Albert Einstein. Le signal est arrivé sur Terre le 17 août, après avoir traversé 130 millions d'années-lumière. Une année-lumière représente 9500 milliards de kilomètres.

     

    L'onde gravitationnelle a notamment été détectée par le laboratoire LIGO, dont les fondateurs ont été honorés du prix Nobel de physique plus tôt ce mois-ci. C'était la première fois que LIGO observait une onde gravitationnelle n'ayant pas pour origine une collision entre deux trous noirs.

     

    Mais puisque les trous noirs emprisonnent la lumière, les astronomes ne voyaient rien. Cette fois, ils ont pu observer de la lumière, de la matière et des radiations. Le télescope Hubble a même pu capter un cliché des émissions rémanentes.

     

    Les deux étoiles ont projeté des débris surchauffés denses et instables. Certains se sont agglomérés et sont devenus des éléments lourds, comme le platine, l'uranium et l'or. C'était la première fois que les scientifiques confirmaient qu'une collision entre deux étoiles à neutron était assez puissante pour donner naissance à de tels éléments.

     

    Tous ces éléments filent maintenant dans toutes les directions de l'Univers, et peut-être qu'un jour ils contribueront à la naissance de nouvelles planètes riches en minéraux, a expliqué M. Reitze.

     

    Astronomie:  Une collision cosmique accouche de particules d'or

     

     

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    de la revue La Semaine

     

    Astronomie:  Les 5 plus beaux phénomènes célestes de 2016

     

     

    Astronomie:  Les 5 plus beaux phénomènes célestes de 2016

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    Les lunes de Mars, Phobos et Deimos,

    seraient nées d'un impact géant

     

     

    Phobos et Deimos, les deux lunes de Mars, ne peuvent être des astéroïdes capturés, conclut une équipe d'astronomes, qui ajoute leur origine ne peut provenir que d’un impact géant. C'est bien cela ! confirme une seconde équipe, dont les simulations numériques démontrent que ces satellites ont pu se former à partir des débris d’une collision titanesque entre Mars et un embryon de planète trois fois plus petit.

     

     
     

    Vue d'artiste de l'impact géant qui aurait donné naissance à Phobos et Deimos et au Bassin boréal. L'impacteur devait faire environ le tiers de la taille de Mars. À cette époque, la Planète rouge était jeune et possédait peut-être une atmosphère plus épaisse et de l'eau liquide en surface. © Université Paris Diderot, Labex UnivEarthS

    Vue d'artiste de l'impact géant qui aurait donné naissance à Phobos et Deimos et au Bassin boréal. L'impacteur devait faire environ le tiers de la taille de Mars. À cette époque, la Planète rouge était jeune et possédait peut-être une atmosphère plus épaisse et de l'eau liquide en surface. © Université Paris Diderot, Labex UnivEarthS

     
     

    L’origine des deux lunes de Mars, Phobos et Deimos, restait un mystère. Par leur petite taille et leur forme irrégulière, elles ressemblent beaucoup à des astéroïdes, mais les astronomes ne comprennent pas comment la Planète rouge aurait pu les capturer pour en faire des satellites enorbite presque circulaire, dans son plan équatorial.

     

    Selon une théorie concurrente, Mars aurait subi à la fin de sa formation un impact géant avec un embryon de planète… Mais pourquoi les débris d’un tel impact auraient-ils formé deux petits satellites plutôt qu'une énorme lune, comme celle de la Terre ?

     

    Une troisième possibilité serait que les satellites Phobos et Deimos se soient formés en même temps que Mars, ce qui impliquerait qu’ils aient la même composition que leur planète. Cependant, leur faible densité semble contredire cette hypothèse. Aujourd’hui, deux études indépendantes viennent conforter la théorie de l’impact géant.

     

     

    Une grosse lune et une dizaine de petites issues

    d'une collision

     

    Dans l’une d’elles, une équipe de recherche belgo-franco-japonaise propose, pour la première fois, un scénario complet et cohérent de formation de Phobos et Deimos, qui seraient nés des suites d’une collision entre Mars et un corps primordial trois fois plus petit, 100 à 800 millions d’années après le début de la formation de la planète.

     

    Selon les chercheurs, les débris de cette collision auraient créé un disque très étendu autour de Mars, formé d’une partie interne dense, composée de matière en fusion, et d’une partie externe très fine, majoritairement gazeuse. Dans la partie interne de ce disque se serait d’abord développée une lune 1.000 fois plus massive que Phobos, aujourd’hui disparue. Les perturbations gravitationnelles créées dans le disque externe par cet astre massif auraient catalysé l’assemblage de débris pour former d'autres petites lunes (une dizaine) plus lointaines.

     

    Au bout de quelques milliers d’années, la planète Mars se serait alors retrouvée entourée d'un cortège d'une dizaine de petits satellites et d’une énorme lune. Plusieurs millions d’années plus tard, une fois le disque de débris dissipé, les effets de marée avec Mars auraient fait retomber sur la planète la plupart de ces satellites, dont la très grosse lune. Seules ont subsisté les deux petites lunes les plus lointaines, Phobos et Deimos (voir schéma ci-dessous).

     

    Chronologie des évènements qui auraient donné naissance à Phobos et Deimos. 1. (en haut à gauche) : Mars est percutée par une protoplanète trois fois plus petite. Un disque de débris se forme en quelques heures. 2. Les briques élémentaires de Phobos et Deimos (grains de taille inférieure au micromètre) se condensent directement à partir du gaz dans la partie externe du disque. 3. Le disque de débris produit rapidement une lune proche de Mars, qui s'éloigne et propage ses deux zones d'influence comme des vagues. 4. Ce processus provoque en quelques millénaires l'accrétion des débris plus éloignés en deux petites lunes, Phobos et Deimos. 5. Sous l'effet des marées soulevées par Mars, la grosse lune retombe sur la planète en quelques millions d'années. 6. Les satellites Phobos et Deimos, moins massifs, rejoignent leur position actuelle dans les milliards d'années qui suivent. © Antony Trinh, Observatoire Royal de Belgique


    Chronologie des évènements qui auraient donné naissance à Phobos et Deimos. 1. (en haut à gauche) : Mars est percutée par une protoplanète trois fois plus petite. Un disque de débris se forme en quelques heures. 2. Les briques élémentaires de Phobos et Deimos (grains de taille inférieure au micromètre) se condensent directement à partir du gaz dans la partie externe du disque. 3. Le disque de débris produit rapidement une lune proche de Mars, qui s'éloigne et propage ses deux zones d'influence comme des vagues. 4. Ce processus provoque en quelques millénaires l'accrétion des débris plus éloignés en deux petites lunes, Phobos et Deimos. 5. Sous l'effet des marées soulevées par Mars, la grosse lune retombe sur la planète en quelques millions d'années. 6. Les satellites Phobos et Deimos, moins massifs, rejoignent leur position actuelle dans les milliards d'années qui suivent. © Antony Trinh, Observatoire Royal de Belgique

     

     

    La composition de Phobos et Deimos corrobore

    le scénario

     

    À cause de la diversité des phénomènes physiques mis en jeu, aucune simulation numérique n’est capable de modéliser l’ensemble du processus. L'équipe de Pascal Rosenblatt et Sébastien Charnoz a dû alors combiner trois simulations de pointe successives pour rendre compte de la physique de l'impact géant, de la dynamique des débris issus de l'impact et de leur assemblage pour former des satellites, et enfin de l'évolution à long terme de ces satellites.

     

    Dans l’autre étude (à paraître dans The Astrophysical Journal), des chercheurs du Laboratoire d’astrophysique de Marseille (CNRS, université d’Aix-Marseille) excluent la possibilité d’une capture, sur la base d’arguments statistiques et en se fondant sur la diversité de composition des astéroïdes. De plus, ils montrent que la signature lumineuse émise par Phobos et Deimos est incompatible avec celle du matériau primordial qui aurait pu former Mars (des météorites de la classe des chondritesordinaires, des chondrites à enstatite ou des angrites). Ils s’attachent donc au scénario de l’impact. Ils déduisent de cette signature lumineuse que les satellites sont composés de poussières fines (de taille inférieure au micromètre).

     

    Or, d’après ces chercheurs, la très petite taille des grains à la surface de Phobos et Deimos ne peut pas être expliquée uniquement comme la conséquence d’une érosion due au bombardement par les poussières interplanétaires. Cela signifie que les satellites sont composés dès l’origine de grains très fins, qui ne peuvent se former que par condensation du gaz dans la zone externe du disque de débris (et non à partir du magma présent dans la zone interne). C’est un point sur lequel s’accordent les deux études. Par ailleurs, une formation des lunes de Mars à partir de ces grains très fins pourrait être responsable d’une forte porosité interne, ce qui expliquerait leur densité étonnamment faible.

     


    Simulation de l’impact géant sur la proto-Mars. Les particules bleues sont celles de l’impacteur ; en rouge, le manteau de la proto-Mars et en noir son noyau. Simulation calculée au centre de calcul S-CAPAD. © LabEx UnivEarthS

     

    Une explication de la dichotomie martienne

     

    La théorie de l’impact géant, corroborée par ces deux études indépendantes, pourrait expliquer pourquoi l’hémisphère nord de Mars a une altitude plus basse que le sud : le bassin boréal est sans doute la trace d’un impact géant, comme celui qui a donné naissance in fine à Phobos et Deimos. Elle permet aussi de comprendre pourquoi Mars a deux satellites et non un seul comme notre Lune, également née d’un impact géant. Ce travail suggère que les systèmes de satellites formés dépendent de la vitesse de rotation de la planète, puisqu’à l’époque la Terre tournait très vite sur elle-même (en moins de quatre heures) alors que Mars tournait six fois plus lentement.

     

    De nouvelles observations permettront bientôt d'en savoir plus sur l’âge et la composition des lunes de Mars. En effet, l'Agence spatiale japonaise (Jaxa) a décidé de lancer en 2022 une mission, baptisée MMX pour Mars Moons Exploration, qui rapportera sur Terre en 2027, des échantillons de Phobos. Leur analyse pourra confirmer ou infirmer ce scénario. L'Agence spatiale européenne (Esa), en association avec l'Agence spatiale russe (Roscosmos), prévoit une mission similaire en 2024.

     

    Ces travaux, fruit d’une collaboration entre des chercheurs de l’université Paris-Diderot et de l’Observatoire royal de Belgique, en collaboration avec le CNRS, l’université de Rennes 12 et l’institut japonais Elsi ont bénéficié du soutien de l’IPGP, du Labex UnivEarthS, d’ELSI, de l’université de Kobe et de l’Idex A*MIDEX. Les résultats viennent de paraître dans la revue Nature Geoscience.

     

    À découvrir en vidéo autour de ce sujet :


    Une animation montrant Phobos, la plus grosse des deux lunes de Mars (27 km dans sa dimension la plus grande). Elle combine des images saisies par la caméra à haute résolution HRSC de l'orbiteur Mars Express, de l’Esa. © Esa

     

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    La banquise d'Encelade serait moins

    épaisse que prévu

     

     

    Selon un nouveau modèle, la petite lune de Saturne, Encelade, aurait, dans son ensemble, une banquise plus fine qu’escompté, atteignant quelques kilomètres seulement autour de son pôle sud. Une bonne nouvelle pour les futures explorations spatiales de ce monde potentiellement habitable, situé à un peu plus d'un milliard de kilomètres.

     
     


    Pour les 15 ans du lancement de la mission Cassini-Huygens, un florilège d'images montrant les lacs de Titan, les geysers d'Encelade, la danse des lunes de Saturne ainsi que le son des ondes radio émises par les éclairs dans les tempêtes de Saturne.

     
     

    Depuis les premières observations de ses geysers en 2005, peu après l’arrivée de la sonde Cassini dans l’environnement de Saturne, Encelade n’a de cesse d’intriguer les planétologues, soucieux de comprendre ce que peut cacher ce petit satellite de 500 km de diamètre sous son armure de glace, fendue notamment à son pôle sud.

     

    En l’espace d’une décennie, ce qui ressemble, vu de l’extérieur, à une boule de glace (les jours les plus chauds, il peut faire -130 °C), est devenu un objet fascinant pour les exobiologistes. Ce monde potentiellement habitable semble aussi prometteur qu’Europe autour de Jupiter, si ce n’est plus, et cela en dépit de sa position à quelque 1,4 milliard de kilomètres du Soleil en moyenne, soit presque dix fois plus loin que la Terre.

     

    Survolé et reniflé à plusieurs reprises par Cassini, le flot continu de vapeur d’eau, de particules de glace, de matière organique, de divers gaz, de sels et de silices, expulsé dans l’espace depuis ses crevasses proches du pôle sud, témoigne d’une activité interne durable. Encelade abriterait un océan global sous son manteau de glace. De plus, selon un nouveau modèle développé par une équipe internationale, sa banquise serait plus fine qu’on ne le supposait, particulièrement dans les régions les plus actives.

     

    Les couleurs indiquent les différentes épaisseurs du manteau de glace qui enrobe Encelade : jusqu’à 35 km dans les régions équatoriales (en jaune), où les cratères sont plus nombreux, et moins de 5 km dans la région des « rayures du Tigre », au pôle sud (en bleu). © LPG-CNRS-U. Nantes, U. Charles, Prague
    Les couleurs indiquent les différentes épaisseurs du manteau de glace qui enrobe Encelade : jusqu’à 35 km dans les régions équatoriales (en jaune), où les cratères sont plus nombreux, et moins de 5 km dans la région des « rayures du Tigre », au pôle sud (en bleu). © LPG-CNRS-U. Nantes, U. Charles, Prague

     

     

    Une épaisseur de seulement quelques kilomètres

    au pôle sud

     

    La banquise d’Encelade recouvre l'océan interne de cette lune (un océan global et non plus local comme cela a été démontré en 2015). Son épaisseur fut estimée, dans un premier temps, entre 30 et 40 km autour du pôle sud et jusqu’à 60 km au niveau de son équateur puis elle avait été ramenée à 20 km en moyenne. Une valeur qui était cependant discutée par les scientifiques, au regard des mesures du champ de gravité du satellite et de sa topographie.

     

    Le nouveau modèle présenté dans la revue en ligne Geophysical Research Letters, cosigné par des chercheurs du CNRS, pourrait mettre tout le monde d’accord. L’épaisseur de la glace serait finalement comprise entre 18 et 22 km et, dans la région des « rayures du Tigre », au pôle sud, elle ne serait que de quelques kilomètres.

     

    En somme, son noyau rocheux aurait un rayon compris entre 180 et 185 km ; l'océan qui le recouvre ferait environ 45 km d'épaisseur et représenterait 40 % du volume (sa teneur en sel serait équivalente à celle des océans terrestres). Quant à la coquille de glace qui enveloppe l’ensemble, elle serait épaisse de 20 km en moyenne et jusqu’à seulement 5 km, voire moins, dans les parties les plus fines. Les auteurs de l’étude considèrent que les 200 premiers mètres de la couche de glace fonctionnent comme une coquille élastique.

     

     

    L’hypothèse de sources chaudes renforcée

     

    Le problème avec une couche de glace plus mince est que la dissipation de l’énergie vers l’extérieur est plus importante. Dans ce contexte, les effets de marée de la géante Saturne ne suffisent plus à expliquer l’excès d’énergie observé au pôle sud. « Ce modèle renforce donc l’idée d’une intense production de chaleur dans l’intérieur profond d’Encelade, ce qui serait à l’origine de sources d’eau chaude sur son plancher océanique », indique le communiqué du CNRS.

     

    Autant d’indices qui, une fois encore, suggèrent l’existence d’un environnement sous-marinaccueillant pour d’éventuelles formes de vie. Par chance, cette petite lune d’une planète géante de notre Système solaire est à notre portée pour de futures explorations spatiales. Elle l'est d'ailleurs d'autant plus si sa carapace est effectivement si peu épaisse par endroits. De nombreuses découvertes, et sans doute des surprises, nous y attendent.

     

    La lune Encelade photographiée par Cassini. Selon un nouveau modèle, l’épaisseur de la banquise de ce satellite de Saturne de 500 km de diamètre atteint 35 km au niveau de son équateur et moins de 5 km dans la région active du pôle sud (rayures à gauche sur l'image) où sont observés des geysers. © Nasa, ESA, JPL, Cassini Imaging Team, SSI

    La lune Encelade photographiée par Cassini. Selon un nouveau modèle, l’épaisseur de la banquise de ce satellite de Saturne de 500 km de diamètre atteint 35 km au niveau de son équateur et moins de 5 km dans la région active du pôle sud (rayures à gauche sur l'image) où sont observés des geysers. © Nasa, ESA, JPL, Cassini Imaging Team, SSI

     

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    Un nouveau type de météorite intrigue

    les scientifiques

     

     

    On a collecté environ 50.000 météorites sur Terre mais celle retrouvée dans une carrière suédoise, piégée dans du calcaire qui s’est déposé il y a 470 millions d’années, ne ressemble à aucune autre. Cette découverte nous donne peut-être des informations précieuses et inédites sur l’histoire de la biosphère et du Système solaire.

     
     

    Une vue d’artiste montrant la collision violente entre deux astéroïdes. De nombreux débris sont produits, dont certains retomberont un jour sur Terre. Celles que l’on nomme des chondrites ordinaires constituent 87 % des quelque 50.000 météorites collectées à ce jour sur notre planète. © Nasa

    Une vue d’artiste montrant la collision violente entre deux astéroïdes. De nombreux débris sont produits, dont certains retomberont un jour sur Terre. Celles que l’on nomme des chondrites ordinaires constituent 87 % des quelque 50.000 météorites collectées à ce jour sur notre planète. © Nasa

     
     

    Il y a entre 485 et 460 millions d’années environ, la diversité de la vie marine a augmenté comme jamais et c’est pourquoi on appelle ce moment de l’histoire de la biosphère la grande biodiversification ordovicienne (en anglais Great Ordovician Biodiversification Event ou GOBE), ou encore l’explosion ordovicienne.

     

    Les calcaires retrouvés dans la carrière de Thorsberg, dans le sud de la Suède, datent de cette période, plus précisément de l'Ordovicien moyen qui s’étend de 470 à 458 millions d’années environ. Depuis le début des années 1990, elle a livré une centaine de météorites dites fossiles car, bien qu’elles aient été altérées, elles ont visiblement bénéficié de conditions d’enfouissement qui leur ont permis de traverser les âges jusqu’à nous.

     

    Jusqu’à 2011, les chercheurs n’avaient découvert qu’un seul type de météorites, des chondritesordinaires de type L qui constituent environ 35 % de l’ensemble des météorites cataloguées, et 40 % des chondrites ordinaires qui constituent 87 % des quelque 50.000 météorites collectées sur Terre. On pense que les chondrites ordinaires proviennent d’un petit nombre de collisions récentes d'astéroïdes, récentes à l’échelle de l’histoire du Système solaire bien sûr. En fait, comme on distingue trois groupes de ces chondrites, H, L et LL, elles devraient provenir de trois principaux corps parents.

     

    Mais dans le cas de la carrière de Thorsberg, la quantité de chondrites retrouvées ne s’explique que par une augmentation brutale du flux de météorites. La mécanique céleste laisse même penser qu’elles sont issues d’un gros d’astéroïde d’environ 100 kilomètres de diamètre qui aurait subi l’impact d’un corps céleste plus petit.

     

    La météorite Österplana 065 a pour dimension de 8 × 6,5 × 2 cm de large. Elle est entourée d'un halo gris dans du calcaire autrement rouge donc oxydé. On pense que l'oxygène a été consommé par l'altération de la météorite alors au fond de la mer de l'Ordovicien où se déposait les sédiments. La pièce de monnaie dans l'image a un diamètre de 2,5 cm.
    La météorite Österplana 065 a pour dimension de 8 × 6,5 × 2 cm de large. Elle est entourée d’un halo gris dans du calcaire autrement rouge, donc oxydé. On pense que l’oxygène a été consommé par l’altération de la météorite alors au fond de la mer de l’Ordovicien où se déposaient les sédiments. La pièce de monnaie a un diamètre de 2,5 cm. © Birger Schmitz

     

    L’explosion ordovicienne a-t-elle été causée

    par une pluie de météorites ?

     

    Tout change donc en 2011 avec la découverte d’une nouvelle météorite qui rentrait mal dans les types connus, même si elle avait été rapprochée des winonaïtes, des achondrites primitives relativement rares, composées de larges cristaux de pyroxène, d’olivine et de sulfures mixtes de fer et de nickel. Or, un groupe de chercheurs suédois et états-uniens vient de publier un article dans Nature Communications qui confirme ce dont ils se doutaient. Il s’agit d’un tout nouveau type de météorite jamais rencontré auparavant. Il s’agit probablement d’un fragment de l’impacteur qui a propulsé dans l’espace les chondrites L retrouvées en Suède.

     

    Baptisée Österplana 065 (Öst 65) conformément aux conventions de la Meteoritical Society, c’est-à-dire du nom de la localité où elle a été trouvée (Österplana), on sait qu’elle a voyagé dans l’espace interplanétaire pendant environ un million d’années avant de rejoindre le fond des mers de l’Ordovicien, il y a 470 millions d’années. En effet, lors d’une collision entre astéroïdes, les fragments produits sont soumis aux rayons cosmiques puisqu’ils proviennent de l’intérieur du corps parent. Ces rayons modifient la matière et il est donc possible d’en déduire un temps d’exposition. C’est l’analyse précise des isotopes d’oxygène et de chrome de Öst 65 qui a finalement permis de la différencier nettement de toutes les météorites retrouvées à ce jour.

     

    La découverte est intéressante à plus d’un titre. D’abord elle nous dit que les types de météorites qui tombent sur Terre depuis des milliards d’années ne sont pas forcément les mêmes, ce qui ouvre des perspectives quant à des découvertes sur ce qui s’est passé dans la ceinture d’astéroïdes et donc plus généralement, l’histoire du Système solaire. Enfin, il est tentant de relier le pic de bombardement météoritique découvert dans la carrière de Thorsberg, et que semblent accompagner des cratères d’impact alignés aux États-Unis comme ceux de Ames et Rock Elm, à la grande biodiversification ordovicienne.

     

    À découvrir en vidéo autour de ce sujet :


    Le 17 mars 2013, une météorite s’écrasait sur la Lune et laissait un flash lumineux intense visible depuis la Terre. Cette vidéo, en anglais, tente de comprendre les origines et les implications de tels phénomènes sur notre satellite.

    Astronomie:  Un nouveau type de météorite intrigue les scientifiques + vidéo

     

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