Astronomie

Existe-t-il des objets connus tournant à des vitesses proches de la lumière ?

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Par example, $0.1c < v < c$? Est-ce réellement possible ?

Contexte : est-ce vrai que le trou noir au centre de la Voie lactée tourne une fois toutes les 20 minutes ?


Une particule se déplaçant dans un cercle de rayon $R$ à la vitesse $v$ a une accélération de $v^2/R$. Donc soit $R$ est très grand, ou une force très forte agit pour empêcher les particules à la surface de l'objet de s'envoler. Nous ne voyons pas d'objets très volumineux (des amas galactiques, par exemple) tourner aussi rapidement, nous devons donc rechercher des forces puissantes.

Une option est la gravité. Nous connaissons des pulsars inférieurs à la milliseconde, que nous pensons être des étoiles à neutrons avec un rayon d'environ 10 km, tournant plus de 1000 fois par seconde. Cela donne une vitesse de surface à l'équateur d'environ $60 000 km/s$ lequel est 0,2 c$. Ceux-ci remplissent donc vos conditions.

Définir à quelle vitesse la surface d'un trou noir tourne est difficile à plusieurs niveaux, mais les trous noirs ont un moment angulaire, et il y a un nombre sans dimension qui le relie à leur masse (ou de manière équivalente rayon) qui peut être vaguement considéré comme la fraction de la vitesse de la lumière à laquelle l'horizon des événements se déplace. Cet article mesure une valeur d'environ 0,44 pour ce paramètre pour le trou noir au centre de la voie lactée.

À l'autre extrême, cette réponse d'échange de piles suggère que les électrons d'un atome d'hydrogène tournent autour du noyau à quelque chose d'un peu moins que 0,01 c$. Cela augmente linéairement avec la charge sur le noyau, de sorte que les électrons internes d'un atome de plomb ou d'uranium tournent en quelque sorte à une vitesse proche de la lumière.

Enfin, les particules d'un grand accélérateur de particules tournent autour du centre de l'accélérateur à des vitesses très proches de celle de la lumière.


Accélération de vitesse : chronométrer les naines brunes les plus rapides

Les astronomes de l'Université Western ont découvert les naines brunes les plus rapides connues. Ils ont trouvé trois naines brunes qui effectuent chacune une rotation complète environ une fois par heure. Ce taux est si extrême que si ces «étoiles ratées» tournaient plus vite, elles pourraient être sur le point de se déchirer. Identifiées par le télescope spatial Spitzer de la NASA, les naines brunes ont ensuite été étudiées par des télescopes au sol dont Gemini North, qui ont confirmé leur rotation étonnamment rapide.

Trois naines brunes ont été découvertes tournant plus vite que toutes les autres trouvées auparavant. Les astronomes de l'Université Western au Canada ont d'abord mesuré les vitesses de rotation de ces naines brunes à l'aide du télescope spatial Spitzer de la NASA et les ont confirmées par des observations de suivi avec le télescope Gemini North sur Maunakea à Hawaï et le télescope Magellan Baade de la Carnegie Institution for Science au Chili . Gemini North est l'un des deux télescopes qui composent l'observatoire international Gemini, un programme du NOIRLab de la NSF.

Il semble que nous ayons rencontré une limitation de vitesse sur la rotation des naines brunes,", a déclaré Megan Tannock, l'étudiante diplômée en physique et en astronomie de l'Université Western qui a dirigé la découverte. "Malgré des recherches approfondies, par notre propre équipe et d'autres, aucune naine brune n'a été trouvée pour tourner plus vite. En fait, des rotations plus rapides peuvent conduire à la déchirure d'une naine brune.

Les naines brunes sont, tout simplement, des étoiles ratées. Elles se forment comme des étoiles mais sont moins massives et ressemblent davantage à des planètes géantes [1].

Tannock et l'astronome de l'Université Western Stanimir Metchev ont travaillé avec des collaborateurs internationaux pour trouver trois naines brunes en rotation rapide tournant autour de leurs axes une fois par heure. C'est environ 10 fois plus rapide que la normale [2], et environ 30 pour cent plus rapide que les rotations les plus rapides précédemment mesurées dans de tels objets.

Les astronomes ont utilisé de grands télescopes au sol, Gemini North à Hawai'i et Magellan Baade au Chili, pour confirmer les rotations rapides. Ils l'ont fait en mesurant les altérations de la lumière des naines brunes causées par l'effet Doppler et en utilisant un modèle informatique pour faire correspondre ces altérations aux vitesses de rotation [3]. Les chercheurs ont découvert que ces naines brunes tournaient à une vitesse d'environ 350 000 kilomètres par heure (environ 220 000 miles par heure) à leur équateur, qui est 10 fois plus rapide que Jupiter.

Ces naines brunes inhabituelles tournent à des vitesses vertigineuses,", a déclaré Sandy Leggett, astronome à Gemini North qui étudie les naines brunes. "À environ 350 000 kilomètres à l'heure, la gravité relativement faible des naines brunes les maintient à peine ensemble. Cette découverte passionnante de l'équipe Tannock a identifié des limites de rotation au-delà desquelles ces objets peuvent ne pas exister.

L'équipe a d'abord identifié les taux de rotation rapides en utilisant le télescope spatial Spitzer de la NASA pour mesurer la rapidité avec laquelle la luminosité des objets a varié. "Les naines brunes, comme les planètes avec des atmosphères, peuvent avoir de grosses tempêtes météorologiques qui affectent leur luminosité visible», a expliqué Metchev. "Les variations de luminosité observées montrent à quelle fréquence les mêmes tempêtes sont observées lorsque l'objet tourne, ce qui révèle la période de rotation de la naine brune.

Les résultats de l'équipe paraîtront dans un prochain numéro de Le journal astronomique.

Remarques

[1] Il y a quatre planètes géantes connues dans le système solaire : Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune.

[2] Les étoiles, les naines brunes et les planètes tournent généralement autour de leur axe une fois toutes les 10 heures ou plus lentement. Par exemple, la Terre tourne autour de son axe une fois toutes les 24 heures tandis que Jupiter et Saturne mettent environ 10 heures. Le Soleil tourne autour de son axe en moyenne tous les 27 jours. Le taux de rotation du Soleil varie avec la latitude, ses régions équatoriales accomplissant une rotation en 25 jours environ et les régions polaires une rotation en 35 jours environ.

[3] Au fur et à mesure que chaque naine brune tourne, la lumière de l'hémisphère se tournant vers nous apparaît décalée vers le bleu tandis que la lumière de l'hémisphère se détournant de nous apparaît décalée vers le rouge en raison de l'effet Doppler. Cela fait apparaître les raies d'absorption dans le spectre de la naine brune élargies (étirées à la fois vers l'extrémité rouge du spectre et l'extrémité bleue du spectre). En faisant correspondre cet élargissement à un modèle informatique, les astronomes ont déterminé à quelle vitesse chaque naine brune tourne.

Plus d'information

Cette recherche sera présentée dans l'article Météo sur d'autres mondes. V. Les trois nains ultra-froids à rotation la plus rapide, apparaitre dans Le journal astronomique.

L'équipe est composée de Megan Tannock (Western University), Stanimir Metchev (Western University and American Museum of Natural History), Aren Heinze (University of Hawai'i), Paulo A. Miles-Páez (European Southern Observatory), Jonathan Gagné ( Planétarium Rio Tinto Alcan et Université de Montréal), Adam Burgasser (Université de Californie, San Diego), Mark S. Marley (NASA Ames Research Center), Dániel Apai (Université de l'Arizona), Genaro Suárez (Western University) et Peter Plavchan (Université George Mason).

Le NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory) de la NSF, le centre américain d'astronomie optique-infrarouge au sol, exploite l'observatoire international Gemini (une installation de la NSF, du CNRC-Canada, de l'ANID-Chili, du MCTIC-Brésil, du MINCyT-Argentine , et KASI-République de Corée), Kitt Peak National Observatory (KPNO), Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO), Community Science and Data Center (CSDC) et Vera C. Rubin Observatory (en coopération avec le SLAC National du DOE Laboratoire de l'accélérateur). Il est géré par l'Association des universités pour la recherche en astronomie (AURA) dans le cadre d'un accord de coopération avec la NSF et a son siège à Tucson, en Arizona. La communauté astronomique est honorée d'avoir l'opportunité de mener des recherches astronomiques sur Iolkam Du'ag (Kitt Peak) en Arizona, sur Maunakea à Hawaiʻi, et sur Cerro Tololo et Cerro Pachón au Chili. Nous reconnaissons et reconnaissons le rôle culturel très important et le respect que ces sites ont pour la nation Tohono O'odham, la communauté autochtone hawaïenne et les communautés locales au Chili, respectivement.


Excès de vitesse pris : chronométrer les naines brunes les plus rapides

Crédit : Images et Vidéos : International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva, P. Marenfeld, NASA/JPL-Caltech, R. Hurt (IPAC). Musique : zero-project - The Lower Dungeons (zero-project.gr).

Les astronomes de l'Université Western ont découvert les naines brunes les plus rapides connues. Ils ont trouvé trois naines brunes qui effectuent chacune une rotation complète environ une fois par heure. Ce taux est si extrême que si ces "étoiles ratées" tournaient plus vite, elles pourraient être sur le point de se déchirer. Identifiées par le télescope spatial Spitzer de la NASA, les naines brunes ont ensuite été étudiées par des télescopes au sol dont Gemini North, qui ont confirmé leur rotation étonnamment rapide.

Trois naines brunes ont été découvertes tournant plus vite que toutes les autres trouvées auparavant. Les astronomes de l'Université Western au Canada ont d'abord mesuré les vitesses de rotation de ces naines brunes à l'aide du télescope spatial Spitzer de la NASA et les ont confirmées par des observations de suivi avec le télescope Gemini North sur Maunakea à Hawai'i et le télescope Magellan Baade de la Carnegie Institution for Science au Chili. . Gemini North est l'un des deux télescopes qui composent l'observatoire international Gemini, un programme du NOIRLab de la NSF.

"Nous semblons avoir rencontré une limite de vitesse sur la rotation des naines brunes", a déclaré Megan Tannock, étudiante diplômée en physique et en astronomie de l'Université Western qui a dirigé la découverte. "Malgré des recherches approfondies, par notre propre équipe et d'autres, aucune naine brune n'a été trouvée pour tourner plus vite. En fait, des rotations plus rapides peuvent conduire à une naine brune qui se déchire."

Les naines brunes sont, tout simplement, des étoiles ratées. Elles se forment comme des étoiles mais sont moins massives et ressemblent davantage à des planètes géantes [1].

Tannock et l'astronome de l'Université Western Stanimir Metchev ont travaillé avec des collaborateurs internationaux pour trouver trois naines brunes en rotation rapide tournant autour de leurs axes une fois par heure. C'est environ 10 fois plus rapide que la normale [2], et environ 30 pour cent plus rapide que les rotations les plus rapides précédemment mesurées dans de tels objets.

Les astronomes ont utilisé de grands télescopes au sol, Gemini North à Hawai'i et Magellan Baade au Chili, pour confirmer les rotations rapides. Ils l'ont fait en mesurant les altérations de la lumière des naines brunes causées par l'effet Doppler et en utilisant un modèle informatique pour faire correspondre ces altérations aux vitesses de rotation [3]. Les chercheurs ont découvert que ces naines brunes tournaient à une vitesse d'environ 350 000 kilomètres par heure (environ 220 000 miles par heure) à leur équateur, qui est 10 fois plus rapide que Jupiter.

"Ces naines brunes inhabituelles tournent à des vitesses vertigineuses", a déclaré Sandy Leggett, astronome à Gemini North qui étudie les naines brunes. "A environ 350 000 kilomètres par heure, la gravité relativement faible des naines brunes les maintient à peine ensemble. Cette découverte passionnante de l'équipe Tannock a identifié des limites de rotation au-delà desquelles ces objets peuvent ne pas exister."

L'équipe a d'abord identifié les taux de rotation rapides en utilisant le télescope spatial Spitzer de la NASA pour mesurer à quelle vitesse la luminosité des objets variait. "Les naines brunes, comme les planètes avec des atmosphères, peuvent avoir de grosses tempêtes météorologiques qui affectent leur luminosité visible", a expliqué Metchev. "Les variations de luminosité observées montrent à quelle fréquence les mêmes tempêtes sont observées lorsque l'objet tourne, ce qui révèle la période de rotation de la naine brune."

Les résultats de l'équipe paraîtront dans un prochain numéro de Le journal astronomique.

[1] Il y a quatre planètes géantes connues dans le système solaire : Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune.

[2] Les étoiles, les naines brunes et les planètes tournent généralement autour de leur axe une fois toutes les 10 heures ou plus lentement. Par exemple, la Terre tourne autour de son axe une fois toutes les 24 heures tandis que Jupiter et Saturne mettent environ 10 heures. Le Soleil tourne autour de son axe en moyenne tous les 27 jours. Le taux de rotation du Soleil varie avec la latitude, ses régions équatoriales accomplissant une rotation en 25 jours environ et les régions polaires une rotation en 35 jours environ.

[3] Au fur et à mesure que chaque naine brune tourne, la lumière de l'hémisphère se tournant vers nous apparaît décalée vers le bleu tandis que la lumière provenant de l'hémisphère se détournant de nous apparaît décalée vers le rouge à cause de l'effet Doppler. Cela fait apparaître les raies d'absorption dans le spectre de la naine brune élargies (étirées à la fois vers l'extrémité rouge du spectre et l'extrémité bleue du spectre). En faisant correspondre cet élargissement à un modèle informatique, les astronomes ont déterminé à quelle vitesse chaque naine brune tourne.

Cette recherche sera présentée dans l'article Weather on Other Worlds. V. Les trois nains ultra-froids à rotation la plus rapide, à apparaître dans Le journal astronomique.

L'équipe est composée de Megan Tannock (Western University), Stanimir Metchev (Western University and American Museum of Natural History), Aren Heinze (University of Hawai'i), Paulo A. Miles-Páez (European Southern Observatory), Jonathan Gagné (Planétarium Rio Tinto Alcan et Université de Montréal), Adam Burgasser (Université de Californie, San Diego), Mark S. Marley (NASA Ames Research Center), D&# 225niel Apai (Université de l'Arizona ), Genaro Suárez (Western University) et Peter Plavchan (George Mason University).

Le NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory) de la NSF, le centre américain d'astronomie optique-infrarouge au sol, exploite l'observatoire international Gemini (une installation de la NSF, du CNRC-Canada, de l'ANID-Chili, du MCTIC-Brésil, du MINCyT-Argentine , et KASI-République de Corée), Kitt Peak National Observatory (KPNO), Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO), Community Science and Data Center (CSDC) et Vera C. Rubin Observatory (en coopération avec le SLAC National du DOE Laboratoire de l'accélérateur). Il est géré par l'Association des universités pour la recherche en astronomie (AURA) dans le cadre d'un accord de coopération avec la NSF et a son siège à Tucson, en Arizona. La communauté astronomique est honorée d'avoir l'opportunité de mener des recherches astronomiques sur Iolkam Du'ag (Kitt Peak) en Arizona, sur Maunakea à Hawai?i et sur Cerro Tololo et Cerro Pachón au Chili. Nous reconnaissons et reconnaissons le rôle culturel très important et le respect que ces sites ont pour la nation Tohono O'odham, la communauté autochtone hawaïenne et les communautés locales au Chili, respectivement.

Megan Tannock
Université de l'Ouest
Courriel : [email protected]

Stanimir Metchev
Chaire de recherche du Canada sur les planètes extrasolaires
Institut d'exploration de la Terre et de l'espace, Université Western
Courriel : [email protected]

Amanda Kocz
Chargée de Presse et Communication Interne
NOIRLab de la NSF
Cellulaire : +1 626 524 5884
Courriel : [email protected]

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Un effet se produisant pour des objets en rotation à la vitesse de la lumière a une pertinence surprenante pour les applications quotidiennes

Figure 1 : Volant relativiste (a et b) : Lorsqu'un volant rond (a) se déplace horizontalement, proche de la vitesse de la lumière, il apparaît déformé à un observateur (b). L'effet de volet roulant (c) : les puces de caméra CMOS sont lues en continu de gauche à droite de l'image. Cela peut conduire à des distorsions d'objets en mouvement rapide qui sont étonnamment similaires à l'effet Hall relativiste. Réimprimé, avec autorisation, de la Réf. 1 © 2012 Société américaine de physique

Il est tentant de croire que les effets issus de la théorie de la relativité d'Einstein, où les objets se déplacent à des vitesses proches de la vitesse de la lumière, se produisent principalement à de très grandes échelles de longueur, par exemple le mouvement des planètes et des étoiles. Cependant, comme l'ont démontré Konstantin Bliokh et Franco Nori du RIKEN Advanced Science Institute, ce n'est pas nécessairement le cas. Les chercheurs ont montré qu'une combinaison de mouvements relativistes et d'effets de rotation peut conduire à un phénomène assez général qui se produit pour une gamme d'objets, des trous noirs aux petits faisceaux de lumière ou d'électrons.

Lorsqu'un objet se déplace près de la vitesse de la lumière, des effets relativistes se produisent. Par exemple, pour un observateur extérieur, un objet se déplaçant très rapidement apparaît comprimé dans la direction du mouvement de l'objet (Fig. 1). Cette contraction dite de Lorentz résulte du moment où la lumière de l'objet en mouvement rapide arrive à l'observateur. Bliokh et Nori ont maintenant montré que si un tel objet tourne également en même temps, par exemple un volant d'inertie, alors le mouvement de rotation est également affecté. Les rayons de la roue semblent déformés d'une manière qui les rend plus denses dans un sens que dans l'autre. C'est un effet général. Pour les faisceaux d'électrons par exemple, il semblerait que les électrons s'accumulent principalement d'un côté. Par conséquent, cet effet a été nommé effet Hall relativiste, car il s'agit d'un analogue de l'effet Hall habituel, où les électrons en mouvement dans un champ magnétique s'accumulent sur un côté d'un matériau.

L'effet sur les rayons d'une roue présente une similitude frappante avec un problème de la photographie conventionnelle connu sous le nom d'effet volet roulant. Là, la façon dont un capteur d'image basé sur CMOS, par exemple dans un appareil photo de téléphone portable, est lu en continu d'un côté à l'autre provoque des distorsions qui ressemblent beaucoup aux rayons d'un volant d'inertie. « L'effet de volet roulant émule les déformations relativistes car il introduit un délai mathématiquement très similaire à un objet comme les effets relativistes », explique Bliokh.

De telles analogies avec les caméras photo et vidéo pourraient également indiquer des possibilités plus larges d'observer l'effet Hall relativiste dans des systèmes du monde réel qui sont mathématiquement identiques aux mouvements relativistes. Mais il est également applicable aux systèmes vraiment relativistes. "L'effet Hall relativiste peut jouer un rôle dans les systèmes astrophysiques impliquant des trous noirs en rotation ou des faisceaux de lumière de type vortex", explique Nori.


Le trou noir supermassif à proximité tourne à une vitesse proche de la vitesse de la lumière

Il y a une nouvelle tournure des trous noirs supermassifs : ils sont incroyablement rapides, disent les astronomes.

On soupçonne depuis longtemps que les gigantesques trous noirs qui se cachent au cœur des galaxies tournent plus vite et grossissent à mesure qu'ils se régalent de gaz, de poussière, d'étoiles et de matière. Mais il n'y a pas eu de mesure fiable de la vitesse de rotation d'un trou noir jusqu'à présent.

Alors que les trous noirs sont difficiles à détecter, la région qui les entoure émet des rayons X révélateurs. À l'aide du télescope NuStar récemment lancé par la Nasa et du cheval de bataille de l'Agence spatiale européenne XMM-Newton, une équipe internationale a observé des rayons X à haute énergie libérés par un trou noir supermassif au milieu d'une galaxie voisine.

Ils ont calculé sa rotation à une vitesse proche de la vitesse de la lumière : 670 m mph (1,08 milliard de km/h).

Il s'agit de la première "mesure sans ambiguïté de la vitesse de rotation" d'un trou noir supermassif, a écrit l'astronome de l'Université du Maryland Christopher Reynolds, qui n'a joué aucun rôle dans la recherche, dans un éditorial d'accompagnement.

On pense que les trous noirs géants - avec des masses allant de millions à des milliards de fois celles du soleil - résident dans chaque centre galactique. Ils sont extrêmement denses et possèdent un remorqueur gravitationnel si puissant que même la lumière ne peut s'échapper.

Les scientifiques sont capables de localiser ces objets monstrueux à partir des flux de rayons X émis lors d'une frénésie alimentaire. Savoir à quelle vitesse ou à quelle vitesse les trous noirs supermassifs tourbillonnent peut aider à faire la lumière sur leur croissance.

Pendant plusieurs jours l'été dernier, les deux télescopes ont suivi simultanément un immense trou noir dans une galaxie spirale appelée NGC 1365. La galaxie a été choisie car elle se trouve à 60 millions d'années-lumière – relativement proche selon les normes astronomiques.

Les résultats ont été publiés dans le numéro de jeudi de la revue Nature.

Alors, à quelle vitesse le trou noir au centre de notre galaxie de la Voie lactée tourne-t-il ?

C'est difficile à savoir car le trou noir supermassif de notre galaxie n'est pas aussi actif que celui observé, a déclaré le chercheur principal Guido Risaliti de l'observatoire d'astrophysique Arcetri en Italie.

Mis à part les éruptions occasionnelles, pratiquement aucun rayonnement ne sort de notre trou noir, ce qui rend difficile le calcul de sa rotation, a déclaré Risaliti.

Reynolds du Maryland a déclaré qu'il est clair que certains trous noirs supermassifs tournent très rapidement et qu'il est nécessaire de disposer de télescopes spatiaux à rayons X plus puissants.

"Nous découvrons certains des objets les plus exotiques et les plus puissants de l'univers", a-t-il déclaré dans un e-mail. "C'est une science cool."


Les naines brunes en rotation pourraient avoir atteint leur limite de vitesse

Une équipe dirigée par l'Université Western au Canada a trouvé trois naines brunes qui tournent plus vite que jamais auparavant – effectuant une rotation complète une fois par heure. Les naines brunes ont été identifiées par le télescope spatial Spitzer de la NASA et étudiées plus tard avec des télescopes au sol, tels que le télescope Gemini North au sommet du Mauna Kea à Hawaï. La découverte, dirigée par l'étudiante diplômée Megan Tannock, pourrait aider à déterminer la vitesse la plus rapide à laquelle une naine brune peut tourner avant de se déchirer.

Alors pourquoi les naines brunes sont-elles si intéressantes ? Ces objets substellaires sont plus massifs que les planètes mais pas aussi massifs que les étoiles. Comme les étoiles, elles se forment à partir de l'effondrement d'un nuage moléculaire géant. Mais contrairement aux étoiles, elles n'ont pas une masse suffisante pour que la fusion nucléaire de l'hydrogène en hélium se produise. Les trois naines brunes récemment découvertes ont à peu près le même diamètre que Jupiter, mais sont entre 40 et 70 fois plus massives.

Des points lumineux

Comme les étoiles et les planètes, les naines brunes tournent déjà au début de leur vie. En vieillissant, les naines brunes se refroidissent et se contractent, et leur vitesse de rotation augmente afin de conserver le moment angulaire.

Les astronomes ont utilisé l'instrument IRAC du télescope spatial Spitzer pour observer chaque naine brune par photométrie et mesurer la vitesse de sa rotation. Ils l'ont fait en examinant la luminosité des éléments, tels que les taches sur la surface, qui change selon que la tache est tournée vers nous ou loin de nous. En mesurant ces modèles répétés de variation de luminosité, l'équipe a déterminé que les naines brunes tournaient avec une période d'une heure.

Les vitesses de rotation d'environ 80 naines brunes ont été mesurées à ce jour, avec des vitesses variables allant jusqu'à des dizaines d'heures. Les naines brunes connues auparavant les plus rapides effectuaient des rotations complètes toutes les 1,4 heures. Avec leur vitesse de rotation record d'une fois par heure, ces trois nouvelles naines brunes tournent à une vitesse étonnante d'environ 100 km/s.

Tannock explique que, afin de confirmer que les résultats n'étaient "pas une demi-période causée par un motif de taches répété", les astronomes ont également mesuré les changements spectraux causés par l'effet Doppler. Ils ont comparé les observations spectrales dans le proche infrarouge des télescopes au sol Gemini North et Magellan Baade avec les spectres prédits à partir de modèles informatiques.

Limites de vitesse proposées

Compte tenu de la large gamme de vitesses de rotation des naines brunes, les chercheurs ont été surpris que ces trois naines brunes partagent des temps de rotation similaires. L'évaluation de l'âge de chaque naine brune, en utilisant les températures et les gravités de surface déterminées à partir de leurs spectres, a suggéré que les trois n'avaient pas le même âge. La question se pose alors de savoir pourquoi ont-ils des taux de rotation similaires ?

La réponse réside peut-être dans la force centripète générée par tous les objets en rotation. La force centripète augmente à mesure que la rotation d'un objet (et pour une naine brune, son âge) augmente, entraînant finalement la déchirure de l'objet. Avant que cela ne se produise, cependant, la section médiane de l'objet commencera à se gonfler, une caractéristique appelée oblation. Les chercheurs ont mesuré cette caractéristique pour déterminer à quel point les naines brunes étaient proches du point de rupture. Constatant que les trois naines brunes ont des degrés d'oblation similaires, ils suggèrent que toutes les trois pourraient s'approcher d'une limite de vitesse de rotation.

Tannock pense qu'"il y a probablement un mécanisme de freinage, et les naines brunes ne peuvent pas vraiment tourner si vite qu'elles s'envolent". Dans d'autres objets cosmiques en rotation tels que les étoiles de faible masse, leurs champs magnétiques provoquent de grandes quantités de freinage. "Les naines brunes ont de forts champs magnétiques à l'intérieur, et elles sont également entièrement convectives à l'intérieur", explique Tannock, notant que les naines brunes pourraient donc présenter un effet de freinage similaire à celui des étoiles de faible masse.

Certains scientifiques ont suggéré qu'une rupture se produirait à une période de 20 minutes, les modèles actuels indiquant que les naines brunes pourraient potentiellement tourner 50 à 80 % plus vite que ces trois-là. Cependant, des périodes comprises entre 20 minutes et une heure ne sont pas encore respectées.

Ainsi, Tannock suggère que « la période de rotation minimale est d'environ une heure », et que des mesures supplémentaires pourraient aider à déterminer s'il existe une limite à la vitesse de rotation. Le futur télescope spatial James Webb pourrait éventuellement mesurer les variations de faible amplitude, tandis que des travaux théoriques pourraient aider à mieux comprendre la physique des structures internes des naines brunes. « Nous sommes impatients de voir ce que les gens vont proposer », déclarent les auteurs de l'étude.

Chaneil James est un communicateur scientifique indépendant basé à Barcelone


4 réponses 4

Les horloges atomiques sont certainement des objets macroscopiques (beaucoup d'entre eux sont assez lourds :)) et elles reposent sur une variété de mécanismes pour fonctionner. (Incidemment, ils ne sont généralement pas basés sur la désintégration radioactive.) Si la relativité n'affectait d'une manière ou d'une autre que certains de ces mécanismes et pas d'autres, je doute que l'horloge fonctionne correctement.

Laissant cela de côté, les observations vérifiant la relativité générale sont généralement à des échelles très macroscopiques, par ex. la précession de Mercure mentionnée par @Ialala dans les commentaires, la lentille gravitationnelle causée par les galaxies, la détection d'ondes gravitationnelles à LIGO, les observations de pulsars binaires et les observations de trous noirs.

Les effets "étranges" de la relativité restreinte découlent tous de l'invariance de la vitesse de la lumière, et cela a été vérifié par de nombreuses expériences à commencer par celle de Michelson-Morley.

Des expériences d'interféromètre comme celle de Sagnac démontrent la dilatation du temps dans les systèmes tournants. Le système de positionnement global (GPS) est ajusté pour prendre en compte tous les effets de la relativité, y compris l'effet Sagnac, la dilatation du temps gravitationnelle et la dilatation du temps basée sur la vitesse.

Une liste plus longue (bien que toujours incomplète) de preuves expérimentales de la théorie de la relativité se trouve sur https://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SR/experiments.html.

Un physicien expérimental pourrait-il nous dire s'il est possible de déposer une charge électrique sur une telle chose et de l'accélérer dans un accélérateur de particules ?

Sans ambiguïté, cette expérience spécifique n'est pas réalisable. Les "grands" hadrons du LHC sont encore des atomes individuels.

Cependant, il existe encore des expériences macroscopiques pour de nombreux aspects de la RS. De plus, la frontière entre macroscopique et microscopique n'est pas toujours particulièrement claire. En d'autres termes, est une horloge atomique macroscopique ou microscopique, l'horloge est plus que juste les atomes, il y a aussi des oscillateurs et une cavité de résonance et une certaine forme de spectromètre, qui sont tous macroscopiques. De même, est un laser/maser macroscopique ou microscopique, il y a une population d'atomes "pompés", mais il y a aussi une chambre de résonance, des miroirs, etc. Que diriez-vous d'un rotor Mossbauer, c'est une transition nucléaire, mais la netteté dépend du fait que le noyau est solidement planté dans un morceau de métal macroscopique. Les étoiles sont également très macroscopiques, mais nous obtenons un rayonnement d'une étoile qui provient de transitions atomiques spécifiques en plus du rayonnement global du corps noir, si vous ne pouvez pas considérer une étoile comme macroscopique, cela semble idiot, mais le rayonnement inclut des raies spectrales quantiques.

En fin de compte, je pense qu'une telle distinction n'est pas particulièrement significative. Il est trop ambigu pour former une question théorique bien motivée qui doit être abordée. Ma ressource préférée pour un aperçu de la quantité écrasante de support expérimental pour SR est :

Toutes les expériences là-bas sont des expériences valides qui ne peuvent pas être écartées. Cependant, je considérerais en outre toutes les expériences utilisant les techniques suivantes comme "macroscopiques" :

  • Expériences basées sur l'interféromètre (MMX, etc.)
  • Expériences de rotor Mossbauer
  • Expériences astronomiques/cosmologiques
  • Expériences en génie électrique (condensateurs, aimants, etc.)
  • Expériences basées sur le pendule
  • Expériences de résonateur à cavité
  • Expériences avec des supports transparents

Je considérerais donc qu'un grand nombre des expériences répertoriées sont "macroscopiques".


Forme bizarre de l'astéroïde interstellaire

Découvert le 19 octobre, la vitesse et la trajectoire de l'objet suggéraient fortement qu'il provenait d'un système planétaire autour d'une autre étoile.

Les astronomes se sont efforcés d'observer la roche spatiale unique, connue sous le nom de 'Oumuamua, avant qu'elle ne disparaisse de la vue.

Leurs résultats suggèrent jusqu'à présent qu'il est au moins 10 fois plus long que large.

Ce rapport est plus extrême que celui de n'importe quel astéroïde ou comète jamais observé dans notre système solaire.

À l'aide d'observations du Very Large Telescope au Chili, Karen Meech, de l'Institut d'astronomie d'Honolulu, à Hawaï, et ses collègues ont déterminé que l'objet mesurait au moins 400 m de long, tournait rapidement et était soumis à des changements spectaculaires de luminosité.

Ces changements de luminosité étaient la clé de la forme bizarre de 'Oumuamua's.

"En regardant la base de données des courbes de lumière des astéroïdes, il y a cinq objets (sur 20 000) qui ont des courbes de lumière qui suggéreraient une forme jusqu'à un rapport d'axe d'environ 7-8 à 1", a déclaré le Dr Meech à BBC News.

"Nos erreurs sont très petites, nous sommes donc convaincus que cela est vraiment allongé. De plus, il faut se rendre compte que nous ne savons pas où pointe le pôle de rotation. Nous avons supposé qu'il était perpendiculaire à la ligne de visée. S'il a été renversé, il y a alors des effets de projection et le 10:1 est un minimum. Il pourrait être plus allongé ! »

Mais à d'autres égards, 'Oumuamua (prononcé oh MOO-uh MOO-uh), semble ressembler à des objets que nous connaissons plus près de chez nous.

"Nous avons également constaté qu'il avait une couleur rougeâtre, similaire aux objets du système solaire externe, et avons confirmé qu'il est complètement inerte, sans la moindre trace de poussière autour de lui", a déclaré le Dr Meech.

Ces propriétés suggèrent que 'Oumuamua est dense, composé de roches et peut-être de métaux, n'a ni eau ni glace, et que sa surface a été rougie en raison des effets de l'irradiation des rayons cosmiques sur de longues périodes de temps.

Bien qu'Oumuamua se soit formé autour d'une autre étoile, les scientifiques pensent qu'elle aurait pu errer dans la Voie lactée, sans attache à aucun système stellaire, pendant des centaines de millions d'années avant sa rencontre fortuite avec notre système solaire.

"Pendant des décennies, nous avons théorisé que de tels objets interstellaires existent, et maintenant - pour la première fois - nous avons des preuves directes qu'ils existent", a déclaré Thomas Zurbuchen, administrateur associé de la direction de la mission scientifique de la NASA à Washington DC.

"Cette découverte historique ouvre une nouvelle fenêtre pour étudier la formation des systèmes solaires au-delà du nôtre."

Si des planètes se forment autour d'autres étoiles de la même manière qu'elles l'ont fait dans le système solaire, de nombreux objets de la taille d'Oumuamua devraient être projetés dans l'espace. Le visiteur interstellaire peut fournir la première preuve de ce processus.

As regards how 'Oumuamua became so elongated, Dr Meech explained: "There has been speculation among various team members about this. Sometimes very elongated objects are contact binaries. but even so, the pieces would be longer than most things in the Solar System, and our analysis shows that it is rotating fast enough that they should not stay together.

"One of our team wondered if, during a planetary system formation, if there was a large collision between bodies that had molten cores, some material could get ejected out and then freeze in an elongated shape.

"Another team member was wondering if there could be some process during the ejection - say if there was a nearby supernova explosion that could be responsible."

The cosmic interloper was discovered by Rob Weryk, a postdoctoral researcher at the Institute for Astronomy and a co-author of the new study, which is published in Nature journal.

Weryk and fellow Institute for Astronomy researcher Marco Micheli realised it was going extremely fast (with enough speed to avoid being captured by the Sun's gravitational pull) and was on a very eccentric trajectory taking it out of our Solar System.

The asteroid's name, 'Oumuamua, means "a messenger from afar arriving first" in Hawaiian.


Astronomers may be closing in on source of mysterious fast radio bursts

Astronomers appear to be closing in on the source of enigmatic radio pulses emanating from space that have become the subject of intense scientific speculation.

Previous candidates for the origin of the fleeting blasts of radiation – known as fast radio bursts, or FRBs – have included exploding stars, the reverberations of weird objects called cosmic strings or even distant beacons from interstellar alien spaceships.

Now, new observations provide backing for a scenario involving a rapidly rotating neutron star cocooned by an ultra-powerful magnetic field. The explanation is more orthodox than some of the alternatives offered, but could point astronomers towards some of the most extreme magnetic environments in the known universe.

“Our preferred model is that they are coming from a neutron star . that could be just 10 or 20 years old in an extreme magnetic environment,” said Jason Hessels, a co-author of the new paper and astronomer at the Netherlands Institute for Radio Astronomy in the Dutch town of Dwingeloo.

Fast radio bursts have perplexed astronomers ever since the signals were discovered in 2007 in earlier observation data from the Parkes radio telescope in Australia.

Initially dismissed by many as data glitches, 30 similar sources have since been identified, but only one of these, known as FRB 121102, has been seen to flare repeatedly. All the rest have been one-off blasts, making them hard to study and almost impossible to locate. Yet the growing intrigue around FRBs has led to at least as many theories to explain them as there are actual observations.

When the repeating FRB 121102 was pinpointed last year to an unremarkable-looking dwarf galaxy three billion light years from Earth, the puzzle of what could be unleashing the blasts only deepened. Astronomers calculated that the source must be emanating as much energy as 500m suns in the space of a millisecond, in order to explain how it was still detectable three billion years after the event.

“If we had one of these on the other side of our own galaxy it would disrupt radio here on Earth, and we’d notice, as it would saturate the signal levels on our smartphones,” said Prof James Cordes, an astronomer at Cornell University and co-author of the study. “Whatever is happening there is scary. We would not want to be there.”

The latest findings arise from observations of FRB 121102 made simultaneously on 26 August by the alien-hunting Breakthrough Listen project using the Green Bank Telescope in West Virginia and a Dutch team using the William E Gordon Telescope at the Arecibo Observatory in Puerto Rico.

The astronomers identified 16 new bursts during a 10-hour period, and for the first time were able to identify distortions in the signals that revealed the radio waves had passed through an ultra-powerful magnetic field after being emitted.

In the Milky Way, the only known example of such an extreme magnetic environment is in the vicinity of the massive black hole at the galactic centre. It is possible that a neutron star sitting in such a position could produce such blasts. Another possibility, Hessels said, is that the material thrown out in a supernova as a massive star collapses could leave the remnant neutron star surrounded by a swirling nebula that could create an extremely strong magnetic field.

“You would naturally expect a very young neutron star to be in some sort of cocoon of material,” said Hessels. “The only problem is that to explain [the field], the nebula would have to be ridiculously great – bigger than anything we’ve seen in our own galaxy.”

Duncan Lorimer, an astronomer based at West Virginia University, who co-discovered the first FRBs, said the latest observations were very exciting. “They demonstrate that this FRB is in a highly magnetised environment,” he said. Lorimer added that the neutron star theory was plausible, but that alternative possibilities could not yet be excluded. “Right now, I would say nothing is ruled out!” il a dit.


There Could be Meteors Traveling at a Fraction of the Speed of Light When They Hit the Atmosphere

It’s no secret that planet Earth is occasionally greeted by rocks from space that either explode in our atmosphere or impact on the surface. In addition, our planet regularly experiences meteor showers whenever its orbit causes it to pass through clouds of debris in the Solar System. However, it has also been determined that Earth is regularly bombarded by objects that are small enough to go unnoticed – about 1 mm or so in size.

According to a new study by Harvard astronomers Amir Siraj and Prof. Abraham Loeb, it is possible that Earth’s atmosphere is bombarded by larger meteors – 1 mm to 10 cm (0.04 to 4 inches) – that are extremely fast. These meteors, they argue, could be the result of nearby supernovae that cause particles to be accelerated to sub-relativistic or even relativistic speeds – several thousand times the speed of sound to a fraction of the speed of light.

Their study, titled “Observational Signatures of Sub-Relativistic Meteors“, recently appeared online and is being considered for publication in the Journal d'astrophysique. Their work addresses an ongoing mystery in astrophysics, which is whether or not the ejecta created by a supernova can be accelerated to relativistic speeds and travel through the interstellar medium to reach Earth’s atmosphere.

Artist’s concept of the meteorite entering Earth’s atmosphere. Credit: University of Oxford

The existence of these kinds of meteors, which would measure about 1 mm in diameter (0.04 inches), has been proposed by several astronomers in the past (like Lyman Spitzer and Satio Hayakawa). The question of whether or not they could survive the trip through interstellar space has also been studied at length. As Siraj explained to Universe Today via email:

“Empirical evidence indicates that at least one supernova has rained heavy elements on Earth in the past. Supernovae are known to release significant quantities of dust at sub-relativistic speeds. We also see evidence of clumpiness or ‘bullets’ in supernova ejecta. The fraction of mass contained in small clumps is unknown, but if just 0.01% of the dust ejecta is contained in objects of millimeter size or larger, we would expect one to appear in the Earth’s atmosphere as a sub-relativistic meteor every month (based on the rate of supernovae in the Milky Way galaxy).”

Despite having a sound theoretical basis, the question remains as to whether or not meteors larger than a grain of dust enter Earth’s atmosphere at sub-relativistic or relativistic speeds. These would be meteors that measure 1 mm (0.04 in), 1 cm (0.4 in), or 10 cm (4 in) in diameter. Much of the problem has to do with our current search methodology, which is simply not set up to look for these kinds of objects.

“Meteors typically travel near 0.01% of the speed of light,” said Siraj. “Therefore current searches are tuned to find signals from objects moving at that speed. Meteors from supernovae would travel a hundred times faster (around 1% of the speed light), and so their signals would be significantly different from typical meteors, making them easily missed by current surveys.”

Meteors are pieces of comet and asteroid debris that strike the atmosphere and burn up in a flash. Credit: Jimmy Westlake

For the sake of their study, Siraj and Loeb developed a hydrodynamic and radiative model to track the evolution of hot plasma cylinders that result from sub-relativistic meteors passing through our atmosphere. From this, they were able to calculate what kind of signals would be produced, thereby providing an indication of what astronomers should be on the lookout for. As Siraj explained:

“We find that a sub-relativistic meteor would give rise to a shock wave that could be picked up by a microphone, and also a bright flash of radiation visible in optical wavelengths – both lasting for about a tenth of a millisecond. For meteors as small as 1mm, a small optical detector (1 square centimeter) could easily detect the flash of light out to the horizon.”

With this in mind, Siraj and Loeb went on to outline the kind of infrastructure that would allow astronomers to confirm the existence of these objects and study them. For instance, new surveys could incorporate infrasound microphones and optical-infrared instruments that would be able to detect the acoustic signature and optical flashes created by these objects entering our atmosphere and the resulting explosions.

Based on their calculations, they recommend that a global network of about 600 detectors with all-sky coverage could detect a few of these types of meteors per year. There is also the option of searching through existing data for signs of sub-relativistic and relativistic meteors. Last, but not least, there is the possibility of using existing infrastructure to look for signs of these objects.

Map displaying location and energy of meteor explosions detected by CNEOS. Credit: NASA/CNEOS

A good example of this, Siraj explained, is to be found in NASA’s Center for Near-Earth Object Studies (CNEOS) network and database:

In addition, we note that the U.S. government’s global classified network of sensors (including microphones and optical detectors) that provides the CNEOS Fireball and Bolide Database likely comprises a capable existing infrastructure. We urge the U.S. government to declassify broader swaths of the CNEOS data so scientists can search for sub-relativistic meteors without spending more taxpayer money to develop a new global network – with one already in operation!

The payoff for this would be nothing less than the ability to study an entirely new set of objects that regularly interact with Earth’s atmosphere. It would also provide a new perspective to the study of supernovae by allowing astronomers to place important constraints on the ejecta they produce. With this in mind, a low-cost, global network of all-sky cameras seems well worth the investment!