Une étude, dont les résultats intitulés «Observation of self-amplifying Hawking radiation in an analogue black-hole laser» ont été publiés dans la revue Nature Physics, a permis de mettre en évidence l’équivalent acoustique du rayonnement de Hawking au moyen d'un fluide d’atomes ultrafroids.

C'est en 1974 que «Stephen Hawking a montré qu’un trou noir, astre si massif et compact que même la lumière ne peut s'en échapper» émet tout de même un flux de particules, dénommé «rayonnement de Hawking».

Plus précisément, «un trou noir présente une frontière, nommée horizon des évènements», qui est un point de non-retour de sorte qu'un «objet qui le franchit en tombant vers le centre du trou noir ne peut plus s’échapper, car la vitesse requise pour se libérer du champ gravitationnel serait alors supérieure à celle de la lumière».

Comme «d'après la mécanique quantique, des paires particule-antiparticule apparaissent spontanément dans le vide et s’annihilent après un bref instant sans laisser de trace», à proximité de l’horizon, la paire peut être séparée de sorte que «l'une des particules tombe dans le trou noir tandis que l’autre s’échappe», ce qui fait que le trou noir, qui «semble émettre des particules» perd, de façon infime, de la masse.

Cette découverte théorique, qui se situe «à la frontière entre la théorie quantique des champs et la relativité générale», ne peut cependant pas faire l'objet d'observations astronomiques, car ce rayonnement est «trop faible pour être distingué du rayonnement du fond diffus cosmologique».

Néanmoins, comme il existe «de nombreuses similitudes entre les équations décrivant les trous noirs et celles qui gouvernent les ondes acoustiques dans un fluide», une approche physique alternative peut être développée: celle des «trous noirs acoustiques».

Pour le comprendre, «considérons par exemple une tuyère de fusée, un cylindre dont le diamètre diminue puis augmente à la sortie (une tuyère de Laval)». Un effet Venturi se produit dans le resserrement, c'est-à-dire que «le fluide accélère et atteint des vitesses supersoniques dans la partie évasée».

Les molécules se déplaçant plus vite que des ondes acoustiques dans le milieu, si on envoie des ondes acoustiques à contre-courant dans la partie où le fluide est supersonique, elles sont emportées par le courant et ne peuvent jamais remonter la tuyère jusqu'au bout», ce qui constitue «l'équivalent d’un horizon des événements dans le fluide».

Comme «l'analogie se retrouve jusque dans les équations qui décrivent la lumière autour d’un trou noir et les ondes acoustiques dans le fluide», il a été «supposé que les trous noirs acoustiques émettent aussi un rayonnement de Hawking, c’est-à-dire des ondes acoustiques émises près de l’horizon», sans qu'aucune expérience mise en place jusqu'ici n'ait vraiment réussi à le mettre en évidence.

Dans le cadre de l'étude ici présentée, une solution a été trouvée pour amplifier le signal et rendre le rayonnement de Hawking mesurable.

Dans un premier temps, un ensemble d’atomes de rubidium a été refroidi à quelques nanokelvins «pour former un condensat de Bose-Einstein, un fluide ayant un comportement quantique collectif». Ensuite, grâce à un laser, ce condensat est mis en mouvement pour atteindre une vitesse supersonique.

A ce moment-là, intervient le fait que le système possède en réalité deux horizons, «ce qui est aussi le cas pour certains trous noirs en rotation, dits de Kerr».

En effet, le laser crée, dans le condensat, un puits de potentiel où «les atomes y sont accélérés jusqu'à des vitesses supersoniques» et «les ondes acoustiques formées dans ce puits sont piégées entre les deux bords du puits, qui jouent le rôle d'horizons».

Réfléchies d'un bord à l'autre, ces ondes sont amplifiées, «un peu comme les photons dans un laser» et certaines parviennent «à s'échapper au niveau d'un des horizons, de façon analogue à ce qui se passe avec une paire particule-antiparticule dans un trou noir stellaire». La mesure de ces ondes amplifiées est alors réalisable.

S'il «n’est pas encore possible de vérifier que ces ondes présentent toutes les caractéristiques du rayonnement de Hawking prévues par la théorie», cette piste apparaît prometteuse, car ce type de dispositif pourrait permettre également «d’étudier des analogues acoustiques de l’intrication quantique».

Une étude, dont les résultats intitulés «Possible planet formation in the young, low-mass, multiple stellar system GG Tau A» ont été publiés dans la revue Nature, a permis de mettre en évidence la dynamique complexe au sein du système GG Tau en «combinant des observations complémentaires aux longueurs d'onde submillimétriques (ALMA et IRAM) et infrarouges (VLTI/ESO)».

Alors que, «jusqu'à très récemment, GG Tau A, située à près de 450 années-lumière de la Terre dans la constellation du Taureau, était connue comme une étoile binaire avec deux composantes Aa et Ab», des mesures infrarouges récentes «réalisées avec les instruments du VLT et du VLTI (ESO) ont révélé que GG Tau A est en fait un système stellaire triple, car GG Tau Ab est elle-même une étoile binaire.

Cependant, «l'étoile centrale Aa est suffisamment éloignée du couple Ab pour être entourée d'un disque circumstellaire, observé dès 2011 avec l'interféromètre de l'IRAM».

En outre «autour de ce système stellaire triple, «un disque de gaz et de poussières en rotation, évidé en son centre par les effets de marée gravitationnels» a également été mis en évidence.

Plus précisément, «en tournant les unes autour des autres, les trois étoiles créent en effet une zone gravitationnellement instable appelée cavité, où la matière ne peut que transiter avant de tomber sur les étoiles centrales» tandis que, plus loin, là où réside l'anneau externe de matière, «le champ gravitationnel n'est plus perturbé et la matière en rotation peut s'organiser en une structure stable».

Ces prédictions théoriques avaient été confirmée en partie par la découverte de l'existence d'une cavité centrale autour de GG Tau A, «dès les années 1990 grâce aux observations de l'interféromètre de l'IRAM».

Néanmoins, après la détection de la présence de gaz dans cette cavité dans les années 2000, sa «dynamique précise», essentielle pour comprendre les mécanismes d'accrétion donnant naissance aux planètes, «restait largement méconnue».

Dans l'étude ici présentée, grâce à «des observations du monoxyde de carbone (CO sous forme gazeuse) et de l'émission des grains de poussière autour de GG Tau A», obtenues «de manière complémentaire avec les interféromètres ALMA (Chili) et IRAM (Alpes françaises)», une partie «du voile sur la répartition de la matière et sur la dynamique à l'intérieur de la cavité» a pu être levée, «avec une précision encore jamais atteinte dans ce domaine».

Ces images, qui montrent «un filament de gaz provenant de l'anneau externe tombant vers les étoiles centrales» font apparaître que la quantité de gaz transportée est «suffisante pour alimenter le disque interne autour de GG Tau Aa».

Ces mouvements de gaz «confirment ainsi les prédictions des simulations numériques antérieures» et prouvent «que la matière provenant de l'anneau externe est capable de nourrir le disque interne autour de GG Tau Aa pendant assez longtemps pour éventuellement permettre la formation des exoplanètes».

De plus, «les deux cartes de l'émission du CO révèlent une surbrillance remarquable sur le bord externe de l'anneau autour du système stellaire triple».

Son étude détaillée, qui «montre qu'elle est deux fois plus chaude que le milieu environnant», suggère «qu'il pourrait s'agir de la signature d'une jeune exoplanète géante en cours de formation», mais l'observation du fin sillon que cette planète serait en train de creuser dans le disque externe «reste pour l'heure hors de portée des instruments».

Ainsi, pour la première fois, ont été détectés des mouvements de matière qui «démontrent que des exoplanètes peuvent se former non seulement autour d'un des membres de ce trio d'étoiles jeunes, mais aussi à très grande distance dans le disque entourant ces trois soleils».

Une étude, dont les résultats intitulés «Chlorovirus ATCV-1 is part of the human oropharyngeal virome and is associated with changes in cognitive functions in humans and mice» ont été publiés dans la revue PNAS, a permis de montrer qu'ATCV-1, un virus que l’on croyait spécifique à certaines algues unicellulaires vertes (les chlorelles), peut coloniser des organismes de souris et d'hommes et altérer de façon perceptible les capacités cognitives des hôtes qu'il infecte.
 
Le virus ATCV- 1 fait partie des chlorovirus, qui «sont des agents pathogènes à ADN double-brin de grande taille, qui infectent les chlorelles, de microscopiques algues vertes unicellulaires vivant en eau douce (lacs et rivières).

Si ATCV-1 avait été retrouvé il y a quelques années dans des cerveaux humains, «il était impossible de dire à l’époque s’il logeait dans ces organismes avant la mort des individus autopsiés ou s’il n’y était apparu que post-mortem».

Or, à la suite des prélèvements effectués «dans le cadre d’une étude sur les bactéries et virus présents chez les personnes souffrant de maladies psychiatriques», il est apparu que ce virus a été identifié dans la gorge de patients.

Afin de savoir si ce virus ATCV-1 «pouvait également être retrouvé chez des personnes saines, et s’il pouvait être corrélé à une altération de certaines fonctions cognitives», un échantillon de 92 personnes saines a été analysé et il a été constaté que 40 d'entre elles étaient porteuses du virus.

De plus, comme «il s’est avéré que ces dernières avaient plus de difficultés à réaliser les tests de fonctions cognitives impliquant la vue» (par exemple, elles étaient plus lentes «à trouver la logique dans une suite de chiffres et avaient une capacité de concentration légèrement réduite»), une nouvelle expérience portant, cette fois, sur des souris a été élaborée.

Ces souris ont été séparées en deux groupes: à l'un, il a été administré des algues vertes non contaminées par le virus et, à l'autre, des algues porteuses du virus. Les tests ont alors fait apparaître que le groupe qui n'était pas infecté par ATCV-1 obtenait de meilleurs résultats que l'autre avec, en outre, plus de rapidité.

Ces travaux qu'il est souhaitable de confirmer, mettent en tout cas en lumière que «des virus en apparence très éloignés des mammifères peuvent en fait s'adapter pour infecter des hôtes inattendus» et qu'ils pourraient avoir «un impact significatif sur les capacités des organismes, sans pour autant déclencher une maladie clairement identifiable».

Une étude, dont les résultats intitulés «Multimodal plasmonics in fused colloidal networks» ont été publiés dans la revue Nature Materials, a mis en évidence que des nanoparticules cristallines d'or alignées puis fusionnées en longues chaînes peuvent servir à confiner l'énergie lumineuse à l'échelle nanométrique tout en permettant sa propagation à grande distance. 

Si l'utilisation de la lumière dans la fibre optique permet de transmettre des informations en augmentant la vitesse de transmission et en réduisant «les pertes d'énergie qui se produisent par réchauffement lorsqu'un signal électrique est utilisé», la miniaturisation de la procédure pose un problème car il est difficile, par exemple, «de confiner la lumière dans une largeur inférieure au micromètre (soit 10-6 mètres)». 

Cependant, «depuis une vingtaine d'années une voie prometteuse vers un confinement sub-longueur d'onde (c'est-à-dire inférieur au micromètre) de l'énergie lumineuse» a été ouverte grâce au métaux. 

En effet, comme dans les métaux tels que l'or et l'argent les électrons circulent librement et parfois, sous l'effet de la lumière, se mettent à osciller collectivement à leur surface, «les propriétés de ces oscillations collectives, appelées plasmons» permettent de «transporter de l'information dans des structures plus étroites que les fibres optiques» en faisant passer l'énergie «portée par les photons aux électrons en mouvement». 

Pour obtenir des confinements plus importants, on peut faire appel aux propriétés optiques de nanoparticules cristallines, car «la surface cristalline lisse évite de perturber les oscillations des électrons et limite les pertes d'énergie».

Dans l'étude ici présentée, il a été tout d'abord observé «que lorsque des nanoparticules d'or de dix nanomètres de diamètre sont alignées sous forme de chaîne, les plasmons qu'elles portent génèrent des oscillations particulières, propices à la propagation ultra-confinée», mais avec une perte d'énergie «à chaque passage entre deux nanoparticules».

Comme cette caractéristique, qui «peut être exploitée pour certaines applications qui nécessitent des sources de chaleur très localisées, notamment en médecine», ne favorise pas la propagation longue distance, les nano-perles ont été ensuite 'délicatement fusionnées' «en focalisant un faisceau électronique à haute énergie, de façon à former un réseau continu et cristallin».

Il a alors été constaté «que les pertes d'énergie sont réduites et que les plasmons sont libres d'osciller sur de très grandes distances tout en restant confinés suivant le diamètre des nanoparticules»: plus précisément, «au sein de ce collier de seulement dix nanomètres de large, l'information peut voyager jusqu'à 4000 nanomètres».

De plus, la cartographie des «oscillations des électrons observées à la surface de la chaîne de nanoparticules», avec «une précision exceptionnelle» grâce à «une technique de microscopie appelée spectroscopie de perte d'énergie des électrons (EELS)», a permis de caractériser «les différents types de mouvement des plasmons».

Un nouveau modèle théorique du comportement des plasmons a ainsi pu être proposé et validé par des simulations qui «reproduisent les expériences avec une fidélité sans précédent».

Il en résulte que ces travaux pourraient conduire «à une miniaturisation extrême du guidage de la lumière» ouvrant «la voie vers des applications en matière de capteur, pour le photovoltaïque par exemple, et en télécommunication».

Une étude, dont les résultats intitulés «Evidence for arsenic metabolism and cycling by microorganisms 2.7 billion years ago» ont été publiés dans la revue Nature Geoscience, a mis, pour la première fois, en lumière dans le registre géologique que des micro-organismes métabolisaient l’arsenic dans des lacs salins il y a plus de 2,7 milliards d’années.

L'arsenic, qui «ne représente que 0,0001% de la Terre», est, malgré tout, «un élément largement répandu dans la croûte terrestre dans les roches volcaniques altérées et certains sols et sédiments marins».

Dans ce contexte, certains micro-organismes sont parvenus à le métaboliser «de manière active via des réactions de méthylation, déméthylation, oxydation et réduction» en dépit de sa toxicité «pour la plupart des êtres vivants».

Par ailleurs, les études phylogénétiques des enzymes impliquées dans les métabolismes de l’arsenic suggèrent «que l’arsénite-oxydase était présente dans LUCA (Last Universal Common Ancestor) et a donc pu émerger avant la divergence entre Archées et les Bactéries il y a plus de 3,4 milliards d’années».

De plus, cette hypothèse était renforcée par le fait que «l’arsenic devait être particulièrement abondant sur la Terre primitive» en raison «d’une forte activité volcanique».

Comme, jusqu'à présent, aucune trace de ces métabolismes n’avait été observée dans le registre sédimentaire, l'étude ici présentée a entrepris l'analyse «la distribution des métaux et de la matière organique au sein de stromatolites fossiles, âgés de 2.7 milliards d’années (Formation de Tumbiana, Craton des Pilbara, Australie Occidentale)», qui avaient été récoltées en 2004.

Il est alors apparu, «en utilisant des méthodes d’imagerie à différents niveaux de résolution spatiale (de quelques centimètres à la 100aine de nanomètres)», que «des petits globules de matière organique attribués à des restes de cellules microbiennes» contenaient «presque exclusivement de l’arsenic».

Comme «un cycle complet d’oxydo-réduction de l’arsenic en conditions anaérobies a été décrit dans des tapis microbiens de lacs hypersalins de Californie et des Andes qui se développent à proximité de volcans et qui sont considérés comme d’excellents analogues de la Terre primitive», ces éléments «confirment que l’arsenic a pu jouer un rôle important dans l’évolution des premiers organismes vivants et que sa forme oxydée, l’arséniate (As(V)) a pu être disponible dans l’environnement plusieurs centaines de millions d’années avant l’oxygénation de la Terre».

Les spécialistes de l'astrobiologie vont certainement accueillir avec beaucoup d'intérêt cette découverte, qui a d’importantes implications dans le cadre de la recherche de traces de vie sur d’autres planètes.