Une étude, dont les résultats intitulés «A multi-modal parcellation of human cerebral cortex» ont été publiés dans la revue Nature, a permis d'établir une nouvelle cartographie du cerveau humain, dont le degré de précision est inédit.

Rappelons tout d'abord qu'en 1909, «le neurologue allemand Korbinian Brodmann avait publié sans doute ce qui est considérée comme la meilleure carte du cerveau en s'appuyant sur la répartition des cellules dans les différentes zones de cet organe». Alors que «sa carte, qui divise le cortex en quelques dizaines de zones, est toujours utilisée de nos jours», l'étude ici présentée a «cartographié 180 régions distinctes du manteau extérieur ou cortex, soit plus du double de celles déjà connues».

Pour réaliser cette carte, des données ont été recueillies «en combinant différentes méthodes d'imageries cérébrales pour scruter le cerveau de 210 adultes». Un logiciel a été élaboré dans le cadre de cette étude et testé «sur un autre groupe également composé de 210 adultes»: il est ainsi apparu «que ce logiciel pouvait identifier les zones cartographiées dans leur cerveau, en dépit des différences propres à chaque individu».

Grâce à ces éléments, l'étude a pu identifier pour chaque hémisphère «avec un taux de détection d'environ 97%", 97 nouvelles zones du cortex cérébral, plus connue sous le nom de matière grise», qui «s'ajoutent aux 83 autres déjà connues». De ce fait, ce travail devrait «contribuer à rendre encore plus précise la chirurgie du cerveau».

Une étude, dont les résultats intitulés «A quasi-periodic modulation of the iron line centroid energy in the black hole binary H 1743-322» sont publiés dans la revue MNRAS et disponibles en pdf sur arxiv.org, a permis pour la première fois de mettre en évidence, en observant H1743-322, un trou noir stellaire de notre Voie lactée, l'effet Lense-Thirring, un effet qui jusqu'ici avait été mesuré autour de la Terre.

Rappelons tout d'abord que l'effet Lense-Thirring* est un phénomène astrophysique de faible ampleur, qui est une conséquence de la relativité générale, pouvant être décrit comme une «sorte de tourbillon de l'espace autour d'un objet en rotation» (il a été prédit par les physiciens autrichiens Josef Lense et Hans Thirring dans leurs travaux sur la relativité générale en 1918).

Plus précisément, il s'agit d'une correction relativiste à prendre en compte pour un objet en rotation qui échappe à la mécanique newtonienne. Il en résulte, par exemple, «qu’un gyroscope en orbite autour de la Terre subira des modifications de la direction de son axe initialement pointé vers une étoile, comme s'il était dans un référentiel en rotation».

Alors que, jusqu'ici, cet effet avait été observé près de la Terre, «grâce à l’expérience à bord du satellite Gravity Probe B en 2011», l'étude ici présentée l'a détecté autour d'un trou noir stellaire. Pour y parvenir, les observatoires X en orbite, les satellites XMM Newton de l’ESA et Nustar de la NASA, ont été utilisés pour observer le trou noir stellaire H1743-322, qui «fait partie d’un système binaire situé à environ 28.000 années-lumière du Soleil près du centre de notre Galaxie».

Ce trou noir, qui «est entouré d’un disque d’accrétion constitué par la matière qu’il arrache à son étoile compagne par sa force de gravité», présente depuis des années «des variations presque périodiques de ses émissions X, ou QPO (Quasi Periodic Oscillations)» et l'une des hypothèses avancées pour expliquer ces QPO faisait «intervenir un effet Lense-Thirring particulièrement fort généré par le trou noir en rotation sur son disque d’accrétion».

Ainsi, la partie du disque d’accrétion la plus proche de l’horizon des événements «se mettrait à effectuer des mouvements de précessions». Il en découlerait «ces fluctuations transitoires et presque périodiques des émissions du plasma chaud de cette région, porté à plusieurs millions de degrés, observées sous forme de QPO».

Pour prouver la véracité de cette hypothèse, «une raie émise dans le domaine des rayons X par des atomes de fer ionisés présents dans la partie externe du disque» a été analysée. Comme «cette raie est décalée périodiquement vers le rouge et vers le bleu par la rotation des ions autour du trou noir», si la partie interne du disque effectue un mouvement de précession, «elle doit s’élever partiellement au-dessus du disque et éclairer périodiquement chacune de ses parties», ce qui «conduit à des modifications supplémentaires de l’aspect de la raie d’émission des atomes de fer».

Effectivement, l'étude met en évidence «des variations en bon accord avec les prédictions du modèle expliquant les QPO par l’effet Lense-Thrring», en «utilisant 260.000 secondes de mesures avec XMM-Newton et 70.000 avec Nustar». Cet effet «est 100.000 milliards de fois plus intense que celui observé autour de la Terre».

Grâce à ce succès, on dispose désormais «d’une fenêtre observationnelle nouvelle permettant de tester les caractéristiques d’un champ de gravitation fort car proche de l’horizon d’un trou noir stellaire»: en particulier, les QPO de H1743-322 pourraient «se révéler un outil précieux pour découvrir une nouvelle physique, notamment en rapport avec l’énergie noire».

Lien externe complémentaire (source Wikipedia)

* Effet Lense-Thirring

Une étude, dont les résultats intitulés «The bimodal initial mass function in the Orion Nebula Cloud» sont publiés dans la revue MNRAS et disponibles en pdf sur arxiv.org, a permis, grâce à HAWK-I, l'instrument infrarouge qui équipe le VLT de l'ESO au Chili, de découvrir l'existence d'un nombre de naines brunes et d'objets de masse planétaire dix fois supérieur au nombre d'objets connus dans les profondeurs encore inexplorées de la Nébuleuse d'Orion.

Rappelons tout d'abord que «la célèbre Nébuleuse d'Orion s'étend sur quelque 24 années-lumière à l'intérieur de la constellation d'Orion» («à l'œil nu depuis la Terre, elle présente l'aspect d'une tâche floue au niveau de l'épée d'Orion»). Sa relative proximité «en fait un laboratoire de test idéal des scenarii de formation stellaire».

Dans le cadre de l'étude ici présentée, la toute puissance de HAWK-I a été employée «pour capturer la vue la plus profonde et la plus compréhensive à ce jour de la Nébuleuse d'Orion». L'image qui en a résulté «a révélé l'existence d'une abondance élevée de naines brunes de faible luminosité et d'objets isolés de masse planétaire». Leur présence nous informe «sur l'histoire de la formation stellaire au cœur même de la nébuleuse».

Cette nouvelle image laisse penser «que la Nébuleuse d'Orion engendre probablement bien plus d'objets de faible masse que d'autres régions de formation stellaire situées à plus grande proximité de la Terre et caractérisées par une plus faible activité». Plus précisément, les recensements «du nombre d'objets de masses différentes qui se sont formés au sein de régions semblables à la Nébuleuse d'Orion», réalisés avant cette étude «afin de mieux comprendre le processus de formation stellaire», faisaient apparaître une majorité pour «des masses voisines du quart de celle de notre Soleil».

Maintenant, «la découverte, au sein de la Nébuleuse d'Orion, d'un grand nombre de nouveaux objets de masses nettement inférieures» indique «l'existence d'un second maximum, positionné à une valeur bien inférieure, sur la courbe de distribution des étoiles en fonction de leurs masses». De plus, cette étude suggère également «que le nombre d'objets de dimension planétaire doit être nettement supérieur aux estimations antérieures».

Une étude, dont les résultats intitulés «Cytosine deamination and the precipitous decline of spontaneous mutation during Earth's history» ont été publiés dans la revue PNAS, laisse penser que la température élevée des océans à l'Archéen a accéléré l'évolution de la vie.

Indiquons tout d'abord que beaucoup de scientifiques estiment que la température des océans à l'Archéen («période de l’histoire de la vie sur Terre s’étendant d’il y a environ 4 milliards d’années à 2,5 milliards d’années») était comprise entre 50 et 80 °C. Comme «la vitesse des réactions chimiques augmente avec la température selon la loi d'Arrhenius* (pour beaucoup de réactions, elle est doublée, voire plus, tous les 10 °C)», l'étude ici présentée a cherché «quelle était l’influence d’une Terre plus chaude sur le taux de mutation aléatoire de l’ADN pendant l’Archéen et même éventuellement l’Hadéen, quand les premiers océans ont commencé à apparaître avec des températures proches de 100 °C».

La vitesse de la réaction dite de désamination de la cytosine, «une des bases de l’ADN, la lettre 'C ' du code génétique», a été plus particulièrement examinée. Alors qu'une réaction de ce genre «conduit à une autre base, l’uracile, notée 'U' (qui ne se trouve que dans l'ARN)», cette étude s'est focalisée sur la désamination «donnant la thymine, le 'T' (qui se trouve dans l'ADN)», car «cette réaction ne nécessite pas de catalyseur, et peut donc se produire spontanément».

Il est alors apparu que cette vitesse de cette désamination était «très sensible à la température, de sorte qu’à la frontière entre l’Hadéen et l’Archéen, le taux de mutation de l’ADN pouvait être 4.000 fois supérieur à celui d’aujourd’hui». De plus, «en tenant compte d’un refroidissement plausible de l’eau des océans durant l’Archéen», il semble «que plus de 99 % des mutations subies par l’ADN de cette façon se soit produites pendant cette période».

Ces éléments donnent ainsi «une indication de ce qu’était l’évolution sur Terre pendant l’Archéen» et des problèmes auxquels la vie a dû faire face «car toute mutation n’est pas forcément une bonne affaire pour un organisme».

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* Loi d'Arrhenius

Une étude, dont les résultats intitulés «Imaging the water snow-line during a protostellar outburst» ont été publiés dans la revue Nature et sont disponibles sur arxiv.org, a permis, grâce aux observations du réseau ALMA, de déterminer, pour la première fois au sein d’un disque protoplanétaire, la limite eau-neige qui correspond au seuil de température en-dessous duquel l’eau du disque entourant une jeune étoile se change en neige (Notons que la première limite neigeuse du monoxyde de carbone avait été détectée par ALMA en 2013).

Rappelons tout d'abord que «les jeunes étoiles sont souvent entourées de disques de gaz et de poussière, denses et en rotation, qualifiés de protoplanétaires parce qu’en leur sein se forment les planètes». Dans ce cadre, «la chaleur issue d’une jeune étoile semblable au Soleil est telle que l’eau du disque protoplanétaire se trouve à l’état de gaz à une distance inférieure à environ 3 ua de l’étoile (ce qui représente trois fois la distance Terre-Soleil, soit 450 millions de kilomètres environ), tandis qu'à des distances supérieures «la très faible pression change les molécules d’eau gazeuse en une pellicule de glace à la surface des grains de poussière et d’autres particules»: la limite eau-neige correspond précisément «à cette région du disque protoplanétaire où se produit la transition de phase de l’eau, soit le passage de l’état gazeux à l’état solide».

L'étude ici présentée a porté sur l’étoile V883 Orionis, qui «est à peine 30% plus massive que le Soleil». Il est apparu qu'une hausse brutale de sa luminosité «a repoussé la limite eau-neige à une distance de quelque 40 ua (ce qui représente 6 milliards de kilomètres, soit approximativement le rayon de l’orbite de la planète naine Pluton dans notre Système Solaire)».

Plus précisément, «la hausse brutale de luminosité de V883 Orionis» qui s’explique «par la chute de grandes quantités de matière du disque protoplanétaire sur la surface de la jeune étoile», confère à V883 Orionis «une brillance 400 fois supérieure» que le Soleil. C'est grâce à cette forte augmentation de luminosité, «combinée à la résolution d’ALMA en mode longue base», que les «toutes premières observations de la limite eau-neige au sein d’un disque protoplanétaire» ont pu être effectuées.

Soulignons ici que «les mouvements de la neige dans l’espace revêtent un caractère essentiel dans le contexte de la formation planétaire», car «la présence de glace d’eau régule l’efficacité de la coagulation des grains de poussière» qui correspondent au premier stade de la formation planétaire: en effet, «en deçà de la limite eau-neige, là où l’eau est présente sous forme de vapeur, sont censées se former des planètes rocheuses de petite taille semblable à la nôtre», tandis qu'au-delà «la présence de glace d’eau permet la rapide formation de boules de neige cosmiques, qui éventuellement donneront lieu à la constitution de planètes massives et gazeuses telle Jupiter».

La découverte que ces explosions, «dont la survenue semble constituer une phase évolutive de la plupart des systèmes planétaires», peuvent «repousser la limite eau-neige à une distance quelque dix fois supérieure à son éloignement classique» est précieuse «pour le développement de bons modèles de formation planétaire». Ainsi, cette toute première observation par ALMA d’un phénomène qui semble être courant, apporte une information pour «une compréhension plus fine des processus de formation et d’évolution planétaires au sein de l’Univers».