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Une étude, dont les résultats intitulés «Helium in the eroding atmosphere of an exoplanet» sont publiés dans la revue Nature, rapporte la découverte, grâce au télescope spatial Hubble, de preuves de gaz inerte sur l’exoplanète WASP-107b (*) de type super-Neptune située à 200 années-lumière de la Terre dans la constellation de la Vierge. Plus précisément, les observations de cette exoplanète, qui n’a été détectée qu’en 2017, révèlent la présence d'une abondance d’hélium dans sa haute atmosphère.
Rappelons tout d'abord que «WASP-107b est une exoplanète de très faible densité similaire à Jupiter, mais avec seulement 12 % de sa masse». Son orbite de 6 jours autour de WASP-107 (TYC 5530-1795-1) son étoile (**), fait qu'elle «possède l’une des atmosphères les plus froides de toutes les exoplanètes découvertes même si c’est relatif par rapport à la Terre puisqu’on parle d’une température avoisinant les 500 degrés Celsius».
L'analyse du spectre de la lumière «qui traverse la partie supérieure de l’atmosphère de l’exoplanète» a permis d'identifier «la présence d’hélium dans un état excité». La force du signal d’hélium amène à penser «que la haute atmosphère de l’exoplanète s’étend sur des dizaines de milliers de kilomètres dans l’espace». Alors que l'hélium qui «est le deuxième élément le plus commun dans l’univers» était potentiellement «l’un des gaz les plus faciles à détecter sur les exoplanètes géantes», cette étude est la première à confirmer sa présence.
En fait, dans le cadre de ces observations, «une nouvelle technique qui ne repose pas sur les mesures ultraviolettes, qui ont été historiquement utilisées» pour analyser les atmosphères d'exoplanètes supérieures, a été exploitée: ainsi, cette nouvelle technique, «qui utilise la lumière infrarouge», pourrait «ouvrir de nouvelles voies pour explorer les atmosphères de plus d’exoplanètes de la taille de la Terre».
Lien externe complémentaire (source Encyclopédie extrasolaire)
(*) WASP-107 b
Lien externe complémentaire (source Simbad)
(**) WASP-107 (TYC 5530-1795-1)
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Une étude, dont les résultats intitulés «Wandering Supermassive Black Holes in Milky Way Mass Halos» sont publiés dans la revue The Astrophysical Journal Letters et sont disponibles en pdf, laisse penser, à partir d'une simulation numérique spécialisée dans la formation des trous noirs supermassifs, que de grandes galaxies comme la nôtre pourraient posséder de quatre à vingt trous noirs supermassifs dans un rayon d'environ un million d'années-lumière.
La simulation numérique en question, baptisée Romulus, montre que les fusions entre galaxies ne conduisent pas toutes à des fusions de trous noirs, car certains des trous noirs géants peuvent se retrouver «sur des orbites dans le halo galactique autour du centre des galaxies». De la sorte, il pourrait y avoir «de deux à huit trous noirs supermassifs dans un rayon de 30.000 années-lumière autour du centre de la Voie lactée», des trous noirs supermassifs nomades qui «pourraient rester dans le halo pendant quelques milliards d'années».
Si ces trous noirs n'ont pas encore été détectés jusqu'ici, ce serait parce qu'ils ne sont pas entourés «d'assez de gaz pour produire par accrétion du rayonnement facilement détectable». De plus, «ils ne seraient pas «suffisamment nombreux pour être facilement détectables par effet de lentilles gravitationnelles».
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Une étude, dont les résultats intitulés «Gas and seismicity within the Istanbul seismic gap» ont été publiés dans la revue Scientific Reports, a permis de montrer que, dans la région d'Istanbul, de nombreux séismes de faible magnitude se produisent au large, dans la partie ouest de la Mer de Marmara, dans des couches sédimentaires riches en gaz, ce qui suggère que les processus liés au gaz devraient être aussi envisagés pour une interprétation complète de la micro-sismicité.
Rappelons tout d'abord que la compréhension de la micro-sismicité «est une question cruciale pour l'évaluation des aléas sismiques»: en particulier, «cette problématique est particulièrement critique pour la région d'Istanbul, située le long de la Faille Nord-Anatolienne, et dont la population (plus de 15 millions d'habitants) est fortement exposée au risque sismique».
Dans ce contexte, soulignons ici qu'à «l’exception de quelques sites particuliers, au Japon et sur la côte Ouest du Canada, les stations d’observation sont disposées à terre, loin des zones où les processus sont actifs». Cependant, il faut noter que, par exemple, dans la zone Euro-Méditerranéenne, «les deux séismes les plus forts des trois derniers siècles se sont produits en mer et ont été suivis de tsunamis dévastateurs: au large de Lisbonne, en 1755 et au large de Messine, en 1908». De ce fait, «si nous voulons progresser de manière significative», comme «les réseaux à terre ne suffisent pas, il est nécessaire de développer une approche spécifique 'fond de mer'».
Une catastrophe récente permet de prendre conscience de la dimension des enjeux: en 1999, en Turquie, «la faille Nord-Anatolienne rompt par deux fois, faisant plus de 20000 victimes, dans les régions d’Izmit et de Düzce, villes proches d’Istanbul». Comme «la région d’Istanbul, peuplée de 15 millions d’habitants, peut, elle aussi, connaître le même sort, si des séismes équivalents venaient à se produire en Mer de Marmara, le long du segment immergé de la Faille Nord-Anatolienne», des décisions ont alors été prises: «des investissements considérables ont été consentis; de nouveaux codes de construction ont été établis; des programmes de renforcement du bâti existant ont été mis en place».
En outre, «des réseaux denses de surveillance sismologique ont été déployés à terre, sur tout le pourtour de la Mer de Marmara, pour l'alerte précoce et pour mieux comprendre le fonctionnement de la faille sous-marine», mais, avec des stations à terre («situées à plus de 20 kilomètres de la faille dans la partie ouest»), «il est impossible de déterminer avec précision la profondeur des séismes, surtout lorsque ceux-ci sont peu profonds et de faible magnitude».
Pour sa part, l'étude ici présentée, qui s'appuie «sur des déploiements temporaires d'instruments en mer réalisés dans le cadre du projet d'infrastructure européenne EMSO, montre «que bon nombre des petits séismes en Mer de Marmara se produisent dans les bassins sédimentaires chargés en gaz»: si la présence de gaz était connue (elle «s'est entre autres traduite par des émissions dans la colonne d'eau lors du séisme de 1999»), le lien avec la localisation des répliques n’avait pas été établi).
Bien qu'il soit «trop tôt à ce stade pour dire ce que ces résultats changent pour l’évaluation de l’aléa sismique dans la région d’Istanbul», il est certain qu'il «faut améliorer la précision des localisations et préciser le rôle du gaz si on veut correctement interpréter les données», ce qui implique d'investir «sur des réseaux sous-marins permanents de surveillance afin d'observer simultanément l'activité sismique, les émissions de fluides et les mouvements géodésiques».
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Une étude, dont les résultats intitulés «Why natural monazite never becomes amorphous: Experimental evidence for alpha self-healing » ont été publiés dans la revue American Mineralogist et sont disponibles en pdf, a permis d’expliquer l’apparente résistance à l’irradiation de la monazite, un minéral naturellement très radioactif puisqu'elle a démontré expérimentalement, pour la première fois, l’existence d’un mécanisme d’auto-cicatrisation des défauts dans la monazite. Appelé recuit-alpha, ce mécanisme permet en fin de compte d’expliquer pourquoi, indépendamment de son histoire thermique, la monazite n'est jamais à l’état amorphe dans la nature.
Rappelons tout d'abord que, dans la nature, «certains minéraux cristallisent en incorporant diverses proportions d’uranium et de thorium»: l'importance de ces minéraux radioactifs, dont les plus connus sont le zircon et la monazite, est considérable en sciences de la Terre car «ils permettent, entre autre, de dater les roches qui les contiennent (radiochronologie U-Th-Pb) et d’apporter des contraintes sur leur histoire thermique (thermochronologie , traces de fission et U-Th/He)».
Pour sa part, la monazite (APO4, A = LREE, Th, U, Ca) est aussi «étudiée comme matrice pour l'immobilisation du plutonium et des actinides mineurs (MA) issus du retraitement du combustible nucléaire» en raison «de sa grande flexibilité structurale permettant l’incorporation de fortes concentrations d'actinides, de sa durabilité chimique élevée, et de son apparente résistance aux fortes doses d’irradiation».
Précisons ici que l’uranium et le thorium se désintègrent (désintégrations alpha) au cours du temps «en libérant particules alpha (4-8 MeV) et noyaux de recul (70-165 keV)» dont l'énergie cinétique «est déposée dans le matériau par deux processus distincts, balistique et électronique»: «le processus balistique correspond aux collisions élastiques entre les noyaux atomiques, et le processus électronique à des excitations et des ionisations entraînant une augmentation de la température dans le matériau». En fait, «l'essentiel des déplacements atomiques pouvant aboutir à l’amorphisation du réseau cristallin (i.e. destruction) sont le fait des cascades de collision provoquées par les noyaux de recul».
Alors que «des études antérieures sur les monazites naturelles ainsi que sur des monazites synthétiques dopées au plutonium ont montré la capacité de cette structure à maintenir un état cristallin malgré des niveaux élevés d'endommagement par irradiation (avec des doses jusqu’à 2 ordres de grandeur plus élevées que pour le zircon, qui lui est généralement à l’état amorphe)», jusqu'ici, «la raison de cette apparente résistance est restée une énigme», car «même si la très forte propension à la recristallisation de la monazite a été démontrée» («températures critique d’amorphisation et de recristallisation très basses, respectivement 180 et 300°C environ»), elle «ne suffit pas à expliquer pourquoi les monazites naturelles, indépendamment de leur histoire géologique, restent à l’état cristallin» alors qu'elles «n’ont pas connu d'événement thermique pouvant guérir leurs défauts».
Dans ce contexte, l'étude ici présentée rapporte des expériences réalisées à température ambiante, qui ont consisté a irradier «séquentiellement et simultanément avec des ions hélium (He) et des ions or (Au)» des polycristaux synthétiques de monazite (LaPO4). Ce choix s'explique par le fait que «l'utilisation d'ions Au2+ à 1,5 MeV permet de simuler la perte d'énergie nucléaire du noyau de recul» et que «les ions He+ à 160 keV simulent la perte d'énergie électronique libérée lors de l’éjection de la particule alpha dans une désintégration alpha».
Au bout du compte, «ces expériences démontrent pour la première fois dans la monazite, l'existence d’un mécanisme de cicatrisation des défauts indépendant de la température, appelé recuit-alpha, déjà démontré dans l’apatite». De la sorte, l'auto-irradiation de la monazite est «une compétition entre la création de défauts résultant des processus balistiques induits par les noyaux de recul, et la cicatrisation de ces défauts grâce au dépôt d’énergie électronique libérée par les particules alpha, et suffisante pour empêcher son amorphisation».
En conséquence, ce mécanisme de recuit-alpha, qui «permet enfin d’expliquer pourquoi la monazite n'est jamais amorphe dans la nature, indépendamment de son histoire thermique», est «d’importance en particulier en géochronologie et thermochronologie, puisqu’il implique, par exemple, que la température n’est pas l’unique paramètre à considérer pour le recuit des traces de fission, ou pour les interprétations U-Th/He faisant appel aux coefficients de diffusion, fortement dépendant de l’état structural du minéral».
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Une étude, dont les résultats intitulés «Saturn's formation and early evolution at the origin of Jupiter's massive moons» sont publiés dans la revue The Astrophysical Journal et disponibles en pdf, indique que la formation de Saturne a permis d’implanter une quantité considérable de planétésimaux dans le disque entourant Jupiter, permettant ainsi la formation de quatre lunes massives (Io, Europe, Ganymède et Callisto). Elle montre aussi que certains planétésimaux dispersés par Saturne se sont également retrouvés implantés dans la ceinture principale d’astéroïdes, expliquant ainsi pourquoi beaucoup d’entre eux sont riches en glace.
Rappelons tout d'abord que, dans les derniers instants de sa formation, «une planète géante telle que Jupiter est assez massive pour nettoyer son orbite et creuser un sillon dans le gaz de la nébuleuse protosolaire», ce qui rend difficile l'explication de «la formation de lunes massives comme les satellites Galiléens car le disque entourant Jupiter se trouve privé des principales sources d’approvisionnement en matériaux solides qui sont nécessaires à la construction des lunes».
Dans ce contexte, à partir de simulations numériques, l'étude ici présentée a pu mettre en évidence le rôle crucial joué par la formation de Saturne «dans l’apport de corps solides dans le disque entourant Jupiter, permettant ainsi la formation des satellites Galiléens», car il est apparu «que Saturne disperse les planétésimaux qui l’entourent, et que certains d’entre eux sont finalement capturés dans le disque entourant Jupiter».
En outre, les simulations ont révélé «que des planétésimaux sont envoyés vers le système solaire interne, dans la région de formation des planètes telluriques et la ceinture d’astéroïdes». De ce fait, ces objets, qui ont «pu jouer un rôle dans l’apport d’eau sur Terre», expliqueraient «la présence de certains astéroïdes riches en eau dans la ceinture principale sans pour autant invoquer une migration importante de Jupiter».
En conséquence, «si le scénario proposé s’avère correct, les satellites Galiléens pourraient posséder des signatures isotopiques semblables à celles de certaines météorites primitives collectées sur Terre de sorte que ces signatures pourraient être mesurées par de futures missions d’exploration du système jovien telles que la mission JUICE de l’ESA ou Europa-Clipper de la NASA».
Par ailleurs, ce scénario suggère «que la présence de satellites massifs autour d’une planète serait liée à l’existence d’autres planètes dans le système, une donnée importante à prendre en compte dans la recherche d’analogues aux Galiléens dans les systèmes extrasolaires».
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