L'astrophysicien Boris Stern: 3 connaissances les plus étonnantes sur l'Univers que nous ayons reçues au 21e siècle
Miscellanea / / April 27, 2023
Les cosmologistes ont déchiffré les messages que nous a envoyés le Big Bang et les astrophysiciens ont été convaincus de la véracité des prédictions d'Einstein.
Les 29 et 30 avril, la conférence "Scientifiques contre les mythes». Des experts y combattront les stéréotypes sur la vie sur Terre et dans l'espace. L'astrophysicien Boris Stern participera à la discussion "A quoi aboutissent les tentatives de compréhension de la structure de l'Univers ?".
Surtout pour Lifehacker, il a parlé de cas réussis d'exploration spatiale et de la façon dont ils ont changé le paysage scientifique et les idées sur le monde.
Boris Stern
Astrophysicien. Docteur en sciences physiques et mathématiques, chercheur principal à l'Institut de recherche nucléaire de l'Académie russe des sciences et au Centre astrospatial de la FIAN.
Au XXe siècle, une percée s'est produite dans l'étude de l'espace - les technologies se sont développées, les méthodes d'observation se sont améliorées. Si les premiers scientifiques se contentaient de télescopes, ils en ont maintenant d'autres, plus
des outils parfaits: satellites, appareils de radioastronomie, interféromètres.Grâce à cela, au cours des 20 dernières années, les découvertes les plus importantes en cosmologie et en astrophysique ont été faites: l'existence d'ondes gravitationnelles, d'exoplanètes découvertes, et enfin, l'histoire de l'univers et son contenu sont déterminés avec une haute précision. Tout cela est la connaissance la plus importante qui a élargi notre compréhension du monde qui nous entoure.
1. Il existe de nombreuses planètes où la vie est possible
«épopée exoplanétaire” a commencé en 1995, lorsque la méthode de la vitesse radiale a été appliquée pour la première fois. Grâce à lui, il était périodiquement possible d'observer un décalage des raies spectrales des étoiles en fonction de l'effet Doppler. En conséquence, une planète géante apparemment impossible avec une période orbitale de 4,2 jours a été trouvée - très proche de l'étoile 51 Pegasus.
Puis c'est devenu une sensation scientifique et les scientifiques ont commencé à chercher exoplanètes. La véritable percée dans ce domaine a eu lieu en 2009, lors du lancement du télescope Kepler.
Il travaillait déjà sur une méthode différente - le transit. Il s'agissait de "rattraper" le petit assombrissement des étoiles provoqué par le passage des planètes dans leur arrière-plan.
En conséquence, il y a eu une croissance explosive du nombre d'exoplanètes découvertes. Si avant cela il y en avait des centaines, maintenant ils se comptent par milliers.
À ce jour, parmi ceux-ci, l'existence de 5 357 a été fermement confirmée. Ce sont des planètes complètement diverses: à la fois froides et chaudes, comparables à la fois à la masse de Mercure et à la masse de 10 Jupiters. Parmi eux, très probablement, il y a ceux dont la surface est un océan continu et de la glace avec des températures extrêmement basses.
Cependant, parmi tout ce "zoo" exoplanétaire, il n'y a pratiquement pas de tels spécimens sur lesquels la vie pourrait être. Cela ne signifie pas qu'ils n'existent pas du tout. C'est juste que l'effet de sélection fonctionne ici: pour se réchauffer de la même manière que la Terre avec une étoile de la classe Soleil, ces planètes doivent avoir des orbites assez grandes - une "longue année". Pour fixer leurs transits, il faut beaucoup de temps aux stars observer. Mais Kepler n'a pas eu ce temps - il n'a travaillé que 3 ans. En même temps, même si de telles planètes étaient découvertes, il serait très difficile de prouver qu'elles ont la vie.
De plus, la vie extraterrestre est susceptible d'être différente de la Terre. Avec une forte probabilité, nous ne verrions que du mucus bactérien. Parce que sur le chemin de l'émergence de la vie à une forme hautement développée, et plus encore sa forme intelligente, il y a différents événements improbables et, très probablement, sur d'autres planètes, le processus est ralenti dans les premiers stades développement.
En ce sens, la Terre est un phénomène rare.
À l'heure actuelle, nous n'avons pas la précision des instruments pour capter de telles planètes en utilisant la méthode de la vitesse radiale, et il n'y a pas de télescopes comme Kepler pour suivre leurs transits.
Mais je pense que bientôt les moyens seront améliorés et les scientifiques commenceront à détecter les premières "Terres". Par exemple, il y a des indices que dans le système Tau Ceti - près de soleil étoile - il y a des planètes dans zone habitable.
2. Les ondes gravitationnelles existent
Selon la théorie de la relativité d'Einstein, la force de gravité est le résultat de la courbure de l'espace-temps sous l'influence de la matière, où les ondes gravitationnelles sont ses ondulations.
Des ondes gravitationnelles se forment à la suite de la fusion trous noirs ou des étoiles à neutrons - c'est-à-dire des objets massifs. Près d'eux, l'espace se rétrécit et s'agrandit de 10% ou plus, et avec lui, tout objet qu'il contient. Nous obtenons de minuscules ondulations, qui sont très difficiles à enregistrer.
Lorsqu'Einstein a formulé la théorie de la relativité, les scientifiques ont entamé une longue et infructueuse tentative de détection expérimentale des ondes gravitationnelles.
La première méthode raisonnable proposée soviétique scientifiques: Vladislav Pustovoit et Mikhail Gertsenstein. Dans les années 1960, ils écrivent un article proposant la création d'un détecteur d'ondes gravitationnelles sous la forme d'un interféromètre laser.
Le principe de son travail était le suivant :
- Deux miroirs sont distants de plusieurs kilomètres l'un de l'autre.
- Le faisceau laser d'interférence mesure avec précision la distance qui les sépare.
- S'il commence à changer, cela peut être dû à l'influence des ondes gravitationnelles.
L'idée est simple, mais sa mise en œuvre s'est avérée être associée à de nombreuses difficultés. Le fait est que la précision avec laquelle il est nécessaire de mesurer le changement de distance entre les miroirs est des dizaines de milliers de fois inférieure à la taille d'un proton dans un noyau atomique. Pour ce faire, vous avez besoin d'un faisceau laser puissant, d'un aspirateur, d'une configuration de détecteur unique.
Il a fallu plusieurs décennies pour réaliser tout cela. En conséquence, en 2015, des scientifiques américains ont réussi à le faire. Ils avaient deux détecteurs, qui enregistraient le signal des ondes gravitationnelles, et leurs résultats coïncidaient à la fois entre eux et avec les calculs théoriques.
Il n'y a plus de doute: les ondes gravitationnelles existent.
La théorie générale de la relativité, belle dès le début, a été confirmée dans la pratique. Il était très important de montrer à tous les sceptiques: regardez comme cela fonctionne puissamment.
Depuis, le nombre d'enregistrements d'ondes gravitationnelles a dépassé la centaine. Les scientifiques accumulent des statistiques et développent également un projet d'interféromètre ultra-sensible pouvant être utilisé dans l'espace.
3. Fond de micro-ondes - un manuel sur l'histoire de l'univers
Le fond micro-onde est la lumière qui s'est formée au cours des premières centaines de milliers d'années après le Big Bang. Il nous est parvenu sous la forme d'ondes radio courtes - une fraction de centimètre de taille.
D'où vient cette lumière? Dans les premiers instants de sa vie, l'Univers était dense, chaud et extrêmement ionisé - c'est-à-dire que les noyaux des atomes étaient séparés des électrons. Ce n'est qu'après 380 000 ans qu'ils se sont «faits des amis» et ont formé des atomes neutres. Pour cette raison, l'interaction de la lumière avec de nouvelles substances a radicalement changé. Les photons ont volé dans toutes les directions, sont devenus moins énergétiques à mesure que leur longueur d'onde s'étirait avec l'expansion de l'univers. C'est ainsi que la lumière du Big Bang nous est parvenue.
Au 20e siècle, des études sur le fond micro-onde ont commencé. Dans les années 1990, la sensibilité des instruments a tellement augmenté que ses taches et ses irrégularités sont devenues perceptibles.
Dans les années 2000, un puissant détecteur de rayonnement micro-ondes WMAP a été lancé dans l'espace, qui a pris une carte de ce rayonnement d'environ ciel en bonne résolution.
Grâce à elle, la distribution de contraste des spots a été construite en fonction de leur taille, elle avait des pics et des creux. Un tel phénomène s'appelle les oscillations de Sakharov - il a été décrit pour la première fois par le physicien soviétique Andrei Dmitrievitch Sakharov.
Le rapport de ces pics et creux montre exactement à quoi ressemblait l'univers primitif et décrit également ses propriétés.
Nous connaissons maintenant exactement la chronologie des événements depuis les premières minuscules fractions de secondes après le Big Bang jusqu'à nos jours. Je crois qu'il s'agit de la réalisation la plus importante du XXIe siècle.
Malheureusement, cette recherche est au point mort. Après l'expérience WMAP, le satellite Planck a été lancé avec un système plus avancé four micro onde télescope. Il a obtenu des données qui manquaient, mais n'a apporté aucune découverte fondamentalement nouvelle.
La cosmologie a épuisé les possibilités de la méthode de mesure du rayonnement relique. Il est donc très difficile d'avancer. Mais c'est naturel: après la révolution, un plateau apparaît. Les nouvelles percées devront attendre.
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