La sélection scientifique de la semaine (numéro 147)

- Un étrange objet mis en orbite par la Russie agite le monde du spatial et les militaires : s’agit-il d’un simple résidu de lanceur, d’un prototype destiné à collecter les débris présents dans l’espace ou d’un tueur de satellites … Continuer la lecture

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Les mystérieux alignements de trous noirs géants

eso1438a.jpg
Les quasars formés autour de trous noirs supermassifs au centre d’un groupe de galaxies tournent sur des axes alignés entre eux sur des distances de milliards d’années-lumière   eso1438a.jpgLe Very Large Telescope (VLT), structure européenne implantée au Chili, a permis à une équipe d’astronomes menée par Damien Hutsemékers, de l’université de Liège (Belgique), de remarquer un phénomène mystérieux, qui fait l’objet d’une étude publiée dans le journal “Astronomy & Astrophysics”. En effet, les chercheurs ont observé que les axes de rotation d’un échantillon de quasars étaient  parallèles les uns aux autres dans ce qui constitue de larges structures s’étendant sur des distances colossales. Cela ne peut être un hasard : la probabilité pour que cet effet se produise aléatoirement est estimée à 1%. Mais qu’est-ce donc qu’un quasar ? Au centre des galaxies, il y a d’énormes trous noirs, que l’on qualifie de “supermassifs”. Ces trous noirs attirent la matière qui se trouve autour, et celle-ci forme un gigantesque disque (nommé disque d’accrétion). La région la plus compacte autour du trou noir est ce que l’on nomme un quasar, l’une des sources lumineuses les plus importantes de l’univers, souvent plus brillante que tout le reste de leur galaxie. Ces disques de matières chaudes autour du trou noir éjectent également de longs jets le long de leur axe de rotation. Les quasars observés appartiennent à un groupe de galaxies anciennes, qui date d’une époque où l’univers n’avait que le tiers de son âge actuel (soit un peu plus de quatre milliards d’années). Rappelons que c’est la distance qui nous projette ainsi dans le temps : ces galaxies sont si lointaines que la lumière met des milliards d’années à nous parvenir, ce qui nous permet de voir des éléments qui se sont produits à une époque reculée. “La première chose étrange que nous avons remarquée c’est que certains axes de rotation de ces quasars étaient alignés les uns avec les autres, malgré le fait que ces quasars étaient séparés par des milliards d’années-lumière”, explique Damien Hutsemékers. L’équipe s’est donc penchée sur le problème et a tenté de déterminer si ces alignements n’étaient pas en rapport avec des structures de l’univers à une plus grande échelle. Il faut en effet savoir que les galaxies forment des groupes, puis des “super-groupes”, tout cela étant relié par des sortes de filaments formant ce qui a été baptisé la “toile cosmique“. La conclusion de l’équipe est que les axes de rotation des quasars sont très probablement parallèles aux structures à grande échelle dans lesquelles ils se trouvent. Si un quasar se situe dans un filament, alors l’axe de rotation du trou noir central va pointer dans la direction du filament. “Une corrélation entre l’orientation des quasars et la structure à laquelle ils appartiennent est une prédiction importante des modèles numériques de l’évolution de notre univers,” explique Dominique Sluse, co-auteur de l’étude. “Nos données fournissent les premières confirmations observées de cet effet, sur des échelles beaucoup plus large que celles qui avaient été observées jusqu’ici pour des galaxies normales.“ “Ces nouvelles données, sur des échelles bien plus grandes que celles prédites par les simulations, pourraient être un indice qu’il y a un ingrédient manquant dans nos modèles actuels du cosmos,” affirme le Dr. Sluse.   Crédit image : vue d’artiste des alignements d’axes de rotation des quasars (ESO/M. Kornmesser) Continue reading

Semarkona : la météorite magnétique qui fait comprendre l’origine des planètes

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chondrules
Les mesures les plus précises à ce jour du champ magnétique qui existait il y a plus de 4 milliards d’années dans notre système solaire viennent d’être rapportées dans un article paru dans la revue américaine Science. C’est en étudiant de très près une météorite particulière que l’équipe menée par Roger Fu, du Massachussets institute of Technology, a pu mesurer l’aspect qu’avait le champ magnétique dans le système solaire primordial. Une première.


Vue d’artiste de chondrites dans le champ magnétique du
système solaire primordial (MIT Paleomagnetism Laboratory)
La météorite exploitée pour cette mesure assez incroyable est ce qu’on appelle une chondrite, qui est en fait un débris d’astéroïde produit par de multiples collisions, et qui s’est retrouvée par hasard dans l’orbite de la Terre et y est tombé le 26 octobre 1940. La météorite que Roger Fu et son équipe ont exploitée s’appelle Semarkona, elle doit son nom à l’endroit où elle est tombée, dans le Madhya Pradesh en Inde. Elle pèse exactement 691 grammes. 
Ces météorites sont restées telles qu’elles étaient depuis leur formation au tout début de la naissance du système solaire. Elles sont constituées de nombreux petits grains, appelés des chondrules, qui font une taille de l’ordre d’un millimètre de diamètre.

Les chondrules sous forme cristalline, eux-mêmes, se sont formés par fusion de grains rocheux lors de collisions dans la nébuleuse solaire, ce nuage de gaz poussiéreux qui entourait le soleil tout juste après son allumage. Et le point crucial ici, c’est que ces chondrules contiennent des minéraux à base de fer, qui se sont retrouvés naturellement magnétisés par le champ magnétique présent dans le nuage de gaz au moment de la formation de ces chondrules, qui devinrent alors des sortes de petits aimants. Une fois refroidis et cristallisés, l’empreinte du champ magnétique est donc restée figée à jamais, jusqu’à ce qu’un morceau de chondrite vienne s’écraser sur la Terre quelques milliards d’années après…
Les chercheurs ont réussi à mesurer la valeur du champ magnétique « emprisonné » dans les grains de chondrule et ils trouvent une valeur de 54 microTesla.
Cette mesure de champ magnétique n’est pas intéressante que pour elle-même ou l’exploit qu’elle représente. Elle permet aussi (et surtout) indirectement de comprendre comment se sont formés les premiers blocs rocheux du système solaire, les ancêtres de nos planètes.
La météorite Semarkona (Open University)

Steve Desch, co-auteur de l’étude, explique que pour produire de tels chondrules magnétisés par fusion, des ondes de choc devaient être présentes à travers la nébuleuse solaire, avec un champ magnétique de fond à cette époque-là qui devait se trouver compris entre 5 et 50 microTesla, en fonction de l’intensité des ondes de choc.
Cette explication est préférée à d’autres alternatives car si par exemple la magnétisation des grains était due au  passage de l’astéroïde initial dans une zone d’éruption magnétique solaire, cela aurait produit un champ magnétique « gelé » dans la chondrite beaucoup plus intense que celui qui a été observé dans Semarkona.

Cette mesure est la première mesure aussi précise et robuste du champ magnétique qui existait au début de notre système solaire. On le voit, elle permet en outre de contraindre les modèles de formation des premiers corps rocheux du système solaire à une époque très lointaine, où le système solaire ne ressemblait encore qu’à un vaste disque de cailloux et de poussières…

Source : 
Solar nebula magnetic fields recorded in the Semarkona meteorite
R.Fu et al. 
Science, 13 November 2014
http://drericsimon.blogspot.com
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Découverte d’une Rotation Asymétrique d’Uranus

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Uranus with rings and satellites annotated
Longtemps vu comme l’une des régions les plus calmes de toutes les planètes géantes gazeuses, l’hémisphère Sud d’Uranus se révèle en fait être le lieu de nombreux phénomènes atmosphériques jamais vus auparavant, indiquant l’existence de processus inhabituels dans les couches internes de la planète.


Visualisation d’Uranus avec ses anneaux et ses satellites… et ses nuages
au pôle Sud, en fausses couleurs (University of Arizona)
C’est en réanalysant des images d’Uranus prises il y a 28 ans par la sonde Voyager 2, que l’astronome américain Erich Karkoschka, de l’université d’Arizona, a réussi à mettre en évidence des structures jusque-là invisibles, qui révèlent des structures de rotation étranges et inattendues. Cette découverte jette un regard nouveau sur les structures internes des planètes gazeuses géantes, non seulement sur le cas particulier d’Uranus mais valable aussi pour tout type de planète ou exoplanète gazeuse.

Lorsque Voyager-2 survola Uranus en janvier 1986, les images qu’elle nous envoya montrèrent un disque bleu pâle, sur lequel aucun détail ne pouvait être distingué, a contrario des images fabuleuses obtenues sur Jupiter ou Saturne et plus tard Neptune. On n’y voyait pas plus de 8 structures très faibles, toutes situées dans l’hémisphère sud. Et parmi ces structures atmosphériques, une seule était localisée dans la moitié la plus australe de l’hémisphère sud. Et ni le télescope Hubble ni d’autres télescopes ne permirent de déceler d’autres détails sur Uranus… La moitié la plus au sud de l’hémisphère sud d’Uranus semblait être la zone la plus calme de tout le système solaire.
Les travaux que Erich Karkoschka a présentés cette semaine lors de la réunion de l’American Astronomical Association à Tucson au Texas ont été obtenus grâce à l’analyse très fine, par de nouveaux algorithmes de reconnaissance de forme, des images de Voyager-2. Il a pu ainsi découvrir des dizaines de petites structures nuageuses qui avaient un contraste extrêmement faible. Erich Karkoscka avait connu un succès semblable lorsqu’il avait réanalysé les images du voisinage d’Uranus 13 ans après le passage de Voyager-2 et avait découvert un nouveau satellite, Perdita. Le planétologue s’amuse en précisant que la mémoire d’ordinateur nécessaire pour traiter les 1600 images d’Uranus n’était pas disponible à l’époque la mission et ne pouvait même pas être imaginée. Aujourd’hui, ces travaux peuvent être menés pour une fraction infime du coût d’une mission spatiale.

Uranus imagée par Voyager-2 en 1986
(NASA)
Après ces traitements d’images élaborés où le contraste a dû être réhaussé d’un facteur 300 par rapport à l’original, on parvient à voir nettement ce qui ressemble à des nuages convectifs qui seraient causés par des phénomènes de condensation. Certaines structures ressemblent à des nuages qui s’étendent sur plusieurs centaines de kilomètres. Mais c’est la rotation de l’ensemble qui est très étonnante. Les mouvements des nuages, qui suivent les vents, se développent soit vers l’Est, soit vers l’Ouest avec une vitesse qui dépend de la latitude. Et connaître la période de rotation à chaque latitude permet alors de connaître toute la circulation atmosphérique de la planète.
C’est à Giovanni Cassini que l’on doit les premières mesures de rotation d’une planète géante, lorsqu’il suivit le mouvement de la Grande Tache Rouge sur Jupiter en 1665. Depuis lors, les astronomes ont pu déterminer la totalité des structures rotationnelles de Jupiter et Saturne, mais seulement 75% pour Uranus et Neptune. Grâce à Karkoschka, on peut désormais monter le pourcentage d’Uranus à 100%.
Le phénomène étonnant qui est mis en évidence par Karkoschka, c’est que la rotation d’Uranus paraît asymétrique, alors que toutes les autres planètes ont une rotation identique dans leurs deux hémisphères. Ce n’est pas le cas sur Uranus : les latitudes Sud ont une rotation 15% plus rapide que les latitudes Nord…

Ce résultat défie bien sûr toutes les théories sur les atmosphères de planètes gazeuses. Erich Karkoschka précise : « La rotation inhabituelle des hautes latitudes australes d’Uranus est certainement due à une structure inhabituelle à l’intérieur d’Uranus. Bien que la nature de cette structure et son interaction avec l’atmosphère ne sont pas encore  connues, l’observation de cette rotation anormale laisse présager que l’on peut apprendre des choses sur l’intérieur des planètes gazeuses par ce moyen. »
Credit : Erich Karkoschka/University of Arizona

Sonder l’intérieur des planètes gazeuses est un réel challenge. Peu de données existent aujourd’hui. Les rares techniques qui permettent d’obtenir quelques informations sont des observations d’ondes radio, qui ont mis en évidence la rotation du champ magnétique, qui traduit probablement une rotation de leur cœur interne. D’autres mesures ont essayé d’exploiter les champs gravitationnels, mais sans résultats très probants. Les mesures de rotation atmosphériques telles que celles de Karkoschka pourrait donc permettre d’avancer en améliorant les modèles.

Il faut se rappeler aussi qu’Uranus n’est pas tout à fait comme les autres planètes du système solaire : son axe de rotation est renversé presque à 90° par rapport à l’orthogonale au plan de l’écliptique. Cela signifie que chacun de ces pôles pointe directement vers le soleil durant plusieurs dizaines d’années, la période d’Uranus autour du Soleil étant de 85 ans. Le pôle Sud d’Uranus est ainsi entré en 2007 dans une longue nuit de 43 ans, désormais invisible depuis la Terre, en attendant la prochaine sonde spatiale…
Source : 
University of Arizona
http://drericsimon.blogspot.com
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Jupiter : Pourquoi la Grande Tache Rouge est-elle Rouge ?

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jupiter grande tache rouge
La couleur rouge de la Grande Tache Rouge de Jupiter a très probablement pour origine une dissociation de molécules par l’activité du rayonnement solaire sur la haute atmosphère jovienne. C’est ce qu’annonce une équipe américaine dans une nouvelle analyse rendue publique cette semaine lors d’une réunion de l’American Astronomical Association à Tucson dans l’Arizona.
Ce résultat contredit l’opinion générale sur la nature de la Grande Tache Rouge, selon laquelle la couleur rouge serait due à des nuages situés à plus basse altitude, qui seraient transportés dans les couches supérieures par le cyclone.

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Kevin Baines, Bob Carlson et Tom Momary du Jet Propulsion Laboratory, ont exploité des données acquises par la sonde Cassini il y a 14 ans lors de son passage rapproché près de Jupiter lorsqu’elle était en route vers Saturne, ainsi que des expériences de chimie effectuées en laboratoire.

Au laboratoire, les chercheurs ont exposé des gaz d’ammoniac et d’acéthylène à un intense flux de rayonnement ultra-violet, afin de simuler ce qui se passe à très haute altitude sur Jupiter. Ils sont parvenus à produire un composé chimique rouge, qu’ils ont pu comparer avec ce qu’avait pu être observé par l’instrument VIMS (Visible and Infrared Mapping Spectrometer) de la sonde Cassini. Ils trouvent que les propriétés optiques de leur mélange sont tout à fait similaires à un modèle de grande tache rouge dans lequel le gaz rouge est confiné dans les plus hautes couches atmosphériques du cyclone géant.
Les chercheurs américains précisent que les nuages situés juste en dessous de cette couche au sein de la grande tache, non exposés aux UV, sont probablement dans les teintes grises ou blanches.

Jupiter est composée presque exclusivement d’hydrogène et d’hélium, mais possède aussi quelques autres composés chimiques. Parmi ces composés, on trouve l’ammoniac, l’hydrosulfate d’ammoniac et l’eau. L’hydrosulfate d’ammoniac est le composant d’une des principales couches nuageuses Joviennes. Baines et ses collègues avaient donc tout d’abord pensé que la couleur rouge pouvait provenir d’une photodissociation de cette molécule. Mais leur expérience en laboratoire sur ce gaz a produit non pas un composé rouge mais un composé d’un très beau vert… Ce résultat négatif les a donc poussé à se tourner vers des composés chimiques plus simples, comme des mélanges d’ammoniac et d’hydrocarbures, qui sont aussi rencontrés communément dans les hautes altitudes de Jupiter.
La Grande Tache Rouge (NASA/JPL/Caltech/Space Science Institute)
C’est en irradiant aux UV un mélange d’ammoniac et d’acéthylène que Baines et al. ont obtenus leur meilleur résultat, celui qui collait parfaitement aux données de la sonde Cassini.
Pour expliquer pourquoi la couleur rouge sur Jupiter n’est observée que dans la Grande Tache Rouge et quelques taches plus petites, les planétologues répondent que l’altitude joue un rôle-clé : la Grande Tache est extrêmement haute, elle atteint une altitude beaucoup plus élevée que n’importe quel autre nuage de Jupiter. Les vents du cyclone emportent des particules de glace d’ammoniac bien plus haut que d’habitude et les exposent alors à un flux de rayons ultra-violet bien plus élevé. De plus, le vortex du cyclone confine les particules, ce qui renforce d’avantage la production de ces composés rouges. 
Quant aux autres teintes visibles sur Jupiter, allant de l’orange à l’ocre en passant par le marron ou le beige, Baines explique qu’il s’agit de zones où les nuages élevés sont beaucoup plus fins que ce qui existe au niveau du grand cyclone, et cette faible épaisseur permet de voir de grandes profondeurs atmosphériques où existent des composés chimiques très colorés. 

Il était temps que l’on comprenne comment s’est formé cet œil de Jupiter, comme on l’appelle parfois, cette Grande Tache Rouge qui est observée depuis près de 400 ans, car elle est en train de rétrécir à vue d’œil justement. La Grande Tache Rouge est en train de disparaître, mais un nouveau cyclone du même type est en train lui de grossir… Le rouge sera encore présent sur Jupiter pour au moins un siècle…


Source :
http://www.jpl.nasa.gov/news/

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Comète Siding Spring + Mars : Premiers résultats d’analyses

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sidingspring_satellites
C’était le 19 octobre dernier, la comète Siding Spring frôlait Mars sous les yeux très proches de plusieurs sondes en orbite autour de la planète rouge. Les scientifiques opérant ces sondes initialement dédiées à l’étude de Mars avaient bien sûr profité de cette occasion rarissime pour étudier la comète et ses interactions avec l’atmosphère martienne. Les premiers résultats viennent d’être rendus publics par les équipes américaines exploitant la sonde MAVEN.


En fait, les trois sondes MAVEN, MRO et Mars Express ont toutes les trois pu observer comment la comète a introduit de grandes quantités d’ions (des atomes ionisés) dans l’atmosphère de Mars, où plutôt son ionosphère, là où se concentre les couches de gaz ionisé.

Vue d’artiste de Siding Spring approchant Mars avec les sondes à l’affût
(NASA/JPL)
Siding Spring est passé à seulement 139500 km de Mars et sa queue a impacté l’atmosphère de la planète rouge. Se faisant, elle a produit dans l’atmosphère une pluie d’étoiles filantes monumentale comme les martiens n’en avaient pas vue depuis bien longtemps. Le nombre de météores a été évalué à de l’ordre de 1000 par heure…
Rétrospectivement, les scientifiques qui opèrent les sondes en orbite autour de Mars se réjouissent d’avoir modifié leurs trajectoires pour leur éviter de se trouver pile dans la queue de la comète… et pour pouvoir analyser plein de choses.
MAVEN a été exploité via son instrument IUS (Imaging Ultraviolet Spectrograph) qui a pu observer une émission intense d’ions de magnésium et de fer juste après la pluie de météores. Cette émission ultraviolet a dominé tout le spectre UV de Mars durant plusieurs heures avant de se dissiper lentement dans les deux jours suivants.
Un autre instrument de MAVEN, le NGIMS (Neutral Gas and Ion Mass Spectrometer) a permis de déterminer la composition d’une bonne partie de la poussière ayant impacté Mars. Huit types d’atomes ionisés ont été détectés, notamment du sodium, du magnésium et du fer. Cette mesure est la toute première mesure directe de la composition de la poussière d’une comète venant du nuage d’Oort.
La sonde européenne Mars Express, quant à elle, à observé une énorme augmentation de la densité d’électrons juste après l’approche la plus faible de la comète. C’est l’instrument MARSIS (Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionospheric Sounding) qui a produit cette mesure. Ce pic d’ionisation dans l’atmosphère martienne a eu lieu à une altitude sensiblement plus basse que celle du maximum d’ionisation habituellement observé. Ce pic d’ionisation semble directement lié aux fines particules cométaires qui se désintégraient en brûlant dans l’atmosphère de Mars.

Ensuite, l’instrument SHARAD (Shallow Subsurface Radar) de la sonde MRO a lui aussi mis en évidence l’effet de la comète sur l’ionosphère en montrant que la denstié d’électrons produite dans l’ionosphère était supérieure à entre 5 et 10 fois la normale.
Mais MRO est aussi muni d’un excellent imageur, HiRISE (High Resolution Imaging Science Experiment) qui a permis de réveler une taille du noyau cométaire plus petite qu’estimée auparavant, avec seulement 2 km, et une période de rotation de 8 heures, ce qui en revanche confirme les observations antérieures effectuées avec Hubble. Les planétologues de MRO ont également essayé de détecter des composés chimiques en analysant le spectre de la lumière avec le spectromètre imageur CRISM (Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars), mais sans pouvoir mettre en évidence la présence d’un composé particulier.

En plus de ces mesures qui ont été faites dans les minutes ou les heures ayant suivi le passage frôlant de Siding Spring, les sondes martiennes continuent aujourd’hui à mesurer l’atmosphère de Mars pour déceler d’éventuelles perturbations à caractère de long terme que la comète a pu induire.
Source : 
MAVEN collaboration
University of Boulder Colorado
http://lasp.colorado.edu/
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Le grand bobard du voyage vers les étoiles

Avec la sortie cette semaine du film de science-fiction Interstellar, de Christopher Nolan, c’est le vieux thème du voyage vers les étoiles qui est remis au goût du jour. Un thème compliqué à gérer si l’on ne veut pas violer les lois … Continuer la lecture

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La sélection scientifique de la semaine (numéro 145)

- Une étude publiée dans Science se demande si, dans le cosmos, un nombre considérable d’étoiles (jusqu’à la moitié de celles existant dans l’Univers) ne se promènent pas en solitaires, à l’écart de toute galaxie. (en anglais) – Une étoile est mordue … Continuer la lecture

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L’univers à la lumière des étoiles orphelines

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La moitié du rayonnement de l’univers proviendrait d’étoiles qui n’appartiennent pas à des galaxies. pia18849-zemcov-2.jpgPour une surprise, c’est une surprise. Une expérience menée grâce à une fusée-sonde de la Nasa vient de révéler que la moitié des étoiles de l’univers se situeraient en-dehors des galaxies. Cela change notre image d’un univers surtout concentré sur ces îlots denses, un peu comme si un observateur extraterrestre s’imaginait que les lumières des villes signifient que pratiquement tous les habitants de notre planète sont des citadins… et découvrait ensuite d’un coup l’existence d’un monde rural. Certes, les galaxies sont des berceaux à étoiles, où elles se forment par millions. Mais l’univers est aussi un endroit où il y a des collisions, des frôlements, des attractions mutuelles. Dans tous ces phénomènes, des étoiles sont arrachées à leur galaxie d’origine, et il semblerait que nombre d’entre elles poursuivent ensuite une vie solitaire. Comment les astronomes s’en sont-ils finalement rendu compte ? En étudiant le rayonnement d’arrière-plan de l’univers, tout simplement. L’instrument d’observation CIBER, emporté successivement par quatre fusées-sondes afin d’éviter le rayonnement de l’atmosphère terrestre, a photographié l’univers en infrarouge. Cela a permis aux chercheurs d’éliminer la lumière en provenance des galaxies, et de regarder ce qu’il restait. Surprise ! Il restait beaucoup plus de lumière que prévu. La lumière en question provient donc des étoiles orphelines, celles qui se trouvent hors des galaxies, et leurs rayonnements combinés provoque une brillance diffuse qui est au final aussi lumineuse que la lumière de toutes les galaxies. L’éclat additionné de ces étoiles solitaires provoque un rayonnement qui a été détecté par CIBER. On ne peut pas les distinguer individuellement, mais “la lumière totale produite par ces étoiles errantes est à peu près égale à la lumière de fond que nous obtenons en additionnant individuellement les galaxies”, explique Jamie Bock, l’un des chercheurs qui a travaillé sur le projet. “Nous pensons que les étoiles sont éparpillées dans l’espace durant les collisions de galaxies”, explique Michael Zemcov, auteur principal d’un article publié dans la revue Science et qui explicite les résultats de cette expérience. “Alors que nous avions déjà observé des cas d’étoiles éjectées de leurs galaxies dans un courant de marée, nos nouvelles mesures indiquent que ce processus est très répandu”. Les galaxies pourraient ainsi être redéfinies : on les concevait comme des rassemblements d’étoiles aux frontières bien marquées. En fait, elles pourraient bien s’étendre beaucoup plus loin, reliées les unes aux autres par une mer d’étoiles solitaires.   Crédit photo : Images prises par CIBER montrant diverses portions du ciel à deux différentes longueurs d’ondes infrarouge, une fois la lumière des galaxies enlevée et les images lissées pour rehausser les grandes structures. Ce qui reste montre les motifs dessinés par le rayonnement additionné des étoiles solitaires de l’univers (NASA/JPL-Caltech). Continue reading