jeudi 19 novembre 2015

Le monde selon la Physique /PHYSICS WORLD COM/ NOV 2015 /1ERE PARTIE/TER

Le Monde selon la Physique ( PHYSICS WORLD COM ) : nov 2015 -1ère partie ter

  

10/TRADUCTION    ( ELLES SONT PERSONNELLES)

Astronomers gaze upon the oldest stars in the galaxy

Ancient metal-poor stars finally spotted in galactic centre
Les plus vieilles étoiles de notre galaxie, la Voie Lactée viennent d’être  découvertes par une équipe internationale de chercheurs. Ces anciennes étoiles pourraient contenir des indices essentiels sur la façon dont les premières étoiles de l'univers primitif sont  mortes, et leur découverte marque  pour la première fois que des étoiles extrêmement pauvres en métaux ont été observées dans la région centrale de la galaxie. L'emplacement de ces  étoiles suggère qu'elles furent  formées lorsque la Voie Lactée a subi des changements chimiques rapides pendant les 1-2 premiers milliards d'années de l'univers.
Après le Big Bang, seuls les éléments tels que l'hydrogène, l'hélium et des traces de lithium existaient dans l'univers. Des éléments plus lourds tels que l'oxygène, l'azote, le carbone et le fer - appelés «métaux» par les astronomes - ont été forgés dans les centres de très haute pression des premières étoiles massives, lesquelles sont calculées  pour avoir  été formées à moins de 200 millions d'années après le Big Bang . Les métaux ont été dispersés à travers le cosmos lorsque ces premières étoiles, appelées étoiles, de «Population III" ont rapidement brûlé puis  ont explosé dans les supernovae. Ces explosions  ont ensemencé l'univers avec les métaux pour former  les étoiles   de «Population II", qui sont encore "pauvres en métaux" par rapport à "la population I"  , c est à dire  des étoiles comme le Soleil
Une véritable première étoile de  population-III n'a pas encore été découverte, bien que la meilleure preuve  de son existence  a été trouvée  plus tôt cette année dans une galaxie extrêmement lumineuse et lointaine dans l'univers primitif. Les astronomes pensent que les vieilles étoiles pauvres en métaux auraient  été formées  dans les régions centrales  , c est à dire  les régions  "bossues" des galaxies,  là  où les effets de la gravité étaient les plus forts.  C e renflement  de la Voie Lactée a subi un enrichissement chimique rapide dans l'univers primitif, et cela aurait créé une multitude d'étoiles pauvres en métaux – et  en effet, nous devrions les trouver là, même aujourd'hui. Cependant, les étoiles pauvres en métaux ont seulement été detectées dans les régions extérieures ou  se tient le "halo" de la Voie Lactée et non en son centre.
 Louise Howes de l'Australian National University à Canberra et une équipe internationale ont utilisé le télescope SkyMapper pour identifier près de 500 étoiles extrêmement pauvres en métaux dans le bulbe central  de la Voie Lactée. L'équipe a également confirmé que la plupart de ces vieilles étoiles se trouvent  en orbite serrée autour du centre galactique, plutôt que  comme  étoiles du halo  et passant par le renflement. Les chercheurs ont également constaté que les compositions chimiques de ces étoiles sont, pour la plupart, similaires à celles  des  étoiles typiques du  halo de la même teneur en métal (ou métallicité). Toutefois, certaines différences existent et  inattendues  quant à la quantité de carbone dans ces étoiles.

Les étoiles avec une faible teneur en métal sont légèrement plus bleues que  les autres, de sorte que l'équipe pouvait passer au crible les millions d'étoiles  du  centre et rogner les observations  jusqu’à 14.000 candidates prometteuses. De celles-ci, les chercheurs ont identifié 500 étoiles qui avaient moins de 100  fois la quantité de fer dans le Soleil, ce qui en fait le premier catalogue complet  en étoiles pauvres en métaux dans le renflement. Parmi celles -ci, Howse et collègues se sont concentrés sur les 23 candidats qui ont été les plus pauvres en métaux, et à partir de ces données, ils ont  recueilli   neuf étoiles avec une teneur inférieure  au 1000e du montant métal vu dans le Soleil  Cela comprend  en particulier une étoile avec une abondance de fer 10.000 fois inférieure à celle du Soleil -  c 'est elle  maintenant qui détient  le record- pour l'étoile la plus pauvre en métaux dans le centre de la galaxie.
Pour vérifier   que ces étoiles étaient vraiment vieilles  - et non celles  qui auraient été  formées beaucoup plus tard dans d'autres parties de la galaxie qui ne sont pas aussi denses et sont maintenant simplement en train de passer par son  centre - les chercheurs ont utilisé des mesures précises et des simulations informatiques pour tracer les mouvements des étoiles » dans le ciel. Cela leur a permis de prédire où les étoiles venaient et où ielles se déplaçaient . L'équipe a constaté que, bien que quelques étoiles étaient en effet juste de passage, sept d'entre elles avaient  été formées dans le bulbe et  y  étaient restées depuis.

"Ces étoiles  sont parmi les plus vieilles étoiles dans l'univers, et certainement les plus vieilles étoiles que nous ayons jamais vu», dit Howes. "Ces étoiles se sont formées avant la Voie Lactée et la galaxie s' est  formée  autour d'elles ." Alors qu'il est actuellement impossible de déterminer directement l'âge de ces anciennes étoiles, les chercheurs pensent  que  cela pourra se  déduire à partir des données recueillies par la mission Kepler prolongée ou par ses successeurs.

La découverte de l'équipe conteste également les théories actuelles sur l'environnement du début de l'univers à partir de laquelle ces étoiles se sont formées. "Les étoiles ont  des étonnamment faibles niveaux de carbone, de fer et des autres éléments lourds, ce qui suggère que les premières étoiles pourraient ne pas avoir explosé en supernovæ de façon  normale», dit Howes. "Peut-être qu'elles ont fini leur vie comme  hypernovae -  ces explosions mal comprises d’ étoiles en rotation rapide, produisant 10 fois autant d'énergie que les supernovae normales." Si cela est vrai, alors les hypernovae seraient une des choses les plus énergétiques de l'univers, et très différentes des types d'explosions stellaires que nous voyons aujourd'hui.

La recherche est publiée dans la revue Nature.
Tushna Commissariat est journaliste pour physicsworld.com
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 MON COMMENTAIRE /Je prie mes lecteurs de noter que cet article se range dans la lignée de ceux qui  admettent  le modèle  BIG BANG  puis  son développement  cosmologique standard  ….. D’autres théories alternatives  ont été proposées   notamment celles de l’univers stationnaire    et j’attends   d’autres suggestions  réfutant en particulier ces hypothèses  de très faible métallicité  ( JJM)
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11/TRADUCTION

Revealing the hidden connection between pi and Bohr's hydrogen model

Pre-Newtonian derivation of pi found while calculating hydrogen atom's energy levels

 La valeur   de  pi , connue depuis près de 400 ans,  vient d’être «  repérée » dans une formule de  mécanique quantique pour les états d'énergie de l'atome d'hydrogène, selon des chercheurs américains. Dérivée par le mathématicien anglais John Wallis en 1655, la formule originale calcule pi comme le produit d'une série infinie de rapports – et elle  a maintenant émergé à partir d'une solution  du début 20ème siècle, le modèle de atome d 'hydrogène  du physicien Neils Bohr, que la plupart des physiciens en herbe apprennent.
Le physicien Carl Hagen de l’ Université de Rochester a  conçu  des problèmes en  devoirs pour son diplômé  de sa classe  de mécanique quantique   lorsque un exercice particulier pour l'atome d'hydrogène l'a  intrigué. Il a posé une question tordue sur le modèle de Bohr de l'hydrogène,  lorsqu’il approxime l'atome comme le fait  un électron orbitant en rond autour d'un noyau positif ponctuel. Le modèle de Bohr,  n’étant  pas une description exacte d'un atome, reste souvent assez proche de la réalité dans de nombreuses situations. Il est particulièrement intéressant  lors de l'enseignement de la physique, car il est l'un des rares systèmes qui peuvent être résolus analytiquement par l'équation de Schrödinger - autrement dit, il peut être résolu exactement, plutôt que d’avoir à  faire des approximations ou en utilisant un programme informatique.
Mais au lieu de résoudre le problème du  modèle de Bohr-, Hagen a appliqué le "principe de variation" - une technique habituellement réservée aux approximations  des systèmes de mécanique quantique qui ne peuvent  pas être résolues de manière analytique avec l'équation de Schrödinger. La technique consiste à faire une proposition pertinente sur  la fonction d'onde de l'hydrogène, puis  de conjecturer  son  optimisation . Hagen a trouvé que  lorsque le moment angulaire orbital de l'atome augmente, les énergies autorisées de l'atome augmentent   et progressivement égalent  l’ énergie d'hydrogène analytiquement trouvé. En effet, Hagen a remarqué que l'erreur de l'approche variationnelle était d'environ 15% pour l'état de base de  l'hydrogène , 10% pour le premier état excité, puis allaient diminuant à mesure que les états excités grandissaient. Ceci était inhabituel, parce que l'approche variationnelle fonctionne normalement mieux pour l’approximation des niveaux d'énergie plus bas.
Hagen se tourna vers sa  collègue, professeur de mathématiques Tamar Friedmann,  laquelle  a  découvert qu'ils pouvaient tirer    le produit infini de Wallis aussi  à partir du rapport des énergies approximatives aux énergies exactes. Friedmann souligne combien il est inattendu qu'une formule mathématique vieille  de plusieurs siècles, dérivée sous  des motivations complètement différentes,ait été tapie  dans un problème de base  de mécanique quantique. La  formule  infinie de 1655 de  la série originale de Wallis, publiée  dans son livre Arithmetica infinitorum, est  antérieure à l'invention du calcul ( différentiel)  de Newton, et a surgi quand il essayait de relier la surface d'un carré au cercle inscrit en son sein.
"Wallis ne pouvait pas avoir connu que   ceci  apparaîtrait dans l'atome d'hydrogène, car personne ne savait quoi que ce soit  à propos de l'atome d'hydrogène, alors," dit Friedmann. Elle ajoute que, bien que la formule aurait  pu etre trouvée depuis  que Bohr a développé son modèle en 1913, la paire a été  les premiers à le repérer, probablement grâce à leur expérience interdisciplinaire. Leurs résultats suggèrent que ces valeurs  mathématiques pourraient concerner  d'autres systèmes apparemment bien étudiés.
∏ :Pi universelle?
«Je ne suis pas surpris que pi soit  là. Pi est partout», explique Drew Milsom, un physicien de l'Université de l'Arizona. Bien que l'aspect le plus évident de pi réside dans  le rapport de la circonférence d'un cercle à son diamètre, Milsom cite un autre exemple dans les études de probabilité - connu comme "le problème de l'aiguille de Buffon" - qui trouve que la probabilité d'un atterrissage d'allumettes tombant entre deux lignes est lié à pi. Qu'est-ce qui est le  plus surprenant ?, Milsom dit,  que Hagen et Friedmann ait décidé d'utiliser le principe de variation et effectivement reconnu la formule  DE Wallis, qui reste obscure pour la plupart des physiciens ?
Il est finalement surprenant que la formule de pi ait émergé de la solution quantique parce que, comme Friedmann  le souligne elle-même, " les formules mathématiques viennent en physique tout le temps". Elle ajoute que trouver le lien "est une manifestation de la connexion ultime entre mathématiques et  physique", mais de savoir s’ il existe une profonde corrélation fondamentale entre les deux  , cela reste inconnu.
"Une fois que vous le voyez, il est clair et beau et vous pouvez le comprendre, même si vous n'êtes pas en mesure de  le découvrir», dit Friedmann, ajoutant que ceci pourrait maintenant encore être enseigné aux étudiants de premier cycle. "Les problèmes physiques inspirent  des questions en mathématiques et vice-versa», dit Friedmann. «Les mathématiques sont le langage qui décrit la physique. L'apprentissage  de  l un contribue à enrichir  l'autre."
La recherche est décrite dans le Journal de Physique Mathématique.
A propos de l'auteur
Sophia Chen est un écrivain de science basée à Tucson, Arizona
MON COMMENTAIRE/ Je vous recommande  de traduire vous-même le forum où les «  cadors » de  PHYSICS WORLD  s’expriment ….Nous avons eu cette discussion ,notamment avec  JJM    sur l’aptitude des mathématiques  à donner des lois et modèles   très pédagogiques   mais parfois montrant leur insuffisance  quand on approfondissait   leur usage au réel ……Personnellement   j’ai été amené a  toujours  rajouter des coefficients correctifs  quand des  milliers de tonnes de  matières radioactives  sont passées dans nos installations …LES MATHEMATIQUES S’APPLIQUENT PARFAITEMENT MAIS A UN UNIVERS PARFAIT !!!


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