SCIENCES ENERGIES E ENVIRONNEMENT

 

In double breakthrough, mathematician helps solve two long-standing problems

by Kitta MacPherson, Rutgers University

Un mathématicien a réussi une double percée en aidant à résoudre deux problèmes de longue date

par Kitta MacPherson, Université Rutgers

Pham Tiep a déclaré qu'il n'utilisait qu'un stylo et du papier pour mener ses recherches, qui ont jusqu'à présent donné lieu à cinq livres et plus de 200 articles dans des revues mathématiques. Crédit : Pham Tiep

Un professeur de l'Université Rutgers-New Brunswick qui a consacré sa carrière à résoudre les mystères des mathématiques supérieures a résolu deux problèmes fondamentaux distincts qui ont laissé les mathématiciens perplexes pendant des décennies.

Les solutions à ces problèmes de longue date pourraient améliorer notre compréhension des symétries des structures et des objets dans la nature et la science, et du comportement à long terme de divers processus aléatoires survenant dans des domaines allant de la chimie et de la physique à l'ingénierie, à l'informatique et à l'économie.

Pham Tiep, professeur émérite de mathématiques Joshua Barlaz au département de mathématiques de la Rutgers School of Arts and Science, a terminé la preuve de la conjecture de hauteur zéro de 1955 posée par Richard Brauer, un mathématicien germano-américain de premier plan décédé en 1977.

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La preuve de la conjecture, généralement considérée comme l'un des défis les plus remarquables dans un domaine des mathématiques connu sous le nom de théorie de la représentation des groupes finis, est publiée dans les Annals of Mathematics.

« Une conjecture est une idée que vous croyez avoir une certaine validité », a déclaré Tiep, qui a réfléchi au problème de Brauer pendant la majeure partie de sa carrière et y a travaillé intensément au cours des 10 dernières années. « Mais les conjectures doivent être prouvées. J'espérais faire progresser le domaine. Je ne m'attendais pas à pouvoir résoudre celle-ci. »

En un sens, Tiep et ses collègues ont suivi un modèle de défis que Brauer leur a présenté dans une série de conjectures mathématiques posées et publiées dans les années 1950-60.

« Certains mathématiciens ont cette intelligence rare », a déclaré Tiep à propos de Brauer. « C'est comme s'ils venaient d'une autre planète ou d'un autre monde. Ils sont capables de voir des phénomènes cachés que d'autres ne peuvent pas voir. »

Dans la deuxième avancée, Tiep a résolu un problème difficile dans ce que l'on appelle la théorie Deligne-Lusztig, une partie du mécanisme fondamental de la théorie des représentations. La percée concerne les traces, une caractéristique importante d'un réseau rectangulaire connu sous le nom de matrice. La trace d'une matrice est la somme de ses éléments diagonaux. Le travail est détaillé dans deux articles. L'un a été publié dans Inventiones mathematicae, le second dans Annals of Mathematics.

« Le travail de haute qualité de Tiep et son expertise sur les groupes finis ont permis à Rutgers de maintenir son statut de centre mondial de premier plan dans ce domaine », a déclaré Stephen Miller, professeur émérite et président du département de mathématiques.

« L'une des grandes réalisations des mathématiques du XXe siècle a été la classification des groupes finis dits « simples », peut-être nommés de manière trompeuse, et elle est synonyme de Rutgers : elle a été menée à partir de là et de nombreux exemples parmi les plus intéressants ont été découverts ici. Grâce à son incroyable série de travaux de qualité, Tiep apporte une visibilité internationale à notre département. »

es résultats de cette solution sont susceptibles d'améliorer considérablement la compréhension des traces par les mathématiciens, a déclaré Tiep. La solution fournit également des informations qui pourraient conduire à des percées dans d'autres problèmes importants des mathématiques, notamment les conjectures posées par le mathématicien de l'Université de Floride John Thompson et le mathématicien israélien Alexander Lubotzky, a-t-il ajouté.

Ces deux percées constituent des avancées dans le domaine de la théorie de la représentation des groupes finis, un sous-ensemble de l'algèbre. La théorie de la représentation est un outil important dans de nombreux domaines des mathématiques, notamment la théorie des nombres et la géométrie algébrique, ainsi que dans les sciences physiques, notamment la physique des particules. Grâce à des objets mathématiques appelés groupes, la théorie de la représentation a également été utilisée pour étudier la symétrie dans les molécules, crypter des messages et produire des codes de correction d'erreurs.

En suivant les principes de la théorie de la représentation, les mathématiciens prennent des formes abstraites qui existent dans la géométrie euclidienne - certaines d'entre elles extrêmement complexes - et les transforment en tableaux de nombres. Cela peut être réalisé en identifiant certains points qui existent dans chaque forme tridimensionnelle ou supérieure et en les convertissant en nombres placés dans des lignes et des colonnes.

L'opération inverse doit également fonctionner, a déclaré Tiep. Il faut être capable de reconstituer la forme à partir de la séquence de nombres.

Contrairement à beaucoup de ses collègues des sciences physiques qui utilisent souvent des appareils complexes pour faire avancer leurs travaux, Tiep dit qu'il n'utilise qu'un stylo et du papier pour mener ses recherches, qui ont jusqu'à présent donné lieu à cinq livres et plus de 200 articles dans des revues mathématiques de premier plan.

Il note des formules mathématiques ou des phrases indiquant des chaînes logiques. Il engage également des conversations continues - en personne ou sur Zoom - avec ses collègues alors qu'ils avancent étape par étape dans une preuve.

Mais le progrès peut venir de la réflexion intérieure, a déclaré Tiep, et les idées jaillissent quand il s'y attend le moins.

"Je me promène peut-être avec nos enfants ou je fais du jardinage avec ma femme ou je fais simplement quelque chose dans la cuisine", a-t-il déclaré. "Ma femme dit qu'elle sait toujours quand je pense aux mathématiques".

Pour la première preuve, Tiep a collaboré avec Gunter Malle de l'Université technique de Kaiserslautern en Allemagne, Gabriel Navarro de l'Université de Valence en Espagne et Amanda Schaeffer Fry, une ancienne étudiante diplômée de Tiep qui est maintenant à l'Université de Denver.

Pour la deuxième avancée, Tiep a travaillé avec Robert Guralnick de l'Université de Californie du Sud et Michael Larsen de l'Université d'Indiana. Sur le premier des deux articles qui abordent les problèmes mathématiques sur les traces et les résolvent, Tiep a travaillé avec Guralnick et Larsen. Tiep et Larsen sont co-auteurs du deuxième article.

"Tiep et ses co-auteurs ont obtenu des limites sur les traces qui sont à peu près aussi bonnes que nous pourrions espérer obtenir", a déclaré Miller. "C'est un sujet mature qui est important sous de nombreux angles, donc les progrès sont difficiles - et les applications sont nombreuses."

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COMMENTAIRES 

1/Quels sont les problèmes mathématiques non résolus ?

Le problème non résolu le plus fameux a été pendant des siècles le théorème de Fermat. Celui-ci avait affirmé il y a trois siècles (sans le démontrer) que pour tout entier n supérieur à 2, il n'existe aucun triplet d'entiers naturels a,b et c tels que an = bn + cn. Il a fallu attendre 1994 pour que en Andrew Wiles, au ropose une solution 

2/Quel est la conjecture de maths la plus dure au monde ?

.

On appelle conjectures   les problèmes mathématiques non  resolues : par exemple celle de Reimann, conçue en 1859. Elle consiste à prédire l'intégralité  de lma fonction rassemblantd les nombres premiers (comme 2, 3, 5, 7, 11, 13,  etc.). Mais cette fonction très compliquée n'a jamais été démontrée par personne depuis !

prXXXXXXXXXX

More information: Gunter Malle et al, Brauer's Height Zero Conjecture, Annals of Mathematics (2024). DOI: 10.4007/annals.2024.200.2.4

Robert M. Guralnick et al, Character levels and character bounds for finite classical groups, Inventiones mathematicae (2023). DOI: 10.1007/s00222-023-01221-5

Michael Larsen et al, Uniform character bounds for finite classical groups, Annals of Mathematics (2024). DOI: 10.4007/annals.2024.200.1.1

Provided by Rutgers University 

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TRADUCTION DES RESUMES 

ACher Olivier Hartmanshenn,

Voici votre newsletter Science X personnalisée pour la semaine 41 :

Une double percée : un mathématicien aide à résoudre deux problèmes de longue date

Un professeur de l'Université Rutgers-New Brunswick qui a consacré sa carrière à résoudre les mystères des mathématiques supérieures a résolu deux problèmes fondamentaux distincts qui ont laissé les mathématiciens perplexes pendant des décennies.

Les positions de bras couramment utilisées peuvent surestimer considérablement les mesures de la tension artérielle, selon une étude

Une étude menée par des chercheurs de Johns Hopkins Medicine conclut que les façons couramment utilisées de positionner le bras du patient pendant les examens de la tension artérielle peuvent surestimer considérablement les résultats des tests et peuvent conduire à un mauvais diagnostic d'hypertension.

Grâce à une technique de numérisation avancée, des épées iraniennes de l'âge du fer confisquées se sont révélées être des pastiches

Pour la première fois, une méthode d'imagerie a été utilisée pour étudier les épées iraniennes en bronze de l'âge du fer, révélant des modifications modernes importantes qui prouvent que les armes ont été modifiées pour augmenter leur valeur commerciale sur le marché illicite des antiquités.

Une technologie de pointe découverte sous une habitation néolithique au Danemark

La construction d'une voie ferrée à travers une ferme sur l'île danoise de Falster a révélé un site néolithique vieux de 5 000 ans cachant une technologie de pointe : une cave à racines pavée de pierres.

L'insuffisance cardiaque, la fibrillation auriculaire et les maladies coronariennes liées à des troubles cognitifs

Trois maladies cardiovasculaires courantes chez les adultes, l'insuffisance cardiaque, la fibrillation auriculaire et les maladies coronariennes, sont liées à des troubles cognitifs et à un risque accru de démence, selon « Cardiac Contributions to Brain Health », une nouvelle déclaration scientifique de l'American Heart Association publiée aujourd'hui dans la revue Stroke.

Le prix Nobel de physique décerné à deux scientifiques pour leurs découvertes qui ont permis l'apprentissage automatique

Deux pionniers de l'intelligence artificielle, John Hopfield et Geoffrey Hinton, ont remporté mardi le prix Nobel de physique pour avoir contribué à créer les éléments de base de l'apprentissage automatique qui révolutionne notre façon de travailler et de vivre, mais qui crée également de nouvelles menaces pour l'humanité.

La Voie lactée pourrait faire partie d'une structure encore plus grande que Laniakea

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Les escargots sur un minuscule îlot rocheux ont évolué sous les yeux des scientifiques. Les escargots marins ont été réintroduits après qu'une prolifération d'algues toxiques les ait anéantis du récif. Bien que les chercheurs aient intentionnellement introduit une population distincte de la même espèce d'escargot, celle-ci a évolué pour ressembler de manière frappante à la population perdue plus de 30 ans auparavant.

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Des « îles » de régularité découvertes dans le célèbre problème chaotique des trois corps

Lorsque trois objets massifs se rencontrent dans l'espace, ils s'influencent mutuellement par la gravité de manière imprévisible. En un mot : le chaos. C'est ce que l'on comprend généralement. Aujourd'hui, un chercheur de l'Université de Copenhague a découvert que de telles rencontres évitent souvent le chaos et suivent plutôt des schémas réguliers, où l'un des objets est rapidement expulsé du système. Cette nouvelle découverte pourrait s'avérer essentielle pour notre compréhension des ondes gravitationnelles et de nombreux autres aspects de l'univers.

Une nouvelle étude atténue les inquiétudes concernant un éventuel essaim d'astéroïdes « apocalyptiques »

Les astronomes ont de bonnes nouvelles concernant les astéroïdes potentiellement dangereux qui se cachent près de notre planète : ils ne sont pas aussi nombreux que nous le pensions.

Un enterrement sacrificiel confirme les origines orientales des Scythes

Des archéologues ont découvert des preuves de rituels funéraires sacrificiels au tumulus de l'âge du fer de Tunnug 1 à Touva, en Sibérie, indiquant que la culture scythe à cheval, la plus connue d'Europe de l'Est, est originaire de l'est.

Des scanners IRM ultra-puissants montrent que des dommages au « centre de contrôle » du cerveau sont à l'origine de longs

Les données d'un astéroïde géocroiseur aident à sonder une possible cinquième force dans l'univers

En 2023, la mission OSIRIS-REx de la NASA a rapporté un échantillon de poussière et de roches collectées sur l'astéroïde géocroiseur Bennu. En plus des informations sur l'univers glanées à partir de l'échantillon lui-même, les données générées par OSIRIS-REx pourraient également offrir l'occasion de sonder une nouvelle physique. Comme décrit dans Communications Physics, une équipe de recherche internationale dirigée par le Laboratoire national de Los Alamos a utilisé les données de suivi de l'astéroïde pour étudier l'existence possible d'une cinquième force fondamentale de l'univers.

Des scientifiques recréent la tête de cet ancien insecte de 2,7 mètres de long

Comme si le plus grand insecte ayant jamais vécu - un monstre de près de 2,7 mètres de long avec plusieurs dizaines de pattes - n'était pas assez terrifiant, les scientifiques ne pouvaient qu'imaginer à quoi ressemblait la tête de la bête éteinte.

Les astronomes trouvent que les données de Webb sont en contradiction avec les modèles de réionisation

La réionisation est une période critique au cours de laquelle les premières étoiles et galaxies ont modifié la structure physique de leur environnement, et finalement de l'univers tout entier. Les théories établies affirment que cette époque s'est terminée environ 1 milliard d'années après le Big Bang. Cependant, si l'on calcule cette étape à l'aide des observations du télescope spatial James Webb (JWST), la réionisation aurait pris fin au moins 350 millions d'années plus tôt que prévu. C'est ce qu'indique un nouvel article publié dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters.

Des chimistes utilisent la lumière pour remplacer un atome d'oxygène par un atome d'azote dans une molécule

Une équipe de chimistes de l'Institut coréen des sciences et technologies avancées a réussi à extraire un atome d'oxygène d'une molécule et à le remplacer par un atome d'azote. Dans leur étude, publiée dans la revue Science, le groupe a utilisé la photocatalyse pour éditer un furane dans leur laboratoire.

Des scientifiques créent la première carte de la modification de l'ADN dans le cerveau humain en développement

Une étude menée par l'UCLA a fourni un aperçu sans précédent de la manière dont la régulation des gènes évolue au cours du développement du cerveau humain, montrant comment la structure 3D du chr. Ces travaux offrent de nouvelles perspectives sur la manière dont le développement précoce du cerveau façonne la santé mentale tout au long de la vie.

La omatine (ADN et protéines) joue un rôle e

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 Dear olivier hartmanshenn,

Here is your customized Science X Newsletter for week 41:

	In double breakthrough, mathematician helps solve two long-standing problems A Rutgers University-New Brunswick professor who has devoted his career to resolving the mysteries of higher mathematics has solved two separate, fundamental problems that have perplexed mathematicians for decades.
	Commonly used arm positions can substantially overestimate blood pressure readings, study finds A study led by Johns Hopkins Medicine researchers concludes that commonly used ways of positioning the patient's arm during blood pressure (BP) screenings can substantially overestimate test results and may lead to a misdiagnosis of hypertension.
	With advanced scanning technique, confiscated Iron Age Iranian swords proven to be pastiches For the first time, an imaging method has been used to investigate Iron Age bronze Iranian swords, revealing significant modern modifications that prove the weapons have been altered to increase their commercial value in the illicit antiquities market.
	Advanced technology discovered under Neolithic dwelling in Denmark Railroad construction through a farm on the Danish island of Falster has revealed a 5,000-year-old Neolithic site hiding an advanced technology—a stone paved root cellar.
	Heart failure, atrial fibrillation and coronary heart disease linked to cognitive impairment Three common cardiovascular diseases in adults—heart failure, atrial fibrillation and coronary heart disease—are linked to cognitive impairment and increased risk of dementia, according to "Cardiac Contributions to Brain Health," a new scientific statement from the American Heart Association published today in the journal, Stroke.
	Nobel Prize in physics awarded to 2 scientists for discoveries that enabled machine learning Two pioneers of artificial intelligence—John Hopfield and Geoffrey Hinton—won the Nobel Prize in physics Tuesday for helping create the building blocks of machine learning that is revolutionizing the way we work and live but also creates new threats for humanity.
	The Milky Way might be part of an even larger structure than Laniakea If you want to pinpoint your place in the universe, start with your cosmic address. You live on Earth->Solar System->Milky Way Galaxy->Local Cluster->Virgo Cluster->Virgo Supercluster->Laniakea. Thanks to new deep sky surveys, astronomers now think all those places are part of an even bigger cosmic structure in the "neighborhood" called The Shapley Concentration.
	Evolution in real time: Scientists predict—and witness—evolution in a 30-year marine snail experiment Snails on a tiny rocky islet evolved before scientists' eyes. The marine snails were reintroduced after a toxic algal bloom wiped them out from the skerry. While the researchers intentionally brought in a distinct population of the same snail species, these evolved to strikingly resemble the population lost over 30 years prior.
	Curiosity rover provides new insights into how Mars became uninhabitable NASA's Curiosity rover, currently exploring Gale crater on Mars, is providing new details about how the ancient Martian climate went from potentially suitable for life—with evidence for widespread liquid water on the surface—to a surface that is inhospitable to terrestrial life as we know it.
	Inspired by Spider-Man, researchers recreate web-slinging technology Every kid who has read a comic book or watched a Spider-Man movie has tried to imagine what it would be like to shoot a web from their wrist, fly over streets, and pin down villains. Researchers at Tufts University took those imaginary scenes seriously and created the first web-slinging technology in which a fluid material can shoot from a needle, immediately solidify as a string, and adhere to and lift objects.
	'Islands' of regularity discovered in the famously chaotic three-body problem When three massive objects meet in space, they influence each other through gravity in ways that evolve unpredictably. In a word: Chaos. That is the conventional understanding. Now, a researcher from the University of Copenhagen has discovered that such encounters often avoid chaos and instead follow regular patterns, where one of the objects is quickly expelled from the system. This new insight may prove vital for our understanding of gravitational waves and many other aspects of the universe.
	New study eases concerns over possible 'doomsday' asteroid swarm Astronomers have good news about potentially hazardous asteroids lurking near our planet: There aren't as many as we thought.
	Sacrificial burial confirms Scythians' eastern origins Archaeologists have uncovered evidence for sacrificial funerary rituals at the Early Iron Age burial mound of Tunnug 1 in Tuva, Siberia, indicating that the horse-riding Scythian culture, best-known from Eastern Europe, originated far to the east.
	Ultra-powered MRI scans show damage to brain's 'control center' is behind long-lasting COVID-19 symptoms Damage to the brainstem—the brain's 'control center'—is behind long-lasting physical and psychiatric effects of severe COVID-19 infection, a study suggests.
	Rooftop solar panels impact temperatures during the day and night in cities, simulation study shows Widespread coverage of building rooftops with conventional photovoltaic solar panels may increase temperatures on hot days and lower them at night, says new modeling.
	Near-Earth asteroid data help probe possible fifth force in universe In 2023, the NASA OSIRIS-REx mission returned a sample of dust and rocks collected on the near-Earth asteroid Bennu. In addition to the information about the universe gleaned from the sample itself, the data generated by OSIRIS-REx might also present an opportunity to probe new physics. As described in Communications Physics, an international research team led by Los Alamos National Laboratory used the asteroid's tracking data to study the possible existence of a fifth fundamental force of the universe.
	Scientists recreate the head of this ancient 9-foot-long bug As if the largest bug to ever live—a monster nearly 9 feet long with several dozen legs—wasn't terrifying enough, scientists could only just imagine what the extinct beast's head looked like.
	Astronomers find Webb data conflict with reionization models Reionization is a critical period when the first stars and galaxies changed the physical structure of their surroundings, and eventually the entire universe. Established theories state that this epoch ended around 1 billion years after the Big Bang. However, if calculating this milestone using observations from the James Webb Space Telescope (JWST), reionization would have ended at least 350 million years earlier than expected. That's according to a new paper published in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters.
	Chemists use light to replace an oxygen atom with a nitrogen atom in a molecule A team of chemists at the Korea Advanced Institute of Science and Technology has succeeded in pulling an oxygen atom from a molecule and replacing it with a nitrogen atom. In their study, published in the journal Science, the group used photocatalysis to edit a furan in their lab.
	Scientists create first map of DNA modification in the developing human brain A UCLA-led study has provided an unprecedented look at how gene regulation evolves during human brain development, showing how the 3D structure of chromatin—DNA and proteins—plays a critical role. This work offers new insights into how early brain development shapes lifelong mental health.

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Puisque nous continuons  a répondre au x  lecteurs  revenons  a celui de la semaine derniére  qui voyait  une contradiction  entre ce graphique et  la '' constante ''    de HUBBLE

XXXXXXXXXXXXX

Expliquons alors   ce que cette constante est censée représenter .....

Que décrit la constante de Hubble Ho ?

La constante de Hubble nous indique la vitesse à laquelle l'univers se développe , ce qui peut être utilisé pour déterminer l'âge de l'univers et son histoire.

Mon lecteur   confondait la pente des  3corbes    ci dessus 

 qui dééfinit la vitesse d 'expansion v   avec la dérivée  dv/dt

 qui définit elle  l '

accélération ou la contraction    de l expansion  .... 

xxxxxx   

Cherchons sur INTERNET  sa valeur experimentale 

 c est la figure cidessus

 

Quelles unités sont normalement utilisées pour la constante de Hubble ?L

a constante de Hubble est le plus souvent exprimée en km/s/Mpc , ce qui donne la vitesse d'une galaxie à 1 mégaparsec (3,09×10 19 km) de distance à 70 km/s. La simplification des unités de la forme généralisée révèle que H 0 spécifie une fréquence (unité SI : s − 1 ), ce qui conduit à appeler l'inverse de H 0 le temps de Hubble (14,4 milliards d'années)

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Ce serait l age l univers  !!

xxxxx

À quelle vitesse  se  déploie  l univers  le plus lointain    ??

  Refaites le calcul vous meme si vous ne me croyez pasq : a une vitesse supérieure a la luire  c   !!!!

L'univers est en expansion. accélérée!

Les astres s'éloignent les uns des autres, mus par une entité répulsive mystérieuse appelée énergie noire.

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Qu'est-ce qui est plus rapide, la vitesse de la lumière ou la vitesse de l '''expansion de l'univers ...?

 C rest une question  qaue me posait déjà JEAN JACK  MICALEF   il y a quelques années 

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 : Si rien n'est plus rapide que la lumière, alors comment l'espace peut-il ... -

xxxxxxxxx

   L a  répose  est la non application  correcte  de la constante de Hubble  :

 voir la vidéo de  DAVID LOUAPRE     référencée il y a 3semaines sur ce ste  :

''v

vidéo de  David  Louapre   sur la mesures des distances  des espaces cosmique  , l usge  de la ''constante ''  de JHubble  el la difference  entre corbure  intrinséque et extrinséque  ... 

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 a suiovre .....

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Reprenons la suite de nos interogations   sur les modèles cosmologiques  non standard   abordés  

dimanche dernier .....   et les modèmles d expansion qu elles entraineraient 

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En admettant le postulat d ''EINSTEIRN  l espace temps  n existe  que par les masses et les énergies qu il renferme ;sinon il n y a rien ;l espace n existe pas !

 Alors les caas  d univers possibles sont représentés par ce grahique :

xxxxxxxxxxx

 Le développement qui lui fut donné  ensuite  est le mod-le ACDM  .   ou encore

'' modèle standard de la cosmologie ''

Ce dernier est à l'heure actuelle dominé par l'idée que l'Univers a connu une phase d'expansion extrêmement violente dans son passé, appelée inflation. Ce modèle prédit que les sections spatiales de l'Univers soient euclidiennes, en tout cas sur des échelles de l'ordre de la taille de l'Univers observable. Un écart avéré de la courbure spatiale à la valeur nulle serait considéré comme un argument très fort en défaveur de l'inflation

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Regardons  alors  les   données   expérimentales 

actuelles

La courbure spatiale de l'Univers est déterminée en analysant les anisotropies du fond diffus cosmologique. Actuellement, les données les plus précises sont celles qui ont été fournies par le satellite Planck en 2013. D'après ces mesures, il y a 95 % de chances pour que :

la corbure soit trés faible  et que l univers soit globalement euclidien et''plat''  ...

On ne sait donc toujours pas si l'Univers a une courbure positive, négative ou nulle. Cependant, on peut affirmer que le rayon de l'Univers est supérieur à 19 fois le rayon de Hubble si la courbure de l'Univers est positive et supérieur à 33 fois le rayon de Hubble si la courbure de l'Univers est négatif......X

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 A SUIVRE CE SOIR 

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The earliest galaxies formed amazingly fast after the Big Bang. Do they break the universe or change its age?

by Sandro Tacchella, The Conversation

Les premières galaxies se sont formées à une vitesse étonnante après le Big Bang. Brisent-elles l'univers ou changent-elles son âge ?

par Sandro Tacchella, The Conversation

Concept d'artiste du télescope spatial James Webb de la NASA. Crédit : NASA

Le télescope spatial James Webb (JWST) est le télescope spatial le plus grand et le plus puissant construit à ce jour. Depuis son lancement en décembre 2021, il a fourni des informations révolutionnaires. Il s'agit notamment de la découverte des galaxies les plus anciennes et les plus éloignées connues, qui existaient seulement 300 millions d'années après le Big Bang.

Les objets lointains sont également très anciens, car il faut beaucoup de temps pour que la lumière de ces objets atteigne les télescopes. Le JWST a désormais découvert un certain nombre de ces galaxies très anciennes. Nous regardons effectivement ces objets dans le passé, les voyant tels qu'ils étaient peu de temps après la naissance de l'univers.

Ces observations du JWST concordent avec notre compréhension actuelle de la cosmologie - la discipline scientifique qui vise à expliquer l'univers - et de la formation des galaxies. Mais elles révèlent également des aspects auxquels nous ne nous attendions pas. Beaucoup de ces galaxies primitives brillent beaucoup plus fort que ce à quoi on pourrait s'attendre étant donné qu'elles existaient peu de temps après le Big Bang.

On pense que les galaxies les plus brillantes ont plus d'étoiles et plus de masse. On pensait qu'il fallait beaucoup plus de temps pour que ce niveau de formation d'étoiles se produise. Ces galaxies ont également des trous noirs en croissance active en leur centre, signe que ces objets ont mûri rapidement après le Big Bang. Alors, comment expliquer ces découvertes surprenantes ? Est-ce qu'elles brisent nos idées sur la cosmologie ou nécessitent un changement dans l'âge de l'univers ?

Les scientifiques ont pu étudier ces galaxies primitives en combinant les images détaillées du JWST avec ses puissantes capacités de spectroscopie. La spectroscopie est une méthode d'interprétation du rayonnement électromagnétique émis ou absorbé par les objets dans l'espace. Cela peut à son tour nous renseigner sur les propriétés d'un objet.

Notre compréhension de la cosmologie et de la formation des galaxies repose sur quelques idées fondamentales. L'un d'entre eux est le principe cosmologique, qui stipule que, à grande échelle, l'univers est homogène (le même partout) et isotrope (le même dans toutes les directions). Associé à la théorie de la relativité générale d'Einstein, ce principe nous permet de relier l'évolution de l'univers (la façon dont il se dilate ou se contracte) à son contenu énergétique et massique.

Le modèle cosmologique standard, connu sous le nom de théorie du « Big Bang chaud », comprend trois composants principaux, ou ingrédients. Le premier est la matière ordinaire que nous pouvons voir avec nos yeux dans les galaxies, les étoiles et les planètes. Le deuxième ingrédient est la matière noire froide (CDM), des particules de matière se déplaçant lentement qui n'émettent, n'absorbent ou ne reflètent pas la lumière.

Le troisième composant est ce que l'on appelle la constante cosmologique (Λ, ou lambda). Elle est liée à ce que l'on appelle l'énergie noire et constitue une façon d'expliquer le fait que l'expansion de l'univers s'accélère. Ensemble, ces composants forment ce que l'on appelle le modèle cosmologique ΛCDM.

L'énergie noire représente environ 68 % de la teneur totale en énergie de l'univers actuel.

Bien qu'elle ne soit pas directement observable avec des instruments scientifiques, la matière noire est censée constituer la majeure partie de la matière du cosmos et représente environ 27 % de la masse totale et de la teneur en énergie de l'univers.

Bien que la matière noire et l'énergie noire restent mystérieuses, le modèle cosmologique ΛCDM est soutenu par un large éventail d'observations détaillées. Il s'agit notamment de la mesure de l'expansion de l'univers, du fond diffus cosmologique (CMB) (la « rémanence » du Big Bang) et du développement des galaxies et de leur distribution à grande échelle, par exemple la façon dont les galaxies se regroupent.

Le modèle ΛCDM pose les bases de notre compréhension de la formation et de l'évolution des galaxies. Par exemple, le CMB, qui a été émis environ 380 000 ans après le Big Bang, fournit un aperçu des premières fluctuations de densité qui se sont produites dans l'univers primitif. Ces fluctuations, en particulier dans la matière noire, ont fini par donner naissance aux structures que nous observons aujourd’hui, telles que les galaxies et les étoiles.

omment se forment les étoiles

La formation des galaxies est le résultat de processus complexes influencés par de nombreux phénomènes physiques différents. Certains de ces mécanismes ne sont pas entièrement compris, comme les processus qui régissent la façon dont le gaz des galaxies se refroidit et se condense pour former des étoiles.

Les effets des supernovae, des vents stellaires et des trous noirs qui émettent d'importantes quantités d'énergie (parfois appelés noyaux galactiques actifs, ou AGN) peuvent tous chauffer ou expulser du gaz des galaxies. Cela peut à son tour stimuler ou freiner la formation d'étoiles et donc influencer la croissance des galaxies.

L'efficacité et l'ampleur de ces « processus de rétroaction », ainsi que leur impact cumulé au fil du temps, sont mal compris. Ils constituent une source importante d'incertitude dans les modèles mathématiques, ou simulations, de formation des galaxies.

Des progrès significatifs dans les simulations numériques complexes de formation des galaxies ont été réalisés au cours des dix dernières années. Des simulations et des modèles plus simples qui relient la formation des étoiles à l'évolution des halos de matière noire. Ces halos sont des structures massives et invisibles constituées de matière noire qui ancrent efficacement les galaxies en leur sein.

L'un des modèles les plus simples de formation des galaxies suppose que la vitesse à laquelle les étoiles se forment dans une galaxie est directement liée au gaz qui s'y écoule. Ce modèle propose également que la vitesse de formation des étoiles dans une galaxie soit proportionnelle à la vitesse à laquelle les halos de matière noire se développent. Il suppose une efficacité fixe de conversion du gaz en étoiles, indépendamment du temps cosmique.

Ce modèle d'« efficacité constante de formation des étoiles » est cohérent avec l'hypothèse selon laquelle la formation d'étoiles a augmenté considérablement au cours du premier milliard d'années après le Big Bang. La croissance rapide des halos de matière noire au cours de cette période aurait fourni les conditions nécessaires pour que les galaxies forment efficacement des étoiles. Malgré sa simplicité, ce modèle a réussi à prédire un large éventail d'observations réelles, y compris le taux global de formation d'étoiles au cours du temps cosmique.

Les secrets des premières galaxies

Le JWST a inauguré une nouvelle ère de découvertes. Grâce à ses instruments de pointe, le télescope spatial peut capturer à la fois des images détaillées et des spectres à haute résolution, c'est-à-dire des graphiques montrant l'intensité du rayonnement électromagnétique émis ou absorbé par les objets dans le ciel. Pour le JWST, ces spectres se situent dans la région proche infrarouge du spectre électromagnétique. L'étude de cette région est cruciale pour observer les premières galaxies dont la lumière optique s'est transformée en proche infrarouge (ou « décalée vers le rouge ») au fur et à mesure que l'univers s'est étendu.

Le décalage vers le rouge décrit la façon dont les longueurs d'onde de la lumière des galaxies s'étirent au fur et à mesure de leur déplacement. Plus une galaxie est éloignée, plus son décalage vers le rouge est important.

Au cours des deux dernières années, le JWST a identifié et caractérisé des galaxies dont le décalage vers le rouge est compris entre 10 et 15. Ces galaxies, qui se sont formées environ 200 à 500 millions d'années après le Big Bang, sont relativement petites pour des galaxies (environ 100 parsecs, soit 3 quadrillions de kilomètres de diamètre). Elles sont chacune constituées d'environ 100 millions d'étoiles et forment de nouvelles étoiles à un rythme d'environ une étoile semblable au Soleil par an.

Bien que cela ne semble pas très impressionnant, cela implique que ces systèmes doublent leur contenu en étoiles en seulement 100 millions d'années. À titre de comparaison, notre propre galaxie, la Voie Lactée, met environ 25 milliards d'années pour doubler sa masse stellaire.

Formation précoce des galaxies

Les découvertes surprenantes du JWST sur les galaxies brillantes à des décalages vers le rouge (ou distances) élevés pourraient impliquer que ces galaxies ont mûri plus rapidement que prévu après le Big Bang. Cela est important car cela remettrait en cause les modèles existants de formation des galaxies. Le modèle d'efficacité constante de formation d'étoiles décrit ci-dessus, bien qu'efficace pour expliquer une grande partie de ce que nous voyons, peine à expliquer le grand nombre de galaxies brillantes et lointaines observées avec un décalage vers le rouge de plus de dix.

Pour résoudre ce problème, les scientifiques explorent diverses possibilités. Il s'agit notamment de modifier leurs théories sur l'efficacité avec laquelle le gaz est converti en étoiles au fil du temps. Ils réexaminent également l'importance relative des processus de rétroaction, c'est-à-dire la façon dont des phénomènes tels que les supernovae et les trous noirs contribuent également à réguler la formation des étoiles.

Certaines théories suggèrent que la formation d'étoiles dans l'univers primitif pourrait avoir été plus intense ou « en rafales » qu'on ne le pensait auparavant, conduisant à la croissance rapide de ces premières galaxies et à leur luminosité apparente.

D'autres suggèrent que des facteurs différents, tels que des quantités plus faibles de poussière galactique, une distribution plus importante des masses d'étoiles ou des contributions de phénomènes tels que des trous noirs actifs, pourraient être responsables de la luCes explications font appel à des changements dans la physique de la formation des galaxies pour expliquer les découvertes du JWST. Mais les scientifiques ont également envisagé des modifications des théories cosmologiques générales. Par exemple, l'abondance des galaxies précoces et brillantes pourrait s'expliquer en partie par un changement dans ce que l'on appelle le spectre de puissance de la matière. C'est une façon de décrire les différences de densité dans l'univers.

Un mécanisme possible pour parvenir à ce changement dans le spectre de puissance de la matière est un phénomène théorique appelé « énergie noire précoce ». Il s'agit de l'idée qu'une nouvelle source d'énergie cosmologique présentant des similitudes avec l'énergie noire aurait pu exister à des époques très anciennes, à un décalage vers le rouge de 3 000. C'est-à-dire avant l'émission du CMB et seulement 380 000 ans après le Big Bang.

Cette énergie noire précoce se serait rapidement désintégrée après l'étape de l'évolution de l'univers connue sous le nom de recombinaison. Curieusement, l'énergie noire précoce pourrait également atténuer la tension de Hubble – une divergence entre différentes estimations de l'âge de l'univers.

Un article publié en 2023 suggérait que les découvertes de galaxies du JWST nécessitaient que les scientifiques rallongent l'âge de l'univers de plusieurs milliards d'années.

Cependant, d'autres phénomènes pourraient expliquer les galaxies brillantes. Avant que les observations du JWST ne soient utilisées pour invoquer des changements dans les grandes idées de la cosmologie, une compréhension plus détaillée des processus physiques dans les galaxies est essentielle.

Le détenteur actuel du record de la galaxie la plus éloignée, identifiée par le JWST, s'appelle JADES-GS-z14-0. Les données recueillies jusqu'à présent indiquent que ces galaxies ont une grande diversité de propriétés différentes.

Certaines galaxies montrent des signes d'hébergement de trous noirs qui émettent de l'énergie, tandis que d'autres semblent être compatibles avec l'hébergement de jeunes populations d'étoiles sans poussière. Comme ces galaxies sont faibles et que leur observation est coûteuse (il faut des temps d'exposition de plusieurs heures), seules 20 galaxies pour lesquelles le décalage vers le rouge est supérieur à dix ont été observées par spectroscopie à ce jour, et il faudra des années pour constituer un échantillon statistique.

Un angle d'attaque différent pourrait être l'observation de galaxies à des époques cosmiques ultérieures, lorsque l'univers avait entre 1 et 2 milliards d'années (décalages vers le rouge compris entre 3 et 9). Les capacités du JWST donnent aux chercheurs accès à des indicateurs cruciaux des étoiles et du gaz de ces objets qui peuvent être utilisés pour contraindre l'histoire globale de la formation des galaxies.

Briser l'univers ?

Au cours de la première année de fonctionnement du JWST, on a affirmé que certaines des premières galaxies avaient des masses stellaires extrêmement élevées (les masses des étoiles qu'elles contenaient) et qu'un changement de cosmologie était nécessaire pour accueillir les galaxies brillantes qui existaient dans l'univers très primitif. On les a même surnommées galaxies « briseuses d'univers ».

Peu après, il est devenu clair que ces galaxies ne brisent pas l'univers, mais que leurs propriétés peuvent s'expliquer par une série de phénomènes différents. De meilleures données d'observation ont montré que les distances à certains objets étaient surestimées (ce qui a conduit à une surestimation de leurs masses stellaires).

L'émission de lumière de ces galaxies peut être alimentée par d'autres sources que les étoiles, comme les trous noirs en accrétion. Les hypothèses des modèles ou des simulations peuvent également conduire à des biais dans la masse totale des étoiles de ces galaxies.

Alors que le JWST poursuit sa mission, il aidera les scientifiques à affiner leurs modèles et à répondre à certaines des questions les plus fondamentales sur nos origines cosmiques. Il devrait dévoiler encore plus de secrets sur les premiers jours de l'univers, y compris l'énigme de ces galaxies brillantes et lointaines

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COMMENTAIRES

Le télescope spatial James Webb (JWST) est le télescope spatial le plus grand et le plus puissant construit à ce jour.,

Seulement voila : ce qu il nous fait connaitre   ne rentre pas bien sagement dans la connaisance actuelle !

 Depuis son lancement en décembre 2021, il a fourni des informations révolutionnaires. Il s'agit notamment de la découverte des galaxies les plus anciennes et les plus éloignées connues, qui existaient seulement 300 millions d'années après le Big Bang.N

Plus  clairement dit :nous trompons nouss  sur  l age de l univers ,sur l évaluation  de sa metrique  ;sur la technique de mesure des trés grandes distances ,ou   sur le sprocessus  de Big bang  ou de post Big bang ??????

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Provided by The Conversation 

This article is republished from The Conversation under a Creative Commons license. Read the original article.

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