Archives pour mars 2021

SPHERE, vingt ans de défis et de réussites

9 mars 2021 by osuadmin

Le consortium SPHERE célèbre sa 100e publication scientifique, dont l’étude démographique des exoplanètes situées au-delà de l’orbite de Saturne.

L’imageur d’exoplanètes SPHERE (Spectro-Polarimetric High-Contraste Exo-planet REsearch) ¹ , actuellement installé et en fonctionnement au Very Large Telescope de l’ESO au Chili, est dédié à la détection et la caractérisation des exoplanètes géantes et des disques circumstellaires autour d’étoiles proches du Soleil. Ce projet représente une aventure scientifique, technologique et humaine débutée il y a déjà une vingtaine d’années. Son succès s’est construit sur des contraintes instrumentales strictes et des développements techniques innovants, comme l’optique adaptative extrême, la coronographie, la polarimétrie de haute précision et la spectroscopie intégrale de champ. Les différents sous-systèmes de SPHERE ont été conçus, construits et intégrés par un consortium de douze grands instituts européens ² sur plus d’une décennie lui permettant d’atteindre des performances inégalées sur le ciel. La figure 1 montre les principaux éléments de cette phase de conception et de construction.

En haut à gauche : SPHERE sur la plateforme Nasmyth du Very Large Telescope. En haut à droite : sous-systèmes SPHERE : SAXO, le système d’optique adaptative extrême, ZIMPOL, le polarimètre d’imagerie de Zurich, IFS, le spectrographe de champ intégral, et IRDIS, l’imageur et le spectrographe dans le proche infrarouge. En bas : Photos de la première lumière de SPHERE au printemps 2014 et implémentation supplémentaire : camion et SPHERE se dirigeant vers UT3, premier Light dans la salle de contrôle, installation du troisième miroir torique et fixation de l’enceinte SPHERE.

Après sa première lumière en mai 2014, SPHERE a été offert à la communauté européenne, et a rapidement obtenu des résultats scientifiques exceptionnels dans le domaine de la formation planétaire, de la démographie et des propriétés physiques des exoplanètes, mais aussi sur la caractérisation des corps mineurs du système solaire, l’environnement des étoiles évoluées, et même l’étude des noyaux galactiques actifs ³. Le consortium SPHERE a joué un rôle majeur dans ce succès et célèbre aujourd’hui la parution d’une série de trois articles dans la revue Astronomy & Astrophysics présentant la première phase de l’étude démographique des exoplanètes au-delà de 10 au c’est-à-dire au delà de l’orbite de Saturne ⁴, dont sa 100e publication scientifique ⁵. Ces travaux représentent une étape importante pour le consortium SPHERE rendue possible par l’investissement de tous les membres et instituts qui ont contribué avec succès à ce projet, de la phase de conception, de construction, jusqu’à celle d’exploitation scientifique au cours des cinq dernières années. Le projet SPHERE a permis de former une nouvelle génération de jeunes ingénieurs et scientifiques et positionne nos équipes européennes à la pointe de ce domaine majeur de l’astrophysique. Grâce à l’ensemble des travaux menés par le consortium SPHERE, la communauté associée se trouvera à l’avant-garde des développements d’imagerie à haut contraste pour préparer l’exploitation de futurs projets au sol sur la classe des grands télescopes de 10 à 40.

Galerie de résultats astrophysiques d’exoplanètes, de disques, d’étoiles jeunes et évoluées publiés par le consortium SPHERE depuis la première lumière de SPHERE en mai 2014.

L’implication du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM) sur SPHERE

Le Laboratoire d’Astrophysique de Marseille a été chargé de la construction du sous-système InfraRed Dual-band Imager and Spectrograph (IRDIS), ainsi que de l’étude du système globale. IRDIS a été conçu, fabriqué, et intégré par les ingénieurs et techniciens des départements optique et mécanique du LAM. L’équipe R&D en optique du LAM, assistée par les services techniques, a également créé les miroirs toriques, au cœur de l’optique de l’instrument SPHERE. En partenariat avec l’IPAG, le LAM a développé les détecteurs ultra-rapides qui équipent le capteur de front d’onde du système d’optique adaptative. Scientifiquement, le LAM a été très fortement impliqué dans les principaux relevés d’imagerie d’exoplanètes SHINE et sur les disques.

Le CeSAM (Centre de donnéeS Astrophysiques de Marseille) du LAM est également responsable de la base de données SPHERE-DC-DIVA+ (http://cesam.lam.fr/diva/) qui contient les produits réduits de l’enquête SHINE (resp. H. LeCoroller).

Le LAM collabore étroitement avec l’ONERA qui a été chargé de la construction de l’optique adaptative extrême (SAXO) qui corrige les perturbations atmosphériques avec une précision sans précédent.

Les principales personnes du LAM impliquées dans SPHERE sont J.-L. Beuzit (PI), H. Le Coroller / C. Moutou (CO-Is), M. Langlois (Coordinateur Scientifique), A. Vigan (Coordinateur Scientifique), K. Dohlen (Ingénieur Système & IRDIS), D. Le Mignant (Chef de Projet IRDIS), P. Blanchard, M. Carle, A. Costille, C. Gry, E. Hugot, M. Jaquet, M. Llored, F. Madec, A. Origné, M. Saisse, A. Zurlo.

Les principaux intervenant de l’ONERA sur SAXO sont T. Fusco, J.-F. Sauvage, C. Petit avec le soutien du département d’optique de l’ONERA.

1. SPHERE pour Spectro-Polarimètre à Haut contrastE pour la Recherche d’Exoplanètes (Spectro-Polarimetric High-contrast Exo-planet REsearch)

2. IPAG : Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble, LAM : Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, LESIA : Laboratoire d’études spatiales et d’instrumentation en astrophysique, Paris, MPIA : Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, INAF : Instituto Nationale di Astrofisica, INAF-OAPD : Observatorio Astronomico di Padova, ONERA : The French Aerospace Lab, Paris, LAGRANGE : Laboratoire Lagrange, Nice, Anton Pannekoek Institute for Astronomy, ETH Zurich, ASTRON : Netherlands Institute for Radio Astronomy, Observatoire de Genève

3. Communiqués de presse ESO émanant du consortium : Première lumière pour l’imageur d’exoplanètes SPHERE (mai 2015), ESO-PR-1417, https://www.eso.org/public/news/eso1417/ Des ondulations mystérieuses ont été retrouvées en course à travers un disque formant une planète (Oct 2015), ESO-PR-1538, https://www.eso.org/public/usa/news/eso1538 Sculpter des Jeunes Systèmes Solaires (Novembre 2016), ESO-PR-1640 https://www.eso.org/public/news/eso1640/ SPHERE dévoile sa première exoplanète (Juillet 2017), ESO-ANN-17041, https://www.eso.org/public/announcements/ann17041/ SPHERE révèle un zoo fascinant de disques autour de jeunes stars (avril 2018), ESO-PR-1811, https://www.eso.org/public/news/eso1811/ Première image confirmée d’une planète nouveau-née capturée avec le VLT de l’ESO (juillet 2018), https://www.eso.org/public/news/eso1821/ Superbe Time-lapse d’exoplanètes (novembre 2018), ESO-POTW-1846, https://www.eso.org/public/images/potw1846a/ Cartographie des ombres projetées sur un disque protoplanétaire par un système binaire proche (Nov 2018), INAF-PR-20181126, https://www.media.inaf.it/2018/11/26/spherea-v4046-sgr/ Danser avec l’ennemi (Dec 2018), ESO-PR-1840, https://www.eso.org/public/news/eso1840/

4. Un programme scientifique clé de SPHERE est le programme SHINE (SpHere Infrared survey for Exoplanets) lancé en 2015 et représentant plus de 200 nuits de levés à grande échelle au VLT. SHINE est sur le point d’achever cette entreprise avec une exploration systématique d’environ 500 étoiles jeunes et proches qui représentent des laboratoires idéaux pour l’étude de la formation et de l’évolution des planètes. Les principaux moteurs scientifiques sont : i / explorer l’occurrence de planètes géantes au-delà typiquement de l’orbite de Saturne (> 10 au) dans les régions externes des systèmes exoplanétaires, ii / l’exploration de l’architecture des jeunes systèmes planétaires, et iii / la caractérisation de les propriétés physiques et atmosphériques des jeunes Jupiters. Dans ce cadre, une première série de trois articles scientifiques publiés dans la revue “Astronomy & Astrophysics” présente les premiers résultats sur les 150 premières jeunes étoiles proches explorées avec SHINE. Desidera, Chauvin, Bonavita, Messina, LeCoroller et al., A&A, (2021), arXiv:2103.04366 : The SPHERE infrared survey for exoplanets (SHINE) : I- Sample definition and target characterization (https://arxiv.org/abs/2103.04366) Langlois, Gratton, Lagrange, Delorme, Boccaletti et al., A&A (2021), arXiv:2103.03976 : The SPHERE infrared survey for exoplanets (SHINE) : II- Observations, Data reduction and analysis, Detection performances and early-results (https://arxiv.org/abs/2103.03976) Vigan, Fontanive, Meyer, Biller, Bonavita et al., A&A (2020), arXiv:2007.06573 : The SPHERE infrared survey for exoplanets (SHINE) : III- The demographics of young giant exoplanets below 300 au with SPHERE (https://arxiv.org/abs/2007.06573)

5. The 100th publication of the SPHERE consortium is : Langlois, Gratton, Lagrange, Delorme, Boccaletti et al., A&A (2021), arXiv:2103.03976 : The SPHERE infrared survey for exoplanets (SHINE) : II- Observations, Data reduction and analysis, Detection performances and early-results (https://arxiv.org/abs/2103.03976)

Les origines de Titan et d’Encelade enfin dévoilées

15 mars 2021 by osuadmin

Une équipe internationale de chercheurs vient de déterminer l’origine des briques constitutives de Titan et d’Encelade, les lunes de Saturne les plus intéressantes d’un point de vue astrobiologique, et qui font actuellement l’objet de plusieurs projets d’exploration robotique. Leur travail a permis d’apporter de nouvelles contraintes sur les conditions de formation des solides nécessaires à la construction de ces lunes.

La composition des lunes de Saturne est déterminée par l’emplacement des lignes de condensation (ou lignes des glaces) des divers composés volatils au sein de sa subnébuleuse – disque de gaz et de poussières apparu autour de la planète géante au terme de sa formation. En simulant l’évolution thermodynamique de ce disque et le transport des principales espèces chimiques en son sein, les scientifiques ont montré que les briques constitutives de Titan et d’Encelade se sont agglomérées entre la ligne de glace de monoxyde de carbone et celle correspondant à la cristallisation de l’hydrate de méthane, sorte de glace composée de cages d’eau emprisonnant certains composés volatils.

Les chercheurs ont également démontré que la subnébuleuse de Saturne avait bénéficié d’un approvisionnement constant en nouveaux solides pour former les lunes. En l’absence d’un tel approvisionnement, les solides seraient tombés sur Saturne avant qu’ils n’aient eu le temps de participer à la formation des lunes environnantes. L’emplacement idéal de cette source de solides dans la subnébuleuse de Saturne était localisé plus loin que les orbites actuelles de Titan et d’Encelade.

Ce résultat permet à l’équipe de chercheurs de suggérer que les briques constitutives de Titan et d’Encelade se sont agglomérées plus loin que leurs orbites actuelles autour de Saturne. L’étude démontre aussi l’intérêt d’envoyer une mission robotique dédiée à la mesure de la composition chimique et isotopique de ces lunes afin de mieux connaitre leurs conditions de formation.


Zone de formation des briques constitutives de Titan et d’Encelade dans la subnébuleuse de Saturne.: Crédit : Sarah E. Anderson

Voir en ligne : La brève sur le site de l’INSU

Séisme du 29 décembre 2020 en Croatie : les premières observations de terrain

16 mars 2021 by osuadmin

Une équipe composée d’une vingtaine de chercheurs européens s’est rendue sur le lieu du séisme de magnitude 6,4 qui s’est produit le 29 décembre 2020 en Croatie. La zone épicentrale est située à 40 km au sud de Zagreb, capitale du pays. Leurs observations montrent que ce séisme a engendré une rupture co-sismique (3 à 40 cm de déplacement observé) sur une faille décrochante dextre, la faille de Petrinja, située sur le bord ouest du bassin sédimentaire Pannonien. Cela signifie que la surface terrestre s’est disloquée sous l’effet de la propagation des ondes sismiques et que, de part et d’autre du plan de faille, les compartiments rocheux ont coulissé de gauche et à droite. En Europe, il existe très peu d’exemples de ruptures co-sismiques visibles dans le paysage.

Les ruptures de surface observées se localisent le long d’une faille ayant une signature morphologique claire, marquée par plusieurs décalages dextres cumulés d’amplitudes allant de 5-6 m à environ 200 m. Ces décalages suggèrent une activité Quaternaire à Holocène, potentiellement associée à des séismes similaires. L’activité de cette faille était jusqu’à présent très peu connue, bien qu’un séisme majeur de magnitude 5,8 ait eu lieu en 1909 à environ 30 km au nord-ouest de Petrinja. L’ensemble du Bassin Pannonien s’est structuré lors de phases géodynamiques distinctes depuis le début du Miocène il y a environ 25 millions d’années (Fodor et al., 1999), exprimées aujourd’hui par un héritage tectonique important, avec de nombreuses failles d’orientations variables. L’activité sismogénique actuelle reflète très probablement une phase géodynamique très récente (essentiellement Quaternaire, Bada et al., 2007), dont l’expression géologique est « noyée » dans les phases plus anciennes. L’occurrence des séismes de 1909 et 2020 illustre donc la nécessité de cartographier rigoureusement les failles actives de cette région et de contraindre leur potentiel sismogénique. Si le séisme du 29 décembre confirme la capacité de la faille de Petrinja à générer des séismes de magnitude 6.5 (Basili et al., 2013), sa vitesse estimée entre 0,08 et 0,2 mm/an par la base de données européenne (EDSF) reste aujourd’hui peu contrainte.

Cette mission, qui a bénéficié du soutien financier de l’INSU dans le cadre de la cellule post-sismique, marque le début d’une collaboration à plus long terme avec les Croates et collègues européens, impliquant plusieurs laboratoires de l’INSU dont le CEREGE, ENS-Lyon, ISTerre et l’IRSN.


Carte des failles actives susceptibles de produire des séismes, cartographiées à partir des images satellitaires, de la topographie et des données de terrain.: Crédit : Images satellites

: Gauche : Vue en coupe du glissement latéral associé au séisme, avoisinant 40 cm cumulés sur 2 ruptures co-sismiques. Droite : Vue de drone de la rupture co-sismique. Le décalage dextre atteint ≈ 30 cm et on observe une ouverture pluri-centimétrique.

Crédit : Lucilla Benedetti (CEREGE) / Francesco Iezzi (Univ. Chieti)