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Surveillez les champs magnétiques stellaires : ils sont changeants

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Le cycle d’activité solaire de 11 ans est un phénomène bien connu, au cours duquel l’intensité du champ magnétique du Soleil varie et ses polarités s’inversent. Au cours des 30 dernières années, les astronomes ont identifié un comportement similaire pour plusieurs étoiles semblables au Soleil. Mais jusqu’à présent, aucune inversion de polarités magnétiques n’a été observée pour leurs homologues plus froides, les étoiles naines rouges. 

Une équipe internationale incluant des scientifiques du CNRS (voir encadré) vient de montrer que le champ magnétique de la naine rouge extrêmement active AD Leonis pourrait s’approcher d’un renversement de polarités. Ces données ont été obtenues à l’aide des instruments ESPaDOnS1 et SPIRou2 au Télescope Canada-France-Hawaii (TCFH) ainsi que NARVAL3 au Télescope Bernard Lyot (TBL). 

AD Leonis est une étoile naine rouge notoirement active, qui possède un champ magnétique environ 1000 fois plus intense que celui du Soleil. Bien que des indices de cycles d’activité existent, on ne sait pas encore si les naines rouges peuvent présenter des cycles magnétiques.

AD Leonis a été observée depuis 2006 avec les instruments ESPaDOnS et NARVAL, et depuis 2019 avec SPIRou. L’étude menée par Stefano Bellotti, doctorant à l’IRAP, montre que non seulement l’intensité du champ magnétique diminue continûment sur cette période, mais également que les pôles magnétiques de l’étoile ont commencé à basculer. Bien qu’une inversion de polarités n’ait pas eu lieu pendant les observations SPIRou, ces résultats indiquent que les naines rouges comme AD Leonis pourraient subir des cycles magnétiques, comme le Soleil. 

Ce résultat permet donc de mieux comprendre la génération du champ magnétique des étoiles plus froides que le Soleil. En outre, l’étude du champ magnétique des naines rouges ‒ cibles privilégiées pour la détection d’exoplanètes rocheuses semblables à la Terre ‒ est essentielle pour comprendre l’environnement spatial dans lequel les exoplanètes rocheuses orbitent. 

Le système optique du spectrographe SPIRou dans la salle blanche de l’IRAP/OMP à Toulouse. Crédit : S. Chastanet – Service communication OMP.
1. Le spectropolarimètre stellaire de nouvelle génération ESPaDOnS est un projet financé dans le cadre d'un partenariat entre la France (CNRS/INSU, Ministère de la Recherche, LATT - Observatoire Midi Pyrénées, Laboratoire d'Etudes Spatiales et d'Instrumentation en Astrophysique - Observatoire de Paris), le Canada (NSERC), le Télescope Canada-France-Hawaii et l'ESA (ESTEC/RSSD).
2. SPIRou est à la fois un spectropolarimètre et un velocimètre de haute précision fonctionnant dans le proche IR (0.98-2.35µm). SPIRou est un projet international, géré par un consortium réparti sur France, Canada, Suisse, Taiwan, Portugal, Brésil et Hawaii. Coté français 4 laboratoires sont impliqués au niveau technique : IRAP (Toulouse), IPAG (Grenoble), OHP/LAM (Marseille) et LESIA (Meudon).
3. Comme son jumeau ESPaDOnS, NARVAL est spectropolarimètre stellaire, développé au sein de l’Observatoire Midi-Pyrénées (OMP – CNES/CNRS/Météo France/IRD/UT3 Paul Sabatier), par les équipes scientifiques et techniques de l’Institut de recherche en astrophysique et planétologie (Irap/OMP – CNRS / CNES / UT3 Paul Sabatier), du Télescope Bernard Lyot (TBL) et les services communs de l’OMP.

Revue fortement à la baisse, la masse de la Voie lactée questionne la cosmologie

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La masse totale de la Voie Lactée est estimée à seulement 2,06 X 1011 masses solaires. Elle est donc réévaluée à la baisse, avec un facteur quatre à cinq fois moindre que des estimations antérieures qui la donnaient à 1012 masses solaires.

Cette nouvelle valeur a été obtenue grâce aux données du troisième catalogue du satellite Gaia paru en 2022, qui contient la totalité des trois composantes spatiales et des trois composantes de vitesses pour 1,8 milliards d’étoiles au sein de la Voie lactée.

La soutenable légèreté de la Voie lactée

Tirant partie de ces données, les chercheurs ont pu construire la courbe de rotation2 la plus précise jamais observée pour une galaxie spirale, en l’occurrence, la nôtre, et en déduire sa masse3. Avant Gaia, aucune courbe de rotation robuste n’avait pu être obtenue pour notre galaxie, à la différence de celles des galaxies spirales externes. Cela s’explique par notre position au sein de la Voie lactée, empêchant de distinguer précisément les mouvements et la distance des étoiles constituant son disque.

Dans l’étude qui parait le 27 septembre 2023 dans la revue Astronomy & Astrophysics, la courbe de rotation de notre galaxie se révèle atypique : elle n’est pas plate, à la différence de toutes celles mesurées pour les autres grandes galaxies spirales. Bien au contraire, au-delà du disque externe de la Galaxie, cette courbe se met à décroitre rapidement. En outre, cette décroissance de vitesse suit la prédiction dite « Képlérienne »4. 

Un tourbillon provoqué dans la cosmologie

Obtenir pour la Voie lactée une courbe de rotation en décroissance Képlérienne nécessite de replacer l’objet dans un contexte cosmologique.

En effet, l’une des grandes découvertes de l’astronomie moderne fut d’établir que les mouvements autour des grands disques des galaxies spirales étaient bien plus rapides que ceux attendus par une décroissance Képlérienne. Dans les années 1970, les astronomes Vera Rubin, à partir d’observations du gaz ionisé, et Albert Bosma (aujourd’hui chercheur émérite au LAM), grâce au gaz neutre, avaient montré que la vitesse de rotation des galaxies spirales restait constante, bien au-delà de leur disque optique. La conséquence directe de cette découverte avait été de proposer l’existence d’une matière sombre, additionnelle à la matière observable, se distribuant dans un halo entourant les disques des galaxies spirales et constituant la plus grande partie de la masse des galaxies. Sans cette matière sombre, les courbes de rotation devaient suivre une décroissance dite « Képlérienne », indiquant l’absence de matière à l’extérieur du disque optique.

C’est donc bien le cas de la Voie lactée. Comme la matière ordinaire (étoiles et gaz froid) est généralement estimée à un peu plus de 0,6 X 1011 masses solaires, la fraction de matière ordinaire représente un tiers de celle de la matière sombre, la masse de cette dernière étant seulement deux fois plus importante que celle de la matière ordinaire. Ce résultat constitue donc une révolution en cosmologie, puisque jusqu’à présent, il était convenu que la matière sombre, devait être au moins six fois plus abondante que la matière ordinaire.

Deux tentatives d’explication

Si la quasi-totalité des autres grandes galaxies spirales ne présentent pas de courbe de rotation avec une décroissance Képlérienne, pourquoi la nôtre serait-elle différente ?

La première possibilité pourrait venir du fait que la Voie Lactée est une galaxie ayant connu peu de perturbations liées aux collisions violentes entre galaxies, la dernière ayant eu lieu il y a environ 9 milliards d’années, contre une moyenne de 6 milliards d’années pour les galaxies spirales. Dans tous les cas, cela indique que la courbe de rotation obtenue pour la Voie Lactée est particulièrement précise, n’étant pas affectée par les résidus d’une si ancienne collision.

La seconde possibilité vient de la différence méthodologique entre la courbe de rotation obtenue à partir des données livrées en six dimensions par le satellite Gaia, et les mesures faites en gaz neutre pour la plupart des autres galaxies.

Ce travail ouvre la voie vers une réévaluation des courbes de rotation des grandes galaxies spirales et de leur contenu en matière ordinaire et sombre.

 

2. La courbe de rotation d’une galaxie représente la vitesse de rotation en fonction du rayon, comme le montre la figure.
3. Plus un corps est massif, plus les objets qui gravitent autour ont une vitesse élevée pour éviter leurs chutes.
4. Les satellites en orbite ont des vitesses qui suivent les lois de l’attraction universelle, dites "lois de Kepler". Plus un satellite est éloigné de son corps principal, plus sa vitesse de rotation est faible, car son éloignement implique une moindre force d’attraction gravitationnelle. Cette diminution de la vitesse est appelée « Képlérienne », et elle est observée par exemple, pour les planètes de notre système solaire.

Météorite du 10 septembre : 4 jours après la chute, les mesures par spectrométrie gamma sont déjà en cours !

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Le fragment de 300g de la météorite tombée dans le Cher le 10 septembre qui avait été confié au Muséum national d’Histoire naturelle pour analyse est depuis le 14 septembre dans l’un des spectromètres gamma (Figure 1) du Département de Physique Nucléaire et de Biophysique de l’Université Comenius (Bratislava, Slovaquie). L’équipe de l’Université Comenius est l’une des premières au monde ayant mis au point ce type de mesures dans les météorites et a une expérience de plus de trente ans dans leur interprétation.

Crédit : Pavel Povinec

Ces analyses ont pour objectif de mesurer les concentrations de certains noyaux radioactifs en détectant leurs désintégrations. En effet, de tels noyaux se désintègrent en émettant des photons de haute énergie (dits gamma) dont la longueur d’onde est caractéristique et qui peuvent être détectés. Or, le nombre de désintégrations par unité de temps (donc le nombre de gamma émis) est proportionnel à la concentration du noyau qui se désintègre. En mesurant les rayons gamma émis par la météorite, on peut donc déterminer les concentrations de certains éléments radioactifs.

Les noyaux qui nous intéressent sont ceux qui sont très instables c’est à dire, typiquement, ceux dont la concentration diminue d’un facteur deux en quelques jours à quelques années, une véritable course contre la montre ! De tels noyaux sont présents dans la météorite parce qu’ils y ont été « fabriqués » par les rayons cosmiques (des protons et autres particules de très haute énergie) qui irradiaient l’astéroïde qui la contenait tout au long de son voyage interplanétaire. Ces particules réagissent avec la matière en « cassant » des noyaux atomiques et en y produisant ainsi des noyaux plus petits. On appelle ces réactions nucléaires des réactions de spallation. Parmi les noyaux ainsi produits, certains sont radioactifs et ils vont se désintégrer, à tout moment de manière proportionnelle à leur concentration. Au bout d’un certain temps, un équilibre finit par s’établir pour les noyaux très instables : le nombre de désintégrations devient égal au nombre de productions par spallation. L’abondance d’un tel noyau ne dépend plus de la durée de l’irradiation, mais seulement de la dose de radiation qui pénètre jusqu’à l’échantillon, c’est à dire de sa position initiale dans l’astéroïde et de la taille de l’astéroïde. On comprend bien (Figure 2) que plus la future météorite était proche de la surface de l’astéroïde, plus la dose reçue à tout moment a été importante. En revanche, à profondeur égale, la dose reçue était moins importante si l’astéroïde était plus gros, car les rayons provenant de l’autre côté de l’astéroïde étaient arrêtés par l’épaisseur de matière qu’ils avaient à traverser.

Crédit : FRIPON

Mesurer dans une météorite l’abondance des noyaux radioactifs très instables qui y ont été produits par le rayonnement cosmique pendant son voyage interplanétaire à l’intérieur de l’astéroïde permet donc d’évaluer la taille de ce dernier avant son entrée dans l’atmosphère et de mieux comprendre comment il s’est fragmenté, ce qui est également très utile pour la modélisation du vol sombre.

Notons que les réactions de spallation induites par les rayons cosmiques produisent également des noyaux stables. Ceux-ci sont difficile à mesurer car ils sont « noyés » dans la masse des noyaux de même nature préexistants, sauf si ceux-ci étaient très peu abondants. C’est le cas des gaz rares. Ceux-ci sont peu abondants dans les roches et la quantité additionnelle produite par les rayons cosmiques devient significative. On peut donc la mesurer. Comme ces noyaux sont stables, ils s’accumulent dans le temps. Leur abondance dans la météorite dépend donc non seulement des conditions dans lesquelles elle a été irradiée (ce qui peut être déterminé à partir des noyaux instables), mais aussi de la durée de l’irradiation. Ajoutée à celle des noyaux instables, la mesure des gaz rares permet donc d’évaluer la durée du trajet interplanétaire de l’astéroïde à partir du moment où un impact l’a extrait de son corps parent. Bien entendu, les gaz rares seront également analysés dans la météorite du 10 septembre, mais comme ces derniers sont stables, il n’y a pas la même urgence à effectuer ces mesures !

Dans le cas présent la course contre la montre a débuté dès l’arrivée de la météorite sur Terre. La découverte très rapidement après sa chute et la remise d’un fragment pour analyses au MNHN a permis de commencer les mesures par spectrométrie gamma en un temps record (probablement même un record du monde !, une information à confirmer). Merci à Ludovic Ferrière (Musée d’Histoire naturelle de Vienne, Autriche) qui a sauté dans le premier avion pour pouvoir récupérer le fragment et l’acheminer au plus vite jusqu’à Bratislava en passant par Vienne où quelques observations ont été faites en route. Les paris sont lancés sur le type exact de météorite, une chondrite ordinaire de type H5 ?, les analyses à venir confirmeront (ou non)…

L’érosion des sols amplifiée par les activités humaines

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L’érosion des sols constitue une menace mondiale majeure touchant des milliards de personnes, en particulier dans les régions en développement. Alors que la crise environnementale s’aggrave, cette menace systémique pourrait encore augmenter, accentuant les vulnérabilités socio-économiques et environnementales de nombreux pays. Les activités humaines n’altèrent peut-être pas les mécanismes fondamentaux de l’érosion, mais elles en modifient significativement la vitesse, la fréquence et l’intensité. Dans ce contexte, la région de Brasília et la savane du Cerrado offrent un laboratoire naturel essentiel, non seulement en raison de la nécessité urgente de préserver cet écosystème fragile, mais aussi en raison des tensions entre la conservation de la nature et le développement humain.

Cette étude vise à mesurer les taux de processus naturels, notamment la dénudation et l’abaissement de la surface, qui façonnent l’évolution du paysage au centre du Brésil sur une longue période (103-106 ans), et à les comparer aux taux d’érosion accélérée par l’homme près de la capitale Brasília, au cours des dernières décennies. Pour ce faire, une approche multidisciplinaire combinant des nucléides cosmogéniques produits in situ (10Be et 21Ne) et atmosphériques (10Be), des radionucléides environnementaux à courte durée de vie (210Pb, 137Cs) ainsi que des modèles de perte de sol par érosion hydrique (RUSLE) a été mise en place. Cette approche a permis de comparer des zones naturelles (plateau couvert de Cerrado dans le parc national de Brasília) avec des terres altérées par les activités humaines (plateau déboisé en dehors du parc).

À travers une étude novatrice dans la région de Brasília, cette recherche démontre comment des activités agricoles récentes perturbent les processus géomorphologiques naturels, lentement établis au cours des dernières dizaines à centaine de milliers d’années, provoquant des taux d’érosion 160 fois plus élevés et mettant en péril la durabilité de la ressource sol. Bien que les estimations aient une certaine limitation spatiale, elles devraient contribuer à façonner des politiques de conservation efficaces pour le Cerrado brésilien et à renforcer la prise de conscience environnementale nécessaire en réponse à la crise actuelle.

Crédit : Siame et al.
Crédit : Siame et al.

 

Source : https://www.insu.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/lerosion-des-sols-amplifiee-par-les-activites-humaines

Un mois après son envol, la mission Euclid dévoile ses premières observations

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Un mois après le lancement d’Euclid, l’agence spatiale européenne (ESA), en collaboration avec le consortium Euclid dévoile les premières observations capturées par le satellite qui termine sa recette en vol. Il s’agit d’un premier pas pour le satellite, conçu pour percer les secrets de la matière noire et de l’énergie noire. Ces premières images permises par les deux instruments à bord, l’imageur visible VIS (VISible instrument) et le spectromètre infrarouge NISP (Near Infrared Spectro Photometer), révèlent de nombreux détails grâce à d’incroyables capacités d’imagerie et de spectrométrie. Le France est le premier contributeur aux participations du consortium Euclid qui bénéficie d’un très grand soutien du CNES sur toutes ses activités de management, de développement et de réalisation des instruments, ainsi que du traitement des données de la mission.

Ces deux instruments ont été développés par le consortium Euclid dirigé par la France, impliquant principalement le CNRS, le CEA et des université partenaires, et dont le responsable, Yannick Mellier, travaille à l’Institut d’astrophysique de Paris (CNRS/Sorbonne Université).

Le premier instrument est le NISP, un spectrophotomètre proche infrarouge, développé en étroite collaboration avec le CNES sous la responsabilité du Laboratoire d’astrophysique de Marseille (Aix-Marseille Université/CNES/CNRS) qui a notamment fourni la partie opto-mécanique. Il implique de nombreux partenaires internationaux, parmi lesquels en France trois autres laboratoires du CNRS et de ses partenaires – le Centre de physique des particules de Marseille (CNRS/Aix-Marseille Université) en charge du plan focal, l’Institut des deux infinis de Lyon (CNRS/ Université Claude Bernard Lyon 1) et le Laboratoire de physique subatomique et cosmologie (CNRS/Université Grenoble Alpes) en charge de la caractérisation des détecteurs – ainsi que le CEA qui a fourni les cryomoteurs. Cet instrument réalise à la fois des spectres et des images à travers des filtres de couleur, ce qui permet d’estimer les distances de millions de galaxies par deux méthodes – la spectroscopie et la photométrie – à partir de la mesure de redshifts (décalage vers le rouge) dans le but de dresser une carte de l’Univers en trois dimensions.

VIS est le deuxième instrument de la sonde. S’il est sous responsabilité anglaise, il bénéficie de trois importantes contributions françaises : le plan focal ainsi que le boitier électronique de contrôle des mécanismes et de puissance par le CEA et l’unité de calibration par l’Institut d’astrophysique spatiale (CNRS/ Université Paris-Saclay). VIS est conçu pour imager des galaxies dans le visible afin de mesurer avec une extrême précision, inaccessible avec les télescopes au sol, la forme des galaxies. L’analyse de ces images permet de déduire les déformations engendrées par les effets de lentille gravitationnels de la matière baryonique et de la matière noire présentes sur la ligne de visée. Les galaxies imagées par VIS seront également associées aux mesures de distances réalisées pas le NISP et de celles de 8 télescopes au sol. Les premières images scientifiques sont ainsi attendues fin 2023.

Premières observations disponibles ici : https://filesender.renater.fr/?s=download&token=aecda611-211e-41d0-a451-448b5cfd83d6

La mission Euclid est une mission principalement dédiée à la cosmologie, précisément sur l’étude de l’histoire de l’expansion et de la formation des grandes structures de l’Univers. Elle a pour but d’accroître nos connaissances sur deux composantes encore mystérieuses de notre Univers, l’énergie noire et la matière noire.

Développé pour explorer l’évolution de l’Univers sombre, Euclid créera une carte 3D de l’Univers, avec le temps comme troisième dimension, en observant des milliards de galaxies jusqu’à 10 milliards d’années-lumière et réparties sur un tiers du ciel.

En retraçant l’histoire de l’évolution de l’Univers au cours des 10 derniers milliards d’années, Euclid révélera comment il a grandi et s’est progressivement structuré, et quelle est la nature de l’accélération de l’expansion de l’Univers. Les astronomes pourront déduire de ces données, des propriétés de la gravité et de celles de l’énergie noire et de la matière noire, qui contribuent ensemble à 95 % du contenu énergétique de l’Univers.

L’ESA est responsable de la mission Euclid. Le consortium Euclid est en charge de la fourniture à l’ESA des instruments Euclid et de la partie majeure du Segment Sol Scientifique (SGS – Sciences Ground Segment). La NASA contribue à Euclid via la fourniture des détecteurs de vol de l’instrument NISP et de leur électronique de lecture. Le consortium Euclid regroupe aujourd’hui plus de 2 200 personnes (dont 425 en France) réparties dans 250 laboratoires (dont une trentaine en France) de 17 pays (Allemagne, Autriche, Belgique, Danemark, Espagne, Finlande, France, Italie, Norvège, Pays-Bas, Portugal, Roumanie, Royaume-Uni, Suisse, Canada et États-Unis, Japon). Sont impliqués au niveau de la France, le CNES, le CNRS et le CEA et les universités partenaires. Les principaux industriels impliqués sont Thales Alenia Space & Airbus Defence and Space, respectivement en charge du module de service et du module de charge utile. De nombreux industriels ont par ailleurs été impliqués dans la conception des instruments.

 

Source : https://presse.cnes.fr/fr/un-mois-apres-son-envol-la-mission-euclid-devoile-ses-premieres-observations

ERC Starting Grant 2023 – Projet SIESTA, Le rôle de la dormance microbienne en tant que régulateur écologique et biogéochimique sur Terre

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James Bradley, Chargé de recherche à l’Institut méditerranéen d’océanologie (MIO)

La vie microbienne a proliféré au cours des temps géologiques, survivant à des changements environnementaux longs et extrêmes, y compris des glaciations mondiales qui ont duré des millions d’années, et des changements radicaux du climat et de la géographie de la Terre. Les micro-organismes ont recours à la dormance, un état réversible d’activité métabolique réduite, pour persister et tolérer les changements défavorables de leur environnement. Les organismes en dormance se retirent de l’environnement actuel et s’intègrent à une banque de semences qui contribuera à la diversité et à la fonction des écosystèmes futurs. Cependant, nous manquons de connaissances fondamentales sur la prévalence, les déclencheurs et les échelles de temps de la dormance, et sur la manière dont ces facteurs affectent les écosystèmes et les bilans élémentaires. Le projet SIESTA financé par cette bourse européenne vise à connaître la prévalence et le rôle de la dormance microbienne en tant que régulateur écologique et biogéochimique sur Terre, et permettra ainsi de mieux comprendre comment la vie parvient à prospérer tout au long du changement global et conduit l’évolution planétaire.

 

Source : https://www.provence-corse.cnrs.fr/fr/personne/james-bradley