Univers

Nouvelle image de Vesta avec SPHERE

3 juin 2018 by osuadmin

Entre Mars et Jupiter, la ceinture d’astéroïdes est pleine de corps rocheux et de débris. Malgré sa nature morcelée et fragmentée, la masse totale contenue dans la ceinture est considérable – environ quatre pour cent de celle de la Lune ! La majorité de cette masse est contenue dans deux corps distincts : Ceres, une planète naine constitue un tiers de la masse de la ceinture ; l’astéroïde Vesta en détient environ neuf pour cent. Vesta est photographiée ici.

Vesta a été récemment observée par l’instrument SPHERE/ZIMPOL sur le Very Large Telescope (VLT) de l’ESO – l’image SPHERE est montrée à gauche après déconvolution avec l’algorithme MISTRAL (Fusco et al. 2003 ; Fetick et al. en preparation), avec une vue synthétique dérivée des données spatiales, montrée à droite pour comparaison. SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch instrument) est un puissant instrument pour la recherche et la photographie de planètes. ZIMPOL est l’un de ses sous-systèmes : une caméra spécialisée parfaitement adaptée à la prise d’images très détaillées de petits objets – comme Vesta.

L’image synthétique a été générée à l’aide d’un outil développé pour les missions spatiales appelé OASIS. Des facteurs tels que la réflectance de la surface de Vesta et les conditions géométriques des observations VLT / SPHERE ont été pris en compte par OASIS, qui a utilisé un modèle 3D de la forme de Vesta basé sur des images de la sonde spatiale Dawn de la NASA (qui a photographié Vesta pendant 14 mois entre 2011 et 2012).

L’image de SPHERE de Vesta est impressionnante étant donné la séparation entre la Terre et Vesta, et la petite taille de l’astéroïde – il est deux fois plus éloigné du Soleil que notre planète et a un diamètre moyen de seulement 525 kilomètres. Elle montre les principales caractéristiques de Vesta : le bassin d’impact géant au pôle sud de Vesta et la montagne en bas à droite. Il s’agit du sommet central du bassin de Rheasilvia, d’environ 22 kilomètres de haut, soit deux fois plus haut que la plus haute montagne de notre planète, Mauna Kea, qui s’élève à environ 10 kilomètres au-dessus bassin océanique du Pacifique et le gigantesque volcan martien Olympus Mons.

Première lumière pour SPIRou, le chasseur d’exoplanètes

25 mai 2018 by osuadmin

SPIRou, le nouveau spectropolarimètre et chasseur de planètes développé pour le télescope Canada-France-Hawaï (TCFH), vient de collecter avec succès sa première lumière d’étoile. Dix ans après sa conception et au terme de quatre mois intensifs d’installation au TCFH, cet instrument international porté par la France va bientôt pouvoir débuter ses missions scientifiques : la détection d’exoplanètes autour de naines rouges voisines du Système solaire et l’étude des étoiles et des planètes naissantes. La conception et la construction de SPIRou a impliqué de nombreux laboratoires français. Il a ensuite été intégré à l’Irap ¹ (CNRS/CNES/Université de Toulouse III – Paul Sabatier) avant d’être livré à Hawaii.

Après avoir démontré ses performances à l’Irap, l’instrument a été méthodiquement démonté et mis en caisses par des équipes du CNRS, avant d’être expédié puis ré-assemblé au TCFH, nécessitant un réglage des optiques du spectrographe à une précision micrométrique. Une décennie d’efforts qui s’est avérée payante le 24 avril 2018 lorsque SPIRou a enregistré pour la première fois la lumière d’une étoile collectée par le télescope, AD Leonis, située dans la constellation du Lion et distante d’environ 16 années-lumière de la Terre. La forte activité d’AD Leonis, ses éruptions extraordinairement énergétiques et les perturbations spectrales qui en découlent confèrent à cette étoile un intérêt évident pour ces premiers tests sur le ciel, lors desquels SPIRou a pu détecter et mesurer le champ magnétique présent à sa surface.

Au cours des quelques nuits consacrées à cette première validation sur le ciel, SPIRou a réalisé une impressionnante moisson de 440 spectres, démontrant au passage plusieurs de ses nouvelles capacités. SPIRou a notamment observé des étoiles beaucoup plus froides que le Soleil, baptisées naines rouges – une population stellaire qui inclut la plupart des étoiles proches du Système solaire, et que SPIRou scrutera avec attention lors de son grand programme d’observation à la découverte des systèmes planétaires voisins du nôtre. SPIRou a également observé plusieurs étoiles chaudes, dont le spectre infrarouge révèle essentiellement des raies telluriques induites par l’atmosphère terrestre. Identifier et filtrer ces raies telluriques des spectres collectés est une étape essentielle pour décoder la lumière des étoiles et déchiffrer les informations qu’elle contient, notamment sur la présence d’un système planétaire.

Pour détecter des systèmes planétaires, SPIRou met en œuvre une technique, la vélocimétrie, capable de révéler par effet Doppler les minuscules fluctuations de vitesse des étoiles qui témoignent de la présence de planètes en orbite. SPIRou doit jouer un rôle clé dans les futurs programmes de caractérisation des systèmes planétaires voisins du notre, en coordination avec d’autres instruments au sol ou dans l’espace comme les satellites Tess de la Nasa et Plato de l’ESA, le futur télescope spatial James Webb (Nasa/ESA), ou le grand télescope européen ELT.

Après le transport par le CNRS des dix tonnes de matériel de Toulouse à Hawaii, SPIRou a été installé et ré-assemblé au troisième étage du télescope par une équipe d’ingénieurs et de spécialistes français et canadiens, avec l’appui logistique et technique du TCFH. Une opération nécessitant la plus grande précision : refroidi à une température de 200°C au-dessous de zéro, le spectrographe de SPIRou est régulé thermiquement à une précision d’un millième de degré afin de pouvoir détecter les infimes signatures spectrales induites dans la lumière des étoiles par la présence de planètes. Après l’installation de son détecteur infrarouge de dernière génération (un H4RG TIS), SPIRou a été refroidi pour une nouvelle session intensive de tests en laboratoire et sur le ciel, en préparation de son grand programme d’exploration des naines rouges et des pouponnières stellaires qui débutera cet automne.

SPIRou a été conçu, financé et construit grâce à un consortium international d’instituts de recherche, de laboratoires et d’universités. En France, il implique le CNRS, l’université de Toulouse III – Paul Sabatier, l’université Grenoble Alpes, Aix-Marseille Université et la Région Ile-de-France pour son financement, ainsi que plusieurs laboratoires et observatoires des sciences de l’Univers qui en dépendent :

l’Irap (CNRS/CNES/Université de Toulouse III – Paul Sabatier),
l’Ipag (CNRS/Université Grenoble Alpes),
le LAM (CNRS/CNES/Aix-Marseille Université),
l’IAP (CNRS/Sorbonne Université)
l’Observatoire Midi-Pyrénées (CNRS/UPS/IRD/CNES/Météo-France)
l’Observatoire de Haute-Provence (CNRS/CNES/AMU),
l’Observatoire des sciences de l’Univers de Grenoble (CNRS/Université Grenoble Alpes/IRD/Météo France/Irstea)
l’institut Pythéas (CNRS/CNES/AMU), Le consortium implique également le Canada, la Suisse, le Brésil, Taiwan, le Portugal et bien sûr le TCFH.

Portion d’un spectre SPIRou de l’étoile AD Leonis, collecté lors des premières observations nocturnes de l’instrument. Crédit : équipe SPIRou

Vue d’ensemble du spectrographe SPIRou et de ses composants optiques, avant fermeture de son enceinte cryogénique. Crédit : S. Chastanet – CNRS/OMP

1. Institut de recherche en astrophysique et planétologie (CNRS/CNES/Université de Toulouse III - Paul Sabatier), qui fait partie de l’Observatoire Midi-Pyrénées (OMP).

Le rôle primordial de Saturne dans la formation des lunes de Jupiter

3 mai 2018 by osuadmin

Jupiter possède quatre satellites massifs (Io, Europe, Ganymède et Callisto) qui sont supposés s’être formés dans un disque gazeux autour de Jupiter, de manière analogue aux planètes du système solaire autour du Soleil. A ce jour, la question de l’origine des satellites n’est toujours pas résolue. Une étude menée par des chercheurs du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM-CNRS, CNES, Aix-Marseille Université) montre que la formation de Saturne a permis d’implanter une quantité considérable de planétésimaux dans le disque entourant Jupiter, permettant ainsi la formation de quatre lunes massives. L’étude montre par ailleurs que certains planétésimaux dispersés par Saturne se sont également retrouvés implantés dans la ceinture principale d’astéroïdes, expliquant ainsi pourquoi beaucoup d’entre eux sont riches en glace.

Dans les derniers instants de sa formation, une planète géante telle que Jupiter est assez massive pour nettoyer son orbite et creuser un sillon dans le gaz de la nébuleuse protosolaire. Dans ce contexte, il est difficile d’expliquer la formation de lunes massives comme les satellites Galiléens car le disque entourant Jupiter se trouve privé des principales sources d’approvisionnement en matériaux solides qui sont nécessaires à la construction des lunes.

Dans une étude à paraître dans The Astronomical Journal, une équipe franco-américaine menée par des chercheurs du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM-CNRS, CNES, Aix-Marseille Université) montre que la formation de Saturne a joué un rôle crucial dans l’apport de corps solides dans le disque entourant Jupiter, permettant ainsi la formation des satellites Galiléens. A partir de simulations numériques, ces chercheurs ont montré que Saturne disperse les planétésimaux ¹ qui l’entourent, et que certains d’entre eux sont finalement capturés dans le disque entourant Jupiter. Les simulations révèlent également que des planétésimaux sont envoyés vers le système solaire interne, dans la région deformation des planètes telluriques et la ceinture d’astéroïdes. Ces objets ont donc pu jouer un rôle dans l’apport d’eau sur Terre et expliqueraient la présence de certains astéroïdes riches en eau dans la ceinture principale sans pour autant invoquer une migration importante de Jupiter.

Si le scénario proposé s’avère correct, les satellites Galiléens pourraient posséder des signatures isotopiques semblables à celles de certaines météorites primitives collectées sur Terre et qui pourraient être mesurées par de futures missions d’exploration du système jovien telles que la mission JUICE de l’ESA ou Europa-Clipper de la NASA. Une autre implication importante de ce scénario est que la présence de satellites massifs autour d’une planète serait liée à l’existence d’autres planètes dans le système, une donnée importante à prendre en compte dans la recherche d’analogues aux Galiléens dans les systèmes extrasolaires.

1. Astéroïdes primordiaux à partir desquels les corps du système solaire se sont formés.

Mercure, le cas particulier du système solaire, ne serait pas un cas unique !

28 mars 2018 by osuadmin

Une équipe internationale d’astronomes pilotée par un chercheur au Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM – CNRS, CNES, Aix-Marseille Université) dévoile pour la première fois une planète extrasolaire dont la structure serait très proche de celle de Mercure – le cas particulier toujours inexpliqué du système solaire. C’est en utilisant les données de la mission K2 du télescope spatial Kepler de la NASA et du télescope HARPS de l’Observatoire de La Silla de l’ESO au Chili que cette équipe a pu faire cette étonnante découverte dont les détails sont publiés dans la revue Nature Astronomy du 26 mars 2018.

La structure interne de Mercure reste un mystère pour les astronomes. En effet, contrairement à Vénus, la Terre et Mars, Mercure est composée pour 70% de son noyau et 30% de son manteau. Des proportions quasiment inverses à celle des autres planètes telluriques du système solaire. Jusqu’à ce jour aucune autre planète connue ne présentait des caractéristiques similaires.

En utilisant les données de la mission K2 du télescope spatial Kepler de la NASA – qui permet de mesurer le rayon des planètes – et du spectrographe HARPS de l’Observatoire de La Silla de l’ESO – qui permet de mesurer leur masse- une équipe d’astronomes vient de mettre à jour une planète dont la structure interne semble bien être très proche de celle de Mercure.

Cette planète appelée K2 229 b, aussi surnommée « Freddy » par l’équipe, orbite autour de son étoile en 14 heures et a une masse d’environ 2,6 masses terrestres. « A partir de sa masse et son rayon, grâce au modèle de structure interne développé au LAM, nous sommes aujourd’hui en mesure de déterminer sa composition » explique Alexandre Santerne, premier auteur de l’article scientifique, chercheur au Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (CNRS, Aix-Marseille Université).

« Selon nos calculs « Freddy » est une planète extrêmement dense. C’est une planète bien plus grosse que Mercure dont la structure interne présente des similitudes avec un noyau très volumineux et un fin manteau » précise Bastien Burgger, un des auteurs de l’article, doctorant au Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (CNRS, Aix-Marseille Université « Fait étrange, d’après la composition chimique de son étoile, très semblable au Soleil, on s’attendait à ce que sa composition soit comme celle de la Terre. »

En étudiant cette planète et son environnement, les astronomes vont essayer de comprendre le scénario qui a conduit à sa formation et donc peut être aussi de mieux comprendre comment Mercure a pu se former.

A la veille du lancement de la mission spatiale de l’ESA Bepi Colombo, dont l’objectif sera d’étudier Mercure en détail, cette découverte vient encore renforcer la conviction des scientifiques que l’étude des systèmes exoplanètaires peut considérablement les aider à comprendre comment notre système solaire s’est formé. Ils pourront ainsi probablement prochainement croiser les données fournies par Bepi Colombo avec ce qu’ils connaitront de Freddy.

L’instrument SPHERE révèle les petits mondes rocheux et glacés de notre système solaire

4 décembre 2017 by osuadmin

Ces images ont été prises par l’instrument SPHERE installé au Very Large Telescope (VLT) de l’observatoire de Paranal de l’ESO au Chili. Ces images étonnamment détaillées révèlent quatre astéroïdes de la ceinture principale d’astéroïdes située entre Mars et Jupiter, une région qui sépare les planètes rocheuses du système solaire interne des planètes gazeuses et glacées du système solaire externe.

Les astéroïdes présentés ici sont respectivement (dans le sens des aiguilles d’une montre en partant du haut à gauche) (29) Amphitrite, (324) Bamberga, (2) Pallas et (89) Julie. Nommé d’après la déesse grecque Pallas Athena, (2) Pallas possède un diamètre d’environ 510 kilomètres et il représente environ 7% de la masse de la ceinture principale – si pesant qu’il était classifié auparavant comme une planète.

**L’instrument SPHERE révèle les petits mondes rocheux et glacés de notre système solaire**
Images prises par l’instrument SPHERE installé au Very Large Telescope (VLT) de l’observatoire de Paranal de l’ESO au Chili.
*Crédit: ESO/Vernazza et al*

Avec un diamètre environ trois fois plus petit que celui de Pallas, (89) Julie est appelé ainsi en honneur de sainte Julie. Sa composition rocheuse a conduit à sa classification comme un astéroïde de type S. (29) Amphitrite, découvert en 1854, est également un astéroïde de type S. (324) Bamberga, bien qu’étant un des plus gros astéroïdes de type C de la ceinture principale avec un diamètre d’environ 220 kilomètres, ne fut découvert que tardivement en 1892 par Johann Palisa. Aujourd’hui, on pense que les astéroïdes de type C ne se seraient pas formés in situ mais plus vraisemblablement dans le système solaire externe au delà de Jupiter. Ces derniers auraient atterri dans la ceinture principale à la suite de la migration des planètes géantes. Il en découle que ces objets pourraient être riche en glace.

Bien que la ceinture d’astéroïdes est souvent représentée dans la science-fiction comme un endroit de violentes collions, pleine de grandes roches trop dangereuses même pour le meilleur pilote de vaisseau spatial, c’est en fait un endroit peu dense. Au total la ceinture d’astéroïdes ne contient que 4% de la masse de la Lune, dont environ la moitié est contenue dans ses quatre résidents principaux : Cérès, (4) Vesta, (2) Pallas et (10) Hygie.

Ces images collectées ne sont que le début d’une aventure qui va durer deux ans. En effet, les quarante plus gros astéroïdes de la ceinture principale vont être imagés avec SPHERE grâce à un large programme ESO piloté par Pierre Vernazza du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (CNRS, Aix-Marseille Université). Ces données permettront de contraindre la densité de ces objets (et ainsi leur structure interne) ainsi que la morphologie de leur surface. Elles permettront à terme de mieux comprendre l’origine de la diversité de la ceinture d’astéroïdes.

Le James Webb Space Telescope (JWST) n’a pas froid aux yeux

20 novembre 2017 by osuadmin

Alors que le James Webb Space Telescope (JWST) sort de la plus grande cuve cryogénique du monde, une étape cruciale pour le télescope et ses instruments a été franchie avec la réussite des tests cryogéniques. Au sein d’un consortium international, la France, en particulier le CEA, le CNRS et le CNES, a joué un rôle clé pour fournir au successeur de Hubble et Spitzer son imageur infrarouge, MIRIM, lui permettant d’obtenir des images dans une gamme de 5 à 28 microns de longueur d’onde.

Une équipe française a participé aux tests en grandeur réelle du James Webb Space Telescope (JWST), le successeur du Hubble Space Telescope. Le JWST est un programme conduit par la NASA auquel participent l’Europe (à travers l’Agence spatiale européenne, l’ESA) et le Canada.

À l’occasion de ces tests cryogéniques qui ont débuté le 22 août et se sont terminés le 26 septembre, le télescope et ses instruments étaient installés dans la gigantesque cuve cryogénique du centre spatial de la NASA à Houston aux États-Unis. C’est la seule cuve au monde d’une taille suffisante pour permettre les tests cryogéniques d’un télescope dont le miroir fait 6,5 mètres de diamètre (en comparaison, le miroir de Hubble ne mesurait que 2,4 mètres de diamètre). Puis, le JWST a été lentement réchauffé et remis sous pression pour permettre la réouverture de la cuve.

À l’intérieur de la cuve, la température est abaissée jusqu’à – 253°C. Elle est également équipée d’un « simulateur d’étoiles », un dispositif constitué d’une fibre optique infrarouge qui permet de vérifier la bonne qualité optique et l’alignement du miroir du JWST en confrontant les images obtenues à celles attendues par la simulation. Les tests ont montré le bon alignement optique entre le télescope et les instruments, point clef pour atteindre les performances attendues. C’est la première fois que l’ensemble, télescope et instruments, était testé. Les instruments avaient déjà été testés préalablement, mais indépendamment du télescope, lors d’une série de 3 tests cryogéniques réalisés au cours des années 2013 – 2016 dans une cuve plus petite au centre de vol spatial Goddard de la NASA, à Greenbelt (Maryland, États-Unis). « Plusieurs laboratoires français, ont fortement contribué à l’un des quatre instruments qui équipent le JWST, l’instrument MIRI (Mid-InfraRed Instrument) et plus précisément à son imageur appelé MIRIM », explique Anne Peyroche, présidente du CNRS. Ce sont les laboratoires Lesia (Observatoire de Paris-CNRS-UPMC -Université Paris Diderot), LAM (CNRS-AMU), IAS (CNRS-Université Paris Sud) et AIM (CEA-CNRS-Université Paris Diderot), sous la maîtrise d’œuvre CEA (via son Institut de Recherche sur les lois Fondamentales de l’Univers) et maîtrise d’ouvrage CNES.

« Allô Houston » : D’Apollo au JWST La cuve à Houston, qui accueille le JWST pour ces tests cryogéniques, présente également une riche histoire scientifique et une forte valeur symbolique quant à l’avancée des sciences et techniques humaines. Cette « chambre A » du Johnson Space Center de la NASA fut en effet initialement développée dans le cadre du programme Apollo. Elle a été profondément réaménagée pour permettre de reproduire les difficiles conditions environnementales que le JWST va rencontrer une fois dans l’espace. Les experts français du CEA et du CNRS viennent de participer à la série de tests qui a eu lieu dans cette cuve.

Aujourd’hui, ce voyage n’est pas encore terminé. Prochaine étape, la Californie où le télescope sera équipé de ses boucliers thermiques puis le tout sera mis en place sur la plateforme du satellite. L’ensemble prendra alors la mer jusqu’à Kourou, en Guyane Française. C’est ici que Jean-Yves Le Gall, président du CNES, maître d’ouvrage du MIRI, donne « rendez-vous à ce télescope, dont la réussite des tests cryogéniques illustre à nouveau l’efficacité des coopérations internationales dans le domaine du spatial, pour son dernier voyage où il sera lancé au printemps 2019 par un lanceur Ariane 5. » Le JWST atteindra alors enfin sa destination, au point de Lagrange L2 situé à 1,5 million de km de la Terre, soit environ 4 fois plus éloigné de la Terre que ne l’est la Lune. « En cas de problème, il ne sera donc évidemment pas question d’envoyer une équipe le réparer, comme cela a pu être le cas pour Hubble ¹. C’est pourquoi les ultimes tests menés par nos experts français sur le JWST et ses instruments sont si importants », souligne Daniel Verwaerde, administrateur général du CEA, maître d’œuvre de MIRIM.

**Le James Webb Space** Telescope (JWST) n’a pas froid aux yeux Le JWST à l’intérieur de la Chambre A du Johnson Space Center à Houston. *Crédit : NASA/Chris Gunn*

1. Hubble est en orbite autour de la Terre à une altitude de seulement 590 km.