Univers

Les données de la sonde spatiale LCROSS révèlent une origine exogène pour les glaces lunaires

14 février 2022 by osuadmin

Il y a plus de dix ans, la sonde Lunar CRater Observation and Sensing Satellite (LCROSS) de la NASA a délibérément généré un cratère à la surface de la Lune, jetant dans l’espace un nuage de glace et de vapeur d’eau, ainsi que d’autres substances volatiles, qui étaient probablement piégés dans son sous-sol depuis des milliards d’années. Une équipe de recherche internationale dans laquelle figurent deux chercheurs d’Aix-Marseille Université et du CNRS, a analysé la composition du nuage formé par LCROSS et vient de montrer que les substances volatiles observées seraient essentiellement d’origine cométaire, impliquant un apport volcanique marginal.

Cette nouvelle analyse des abondances élémentaires dans le nuage suggère que les comètes ont déposé ces volatils il y a environ entre 1 et 3.5 milliards d’années dans le passé. Cela ajoute une autre pièce au puzzle de l’histoire de la Lune (et de la Terre), et souligne comment les glaces lunaires peuvent éclairer le passé.

Avec un intérêt accru pour l’installation de bases humaines permanentes sur la Lune (dès 2027 dans le cas de la Chine), et éventuellement l’utilisation de la surface lunaire comme rampe de lancement vers des destinations encore plus lointaines telles que Mars, la glace d’eau et les autres substances volatiles présentent sur la Lune pourront devenir une ressource importante pour le carburant des fusées, l’industrie, ainsi que le soutien de la vie des astronautes habitant les bases lunaires.

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

La naissance de monstres : VISTA détecte les premières galaxies géantes

18 novembre 2015 by osuadmin

VISTA, l’un des télescopes de sondage de l’ESO, a scruté un ensemble de galaxies massives longtemps demeurées inconnues bien qu’elles soient contemporaines de l’Univers jeune. La découverte, suivie de l’étude de cet échantillon – le plus vaste à ce jour, a permis aux astronomes, parmi lesquels des chercheurs du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (Institut Pythéas / CNRS – Université d’Aix-Marseille) de dater, pour la toute première fois, l’époque de formation de ces monstres galactiques.

Le simple fait de dénombrer les galaxies peuplant une région du ciel permet aux astronomes de tester leurs théories de formation et d’évolution galactiques. Cette tâche, au demeurant simple, se complexifie toutefois à mesure que la distance des galaxies augmente et que leur luminosité diminue. En outre, les galaxies les plus brillantes et les plus faciles à observer – les galaxies les plus massives de l’Univers – sont d’autant plus rares que les astronomes scrutent le passé de l’Univers, tandis que les galaxies moins brillantes et plus nombreuses sont toujours plus difficiles à détecter. Une équipe d’astronomes dirigée par Karina Caputi de l’Institut Astronomique Kapteyn à l’Université de Groningen, a mis au jour l’existence de nombreuses galaxies distantes qui avaient échappé à tout examen antérieur. Pour ce faire, l’équipe a utilisé des images acquises dans le cadre du sondage UltraVISTA, l’un des six projets de sondage du ciel à des longueurs d’ondes proches de l’infrarouge impliquant VISTA, et recensé les galaxies faiblement lumineuses peuplant l’Univers lorsque ce dernier était âgé de 0,75 à 2,1 milliards d’années. UltraVISTA a observé la même région du ciel, dont les dimensions avoisinent celles de quatre pleines Lunes, depuis décembre 2009. Il s’agit là de la plus vaste région du ciel jamais imagée à ces profondeurs et à des longueurs d’onde infrarouges. L’équipe a ensuite combiné les observations UltraVISTA à celles du Télescope Spatial Spitzer de la NASA, chargé de sonder le ciel à de plus grandes longueurs d’onde, dans l’infrarouge moyen. ¹ “Nous avons découvert 574 nouvelles galaxies massives – l’échantillon le plus vaste à ce jour de ces galaxies cachées au sein de l’Univers jeune”, déclare Karina Caputi. “En les étudiant, nous avons été en mesure de répondre à une question simple mais ô combien importante : à quelle époque les premières galaxies massives sont-elles apparues ?” Imager le ciel dans le proche infrarouge a permis aux astronomes de détecter la présence d’objets extrêmement lointains ², contemporains de l’Univers jeune, et dont l’existence se trouve masquée par la poussière. L’équipe a découvert une brusque augmentation du nombre de ces galaxies sur une courte période. Une part importante des galaxies massives ³ qui peuplent aujourd’hui l’Univers proche existait déjà trois milliards d’années après le Big Bang. “Nous n’avons pas trouvé la preuve de l’existence de ces galaxies massives moins d’un milliard d’années après le Big Bang. Nous en déduisons que les premières galaxies massives se sont certainement formées à cette époque”, conclut Henry Joy McCracken, co-auteur de l’article ⁴. Les astronomes ont par ailleurs découvert que les galaxies massives étaient plus nombreuses que supposé. Les galaxies jadis masquées représentent la moitié du nombre total de galaxies massives contemporaines de l’Univers alors âgé de 1,1 à 1,5 milliard d’années ⁵. Toutefois, ces nouveaux résultats contredisent les modèles actuels décrivant l’évolution des galaxies dans l’Univers jeune, qui ne prévoient pas l’existence de monstres galactiques à des époques aussi reculées. Pour compliquer davantage encore la situation : si les galaxies massives de l’Univers jeune étaient plus poussiéreuses qu’attendu, même UltraVISTA ne pourrait les détecter. Si tel était effectivement le cas, notre conception actuelle de la formation des galaxies dans l’Univers jeune devrait également être entièrement révisée. Le Vaste Réseau (Sub-)Millimétrique de l’Atacama (ALMA) partira à son tour à la recherche de ces galaxies poussiéreuses. Une fois découvertes, elles constitueront des cibles d’observation privilégiées de l’E-ELT (l’Extrêmement Grand Télescope Européen de 39 mètres de l’ESO), qui fournira des images détaillées de certaines de ces toutes premières galaxies.

1. Le télescope VISTA de l’ESO a effectué ses observations dans le proche infrarouge, à des longueurs d’onde comprises entre 0,88 et 2,15 μm, tandis que Spitzer observait dans l’infrarouge moyen, entre 3,6 et 4,5 μm.

2. En raison de l’expansion de l’Univers, une galaxie semble s’éloigner d’autant plus vite d’un observateur terrestre qu’elle en est distante. Cet étirement se traduit par le rougissement du spectre de lumière de ces objets lointains, et explique la raison pour laquelle leur observation doit s’effectuer dans les domaines du proche infrarouge et de l’infrarouge moyen.

3. Dans ce contexte, le terme “massif” désigne des objets dont la masse excède les 50 milliards de masses solaires – une quantité qu’avoisine la masse totale des étoiles de la Voie Lactée.

4. L’équipe n’a pas trouvé de traces de l’existence de galaxies massives au-delà d’un redshift de 6, c’est-à-dire aux époques antérieures à 0,9 milliards d’années après le Big Bang.

5. Cela correspond à un redshift compris entre z=5 et z=4.

Une planète semblable à « Tatooine » observée par un télescope de l’Observatoire de Haute Provence (OHP) de l’OSU Institut Pythéas

24 février 2022 by osuadmin

Une exoplanète rare qui tourne autour de deux étoiles à la fois a été détectée à l’aide d’un télescope de l’OHP grâce à une collaboration étroite entre l’université de Birmingham et le Laboratoire d’Astrophysique de Marseille.

La planète, appelée Kepler-16b, n’avait jusqu’à présent été observée qu’à l’aide du télescope spatial Kepler. Elle est en orbite autour de deux étoiles. Les deux étoiles sont également en orbite l’une autour de l’autre, ce que l’on appelle un système stellaire binaire. Kepler-16b est située à quelque 245 années-lumière de la Terre et, comme la planète Tatooine de Luke Skywalker, dans l’univers de la Guerre des étoiles, elle présenterait deux couchers de soleil si l’on pouvait se tenir à sa surface.

C’est avec le fameux télescope de 193 cm de l’OHP équipé de son spectrographe SOPHIE que cette nouvelle observation a été effectué. L’équipe a pu détecter la planète en utilisant la méthode des vitesses radiales, dans laquelle les astronomes observent les effets d’une planète sur le mouvement de l’étoile autour de laquelle elle est en orbite.

La détection de Kepler-16b grâce à la méthode des vitesses radiales met en évidence qu’il st aussi possible de détecter des planètes circumbinaires à l’aide de méthodes traditionnelles d’observation au sol moins coûteuses que l’utilisation de télescopes spatiaux. Notons aussi que cette méthode permet de détecter plus facilement la présence d’autres planètes dans un système, et qu’elle permet de mesurer la propriété la plus fondamentale d’une planète ; à savoir sa masse.

Après avoir démontré l’efficacité de cette stratégie à de Kepler-16b, l’équipe poursuit la recherche de planètes circumbinaires encore inconnues jusqu’à présent. L’objectif est de contribuer à répondre aux questions sur la formation des planètes. Habituellement, on pense que la formation des planètes a lieu dans un disque protoplanétaire – un disque de poussière et de gaz qui entoure une jeune étoile. Cependant, ce processus pourrait ne pas être possible dans un système circumbinaire.

En se basant sur ce modèle standard, il est difficile de comprendre comment des planètes circumbinaires peuvent exister. La présence de deux étoiles interfère en effet avec le disque protoplanétaire, ce qui empêche la poussière de s’agglomérer en planètes, un processus appelé accrétion.

Le Professeur Amaury Triaud, de l’Université de Birmingham, premier auteur de l’article précise : « on peut aussi supposer que la planète s’est formée loin des deux étoiles, là où leur influence est plus faible, puis qu’elle s’est déplacée vers l’intérieur dans un processus appelé migration induite par le disque. Nous pourrions également arriver à la conclusion que nous devons revoir notre compréhension du processus d’accrétion planétaire. »

Neda Heidari, étudiante en thèse au LAM, qui a analysé les mesures de vitesses radiales explique « Les planètes circumbinaires fournissent l’un des indices les plus clairs que la migration engendrée par les disques est un processus crédible, et qu’il se produit régulièrement. »

Le Dr Isabelle Boisse du LAM, scientifique responsable de l’instrument SOPHIE qui a été utilisé pour collecter les données de cette étude explique : « Cette découverte met clairement en évidence que les télescopes au sol restent tout à fait pertinents pour mener des recherches sur les exoplanètes et qu’ils peuvent permettre de développer de nouvelles stratégies d’observation tout à fait passionnantes. Dans la continuité de cette étude nous allons maintenant analyser les données prises sur de nombreux autres systèmes d’étoiles binaires, et rechercher de nouvelles planètes circumbinaires. »

Le Dr Alexandre Santerne, lui aussi du LAM et responsable de l’obtention des données, explique : « Kepler-16b a été découvert pour la première fois il y a 10 ans par le satellite Kepler de la NASA en utilisant la méthode des transits. Ce système a été la découverte la plus inattendue faite par Kepler. Nous avons choisi d’utiliser le télescope de 193 cm de l’OHP afin de démontrer que la méthode des vitesses radiales pouvait également permettre d’étudier des systèmes tels que Kepler-16. »

Voir en ligne : L’article scientifique

Mission Rosetta : deux sources distinctes d’oxygène moléculaire révélées dans la coma de 67P/Churyumov-Gerasimenko

10 mars 2022 by osuadmin

Une équipe de recherche internationale, dans laquelle figurent des scientifiques d’Aix-Marseille Université, du CNRS, de Sorbonne Université et de l’ENSC de Rennes a montré, via l’analyse des données de la mission Rosetta concernant le coma de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko, que le dégazage de l’oxygène moléculaire (O2) pouvait être corrélé avec ceux du dioxyde de carbone (CO2) et du monoxyde de carbone (CO), contredisant l’opinion dominante selon laquelle la libération d’O2 est toujours liée à l’eau (H2O). Cette étude fait l’objet d’une publication sortie le jeudi 10 mars 2022 dans la revue Nature Astronomy.

Voir en ligne : Le communiqué sur le site du CNRS

Grâce à Rosetta, la comète 67P/Churyumov–Gerasimenko continue de livrer ses secrets

13 octobre 2015 by osuadmin

Plusieurs équipes de chercheurs français du LATMOS ¹, LPC2E ², CRPG ³, LAM ⁴, IRAP ⁵ impliqués dans l’analyse des observations effectuées par les instruments embarqués à bord de la sonde Rosetta (ESA) nous révèlent l’absence de lien pour certains éléments chimiques entre notre Terre et les atmosphères cométaires. Dans le même temps, des chercheurs de l’Observatoire de la Côte d’Azur ont montré que l’activité précoce de la comète est dûe aux fortes variations de temperature engendrées par les processus d’ombrage de la surface topographique. Ces travaux sont parus dans les revues Science et The Astrophysical Journal Letters, 810 :L22

Froids et inactifs loin du soleil, les noyaux cométaires glacés se vaporisent à l’approche du système solaire interne, libérant sous l’effet des radiations solaires un flux de gaz et de poussières. La chevelure et la queue de la comète ainsi formées, la coma, les différencient alors des autres petits corps inactifs du système solaire : les astéroïdes.

L’eau, le carbone, l’azote terrestre ne seraient pas d’origine cométaire

L’instrument ROSINA développé par une équipe internationale sous la coordination de Kathrin Altwegg (Université de Berne, Suisse) et embarqué à bord de la sonde ROSETTA, analyse ainsi la composition des gaz de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko par spectrométrie de masse. Cet instrument permet l’analyse élémentaire et isotopique de ces gaz.

Les résultats montrent que la glace cométaire est riche en deutérium, avec un rapport Deutérium/Hydrogène trois fois supérieur à la valeur des océans terrestres, ce qui interdit une filiation directe entre ce type de comète et l’eau terrestre ⁶.

Par ailleurs, pour la première fois un gaz rare, l’argon a été détecté dans une coma cométaire, et ce, en grande quantité ⁷. Les gaz rares sont importants en tant que traceurs de l’origine et de l’évolution des atmosphères des planètes internes (Vénus la Terre et Mars). Cette mesure d’argon confirme pleinement que les élements majeurs qui forment l’atmosphère terrestre et les océans (l’eau, le carbone, et l’azote) ne peuvent provenir de comètes de type 67P, et auraient été apportés par des astéroïdes riches en volatils. Par contre, elles suggèrent qu’une fraction importante des gaz rares sont d’origine cométaire (Marty et al., soumis).

Cet instrument a également mesuré en continu la composition de la coma (H2O, CO2, CO, N2…) ⁸ et a montré son hétérogénéité chimique. Ces mesures permettent de mieux connaître les conditions de formation de la glace cométaire, dont sa température (autour de 30-40 K) ⁹.

L’activité de la comète trahie par son ombre…

Voir la modélisation :

Variation de température (∆T/∆t)max à la surface de 67P durant la période de août-décembre 2014

L’imageur NAVCAM a révélé de façon inattendue que l’activité précoce de 67P, matérialisée par des jets de gaz et de poussières et encore mal comprise, se produisait principalement dans la zone concave du cou, entre les 2 lobes principaux (cf. Fig). Or, cette région est la moins exposée au Soleil et devrait être en moyenne plus froide, et donc moins propice à la sublimation de la glace que les autres régions de la comète.

Pour comprendre ce paradoxe les chercheurs de l’Observatoire de la Côte d’Azur ¹⁰ ont utilisé un modèle thermophysique prenant en compte la conductivité thermique et la topographie complexe de la comète pour calculer une carte de température de sa surface au cours de ses rotations. Ce modèle leur a permis de mettre en évidence que la région du cou présentait entre août et Décembre 2014 les variations de température les plus rapides en réponse au processus d’ombrage par les terrains environnants. Une nouvelle relation de cause à effet est donc mise au jour entre ces variations thermiques de surface et l’activité précoce de la comète.

Il a déjà été observé que des variations rapides de température peuvent induire de la fracturation à la surface des petits corps du système solaire (Delbo et al. 2014). Les auteurs proposent dans cet article que le taux d’érosion de la surface de la comète, lié à cette fracturation thermique, soit plus élevé dans le cou qu’ailleurs. Cette fracturation du matériau de surface permet la pénétration des radiations solaires plus en profondeur. Ceci expliquerait pourquoi la région du cou révèle à l’analyse plus de glace que les autres régions et pourquoi elle est la principale source de gaz de la comète (cf. Fig). Plus généralement, ces résultats suggèrent que la fracturation par effet thermique (formation du régolite) doit être beaucoup plus rapide à la surface des corps sans atmosphère présentant des concavités importantes (formation d’ombre) que ne le prévoit les estimations actuellement disponibles.

1. LATMOS/IPSL-CNRS-UPMC-UVSQ, 4 Avenue de Neptune, F-94100 Saint-Maur, France.

2. Laboratoire de Physique et Chimie de l’Environnement et de l’Espace (LPC2E), UMR 6115 CNRS – Université d’Orléans, France.

3. Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques, CRPG-CNRS, Université de Lorraine, 15 rue Notre Dame des Pauvres, BP 20, 54501 Vandoeuvre lès Nancy, France.

4. Aix Marseille Université, CNRS, LAM (Laboratoire d’Astrophysique de Marseille) UMR 7326, 13388 Marseille, France.

5. Université de Toulouse–UPS-OMP–IRAP, Toulouse, France. 6CNRS–IRAP, 9 avenue du Colonel Roche, BP 44346, F-31028 Toulouse Cedex 4, France.

6. Altwegg, K et al. 2015. 67P/Churyumov-Gerasimenko, a Jupiter Family Comet with a High D/H Ratio. Science 347 : 1261952–1.

7. Balsiger, H. et al. 2015. Detection of argon in the coma of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko Science Advances 2015, 1500377 (online)

8. Hässig, M. et al. 2015. Time Variability and Heterogeneity in the Coma of 67P/Churyumov-Gerasimenko. Science 347 : aaa0276–1.

9. Rubin, M. et al. 2015. Molecular Nitrogen in Comet 67P/Churyumov-Gerasimenko Indicates a Low Formation Temperature. Science : 1–4. aaa6100.

10. Alí-Lagoa V., Delbo M., Libourel G. (2015) Rapid temperature changes and the early activity on comet 67P/CHURYUMOV-GERASIMENKO. The Astrophysical Journal Letters, 810 :L22

Un nouveau système multiplanétaire de type Tatooine identifié

20 juin 2023 by osuadmin

Une équipe internationale d’astronomes a annoncé la deuxième découverte d’un système circumbinaire multiplanétaire. Les systèmes circumbinaires ont la particularité de contenir des planètes qui orbitent autour de deux étoiles au centre et non d’une seule, comme dans notre système solaire. Les chercheurs impliqués dans cette équipe sont notamment issus de l’université de Birmingham et du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (OSU Institut Pythéas / CNRS, AMU, CNES). Cette découverte est présentée dans le numéro de la revue Nature Astronomy du lundi 12 juin 2023.

La planète nouvellement découverte est appelée BEBOP-1c, d’après le nom du projet qui a recueilli les données. BEBOP signifie « Binaries Escorted By Orbiting Planets » (« Binaires escortés par des planètes en orbite »). Le système BEBOP-1 est également connu sous le nom de TOI-1338.

En 2020, une planète circumbinaire, appelée TOI-1338b, a été découverte dans le même système grâce aux données du télescope spatial TESS de la NASA. Cette planète a été détectée par la méthode du transit et a pu être observée parce qu’elle est passée à plusieurs reprises devant la plus brillante des deux étoiles. « La méthode du transit nous a permis de mesurer la taille de TOI-1338b, mais pas sa masse, qui est le paramètre le plus fondamental de la planète », explique l’auteur principal, le Dr Matthew Standing de l’université de Birmingham.

L’équipe BEBOP surveillait déjà ce système à l’aide d’une autre méthode de détection, appelée méthode Doppler ou méthode d’oscillation ou encore méthode des vitesses radiales qui repose sur la mesure précise de la vitesse des étoiles. « C’est cette même méthode qui a conduit à la première détection d’exoplanètes, pour laquelle les professeurs Mayor et Queloz ont reçu le prix Nobel en 2019 », rappelle le Dr Isabelle Boisse, co-auteur de l’étude et astronome-adjoint au Laboratoire d’Astrophysique de Marseille.

À l’aide d’instruments de pointe installés sur deux télescopes situés dans le désert d’Atacama au Chili, l’équipe a tenté de mesurer la masse de la planète remarquée par TESS. Toutefois, malgré tous ses efforts et des années de travail, l’équipe n’y est pas parvenue, mais elle a détecté une deuxième planète, appelée BEBOP-1c, dont elle a pu mesurer la masse… mais pas encore la taille qu’ils vont maintenant tenter de mesurer par la méthode du transit.

« Seuls 12 systèmes circumbinaires sont connus à ce jour, et celui-ci n’est que le deuxième à abriter plus d’une planète. BEBOP-1c a une période orbitale de 215 jours et une masse 65 fois supérieure à celle de la Terre, soit environ cinq fois moins que celle de Jupiter », précise Alexandre Santerne, également co-auteur et astronome-adjoint au Laboratoire d’Astrophysique de Marseille.

À l’heure actuelle, seules deux planètes sont connues dans le système circumbinaire TOI-1338/BEBOP-1, mais d’autres pourraient être identifiées à l’avenir, grâce à des observations similaires à celles réalisées par l’équipe. Bien que rares, les planètes circumbinaires sont importantes car elles permettent de mieux comprendre ce qui se passe lors de la création d’une planète.

« Les planètes naissent dans un disque de matière entourant une jeune étoile, où la masse se transforme progressivement en planètes », explique le Dr Isabelle Boisse. « Dans le cas des géométries circumbinaires, le disque entoure les deux étoiles. Lorsque les deux étoiles orbitent l’une autour de l’autre, elles agissent comme une pagaie géante qui perturbe le disque près d’elles et empêche la formation de planètes, sauf dans les régions calmes et éloignées de la binaire. Il est plus facile de repérer l’emplacement et les conditions de formation des planètes dans les systèmes circumbinaires que dans les systèmes à étoile unique comme le Soleil ».

Bien qu’elle n’ait pu observer la planète intérieure TOI-1338b, l’équipe a pu fixer des limites supérieures strictes à sa masse. On sait désormais que la densité de cette planète est très faible. Cette rareté la rend idéale pour des études plus approfondies à l’aide du télescope spatial James Webb. Si ces observations ont lieu, elles pourraient révéler l’environnement chimique dans lequel cette rare planète circumbinaire s’est formée.