Univers

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.

Observation astronomique : le CNRS INSU et l’ONERA renforcent leur collaboration pour relever les défis du futur E-ELT

8 octobre 2015 by osuadmin

Pascale Delecluse, directrice de l’Institut national des sciences de l’Univers (INSU) du CNRS et Thierry Michal, directeur technique général de l’ONERA ont signé le jeudi 08 octobre une convention visant à renforcer leur coopération scientifique et technologique dans le domaine de l’optique adaptative pour l’observation astronomique. Le but est de développer des actions communes pour l’instrumentation des très grands télescopes gérés par l’Observatoire européen austral (ESO) et en particulier de réaliser conjointement les systèmes d’optique adaptative du programme E-ELT (European Extremely Large Telescope).

Ce partenariat entre l’ONERA et le CNRS-INSU prévoit, pour une période de 10 ans renouvelable, que des équipes intégrées des deux établissements mettent en commun leurs recherches pour réaliser les premiers systèmes d’optique adaptative (OA) du futur E-ELT. Avec une résolution 10 fois supérieure à celle de Hubble, l’E-ELT et ses instruments scientifiques, tous équipés d’optique adaptative (OA), sera en 2025 le télescope le plus puissant au monde. La conception et le développement de ces OA vont représenter un défi scientifique et technologique encore supérieur à celui qui a permis de réaliser l’instrument SPHERE qui équipe actuellement le Very Large Telescope (VLT) au Chili, instrument déjà réalisé en commun par des équipes du CNRS et de l’ONERA.

**Comparaison des résolutions ultimes de HST- VLT- E-ELT avec et sans OA**
*Crédit : ESO*

La première application concrète de cette convention est la réalisation des deux modules d’optique adaptative d’HARMONI (High Angular Resolution Monolithic Optical and Nearinfrared Integral), l’un des trois premiers instruments de l’E-ELT. Cet objectif est porté par une équipe intégrée à Marseille regroupant des chercheurs, ingénieurs et techniciens du Laboratoire d’astrophysique de Marseille (LAM) et de l’ONERA. L’enjeu de leurs recherches est de rendre possible l’observation des toutes premières étoiles et galaxies de l’univers, l’étude des supernovae (explosion d’une étoile en fin de vie) primordiales ou encore la caractérisation des atmosphères autour de planètes extrasolaires.

La signature de cette convention entre le CNRS INSU et l’ONERA marque le renouvellement et le renforcement d’une aventure commune initiée il y a plus de 30 ans, et qui a déjà conduit à la réalisation de premières mondiales comme l’instrument COME-ON en 1989 jusqu’au succès actuel de SPHERE sur le VLT.

Découverte de mystérieuses ondulations au travers d’un disque de poussière, des structures inédites repérées autour d’une étoile proche

7 octobre 2015 by osuadmin

En analysant des images acquises par le Très Grand Télescope de l’ESO ainsi que le Télescope Spatial Hubble NASA/ESA, les astronomes ont découvert l’existence, au sein d’un disque de poussière situé autour d’une étoile proche, de structures inconnues jusqu’alors. Semblables à des ondes animées d’un mouvement rapide, ces structures figurent dans le disque de l’étoile AU Microscopii. Elles ne ressemblent en rien à ce qui a pu être observé ou envisagé jusqu’à présent. L’origine ainsi que la nature de ces structures offrent donc aux astronomes un tout nouveau champ d’investigations. Les résultats de leurs observations font l’objet d’une publication au sein de l’édition du 8 octobre 2015 de la revue Nature.

AU Microscopii, abréviée AU Mic, est une étoile jeune, proche de notre système solaire et entourée d’un disque de poussière étendu ¹. L’étude de semblables disques de débris est susceptible de compléter notre connaissance des processus de formation planétaire à partir de telles structures.

Les astronomes ont recherché le moindre signe de structure déformée ou grumeleuse – témoignant de la possible existence de planètes – dans le disque de AU Mic. A cette fin, ils ont utilisé, en 2014, l’instrument SPHERE nouvellement installé sur le Très Grand Télescope de l’ESO. Aidés de ce puissant dispositif capable de discerner le moindre détail contrasté, ils ont fait une étrange découverte.

“Nos observations ont révélé quelque chose d’inattendu”, rapporte Anthony Boccaletti, chercheur CNRS au LESIA (Observatoire de Paris/CNRS/UPMC/Paris-Diderot), France, premier auteur de l’article. “Les images acquises par SPHERE laissent apparaître un ensemble de structures inexpliquées au sein du disque. Ces structures arborent une forme arquée, ou ondulée, bien différente de ce qui a déjà été observé par le passé.”

Sur les nouvelles images figurent, telles des vagues à la surface de l’eau, cinq arches formant globalement une structure ondulante à différentes distances de l’étoile. Après avoir repéré ces structures au moyen des données de SPHERE, l’équipe a consulté d’anciennes images du disque acquises, en 2010 et 2011, par le Télescope Spatial Hubble NASA/ESA ². Il est ainsi apparu, non seulement que ces structures figuraient sur les images d’Hubble, mais également qu’elles avaient changé au fil du temps. En fait, ces ondulations se déplacent – et à une vitesse très élevée !

Les structures les plus éloignées de l’étoile semblent se mouvoir à vitesse plus élevée que les plus proches. Trois des structures au moins se déplacent si rapidement qu’elles pourraient bien échapper à l’attraction gravitationnelle de l’étoile. L’existence de vitesses si élevées exclut l’hypothèse selon laquelle ces structures résulteraient de perturbations causées sur le disque par des objets – telles des planètes – en orbite autour de l’étoile. Un élément inconnu, et véritablement inhabituel, doit être à l’origine de l’accélération de ces ondulations et de leur vitesse si élevée.

L’équipe ne peut affirmer avec certitude la cause de ces mystérieuses ondulations autour de l’étoile. Elle a toutefois envisagé et écarté un ensemble de phénomènes possibles, telle la collision de deux objets massifs et rares semblables à des astéroïdes libérant d’importantes quantités de poussière, ou bien encore des ondes spirales générées par des instabilités gravitationnelles à l’intérieur du système.

Mais l’hypothèse la plus prometteuse reste celle d’une interaction entre une flambée de cette étoile jeune et active avec une possible exoplanète dans le système. « Notre analyse n’a pas révélé de planète géante dans le système, mais nous avons d’ores et déjà de nouvelles observations prévues pour regarder encore plus proche de l’étoile et tenter d’éclaircir l’origine de ces mystérieuses structures » commente Arthur Vigan, astronome du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM) qui a participé à l’analyse des données.

Cette découverte faite avec la caméra IRDIS de SPHERE est une victoire pour l’équipe d’ingénieurs et d’astronomes du LAM qui a conçu cette caméra, ainsi que d’autres éléments clés de l’instrument SPHERE. « La qualité des optiques d’IRDIS est sans précédent » précise Kjetil Dohlen, l’ingénieur système de SPHERE et IRDIS. « C’est cette qualité qui permet aujourd’hui de visualiser avec autant de précision ces si fines structures. C’est le travail de toute une équipe sur plusieurs années qui a permis d’en arriver là ».

“ SPHERE n’est que dans sa première année de fonctionnement et il est déjà capable d’étudier un tel disque. On ne peut donc que se réjouir de ce résultat des plus prometteurs qui confirme les grandes capacités de l’instrument”, conclut Jean-Luc Beuzit, co-auteur de la nouvelle étude et responsable du consortium international qui a conçu l’instrument SPHERE.

L’équipe ambitionne de continuer à observer le système AU Mic au moyen de SPHERE et d’autres instruments parmi lesquels ALMA, afin de comprendre les processus à l’œuvre. Pour l’instant toutefois, ces étranges structures demeurent un véritable mystère.

1. AU Microscopii se situe à 32 années-lumière de la Terre seulement. Le disque est essentiellement constitué d’astéroïdes que les violentes collisions ont réduits à l’état de poussière.

2. Les données ont été acquises par le Spectrographe Imageur du Télescope Spatial Hubble (STIS).

Accord signé pour le Spectrographe HARMONI – E-ELT

28 septembre 2015 by osuadmin

Lors d’une cérémonie à l’Institut de Mathématiques de l’Université d’Oxford, le 22 septembre 2015, l’ESO a signé un contrat avec un consortium d’instituts européens pour la conception et la construction de l’instrument HARMONI (High Angular Resolution Monolithic Optical and Near-infrared Integral field spectrograph) pour l’E-ELT. Le Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM) est un des principaux laboratoires de ce consortium.

L’accord a été signé par Grahame Blair, Directeur Exécutif des programmes du STFC (Science and Technology Facilities Council), au nom du consortium et Tim de Zeeuw, Directeur Général de l’ESO, en présence de Patrick Roche, Président du Conseil de l’ESO et Niranjan Thatte, Responsable Scientifique d’HARMONI.

HARMONI est un spectrographe intégral de champ, instrument majeur pour la spectroscopie visible et proche infrarouge. Il permettra d’explorer les galaxies de l’Univers primordial, d’étudier les constituants de l’Univers local mais aussi de caractériser certaines exoplanètes. Il pourra être utilisé avec différents systèmes d’optique adaptative et viendra compléter la caméra MICADO principalement axée sur l’imagerie.

L’implication des chercheurs et des ingénieurs du CNRS est fondamentale car la réalisation de ce nouvel instrument n’aurait pas pu être envisagée sans la participation du CRAL (Centre de Recherche Astrophysique de Lyon, CNRS/UCBL/ENSL), du LAM (Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, CNRS/AMU), et de l’IPAG (Institut de Planétologie et Astrophysique de Grenoble, CNRS/UJF) et aussi sans la participation importante de l’ONERA (le centre français de recherche aérospatiale) pour les aspects optique adaptative et dans le cadre de la récente convention signée entre le CNRS/INSU et l’ONERA.

Le Laboratoire d’Astrophysique de Marseille partage la co-responsabilité scientifique (Co-I) de l’instrument HARMONI. A ce titre, c’est un des acteurs de premier plan pour la préparation des grands programmes scientifiques qui seront effectués avec l’instrument, notamment :

la caractérisation des atmosphères autour des exo-planètes et des disques circumstellaires dans lesquels elles se forment, ainsi que l’étude des objets de notre système solaire,
l’étude des populations stellaires résolues au sein d’amas extragalactiques proches, de l’environnement des noyaux actifs et des trous noirs centraux, de la formation stellaire et des échanges de gaz entre le milieu interstellaire et le milieu intergalactique,
l’étude de la formation des galaxies et l’enrichissement en métaux du milieu intergalactique, de l’assemblage de la masse des galaxies, et l’analyse de la distribution de la masse des galaxies et des amas,
la caractérisation des étoiles de première génération, des supernovae primordiales, et la formation des premières galaxies qui constituent un des enjeux majeur en cosmologie.

Les chercheurs et ingénieurs du LAM sont également fortement impliqués dans conception et la réalisation d’HAMONI. Le laboratoire est en effet responsable, en étroite collaboration avec l’ONERA, notamment par la mise en place d’une équipe intégrée LAM/ONERA, de l’étude, la réalisation, les tests et la validation du système d’optique adaptative de l’instrument (SCAO) ainsi que d’une première étude de concept du système d’optique adaptative tomographique (LTAO) qui utilisera les étoiles laser du futur télescope géant européen afin d’accroitre la sensibilité de l’instrument et le nombre de zones du ciel observables.

L’annonce ESO

Crédit photo : ESO/HARMONI consortium