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Lorsqu’une étoile se métamorphose en un trou noir

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Le dimanche 9 octobre 2022, à 13h16min50sec précise, l’éruption lumineuse la plus énergétique jamais observée sur Terre a été détectée par les satellites américains FERMI et SWIFT. Cette éruption répondant au nom de GRB 221009A (GRB est l’acronyme de Gamma Ray Burst, sursaut de rayons gamma en anglais) est la signature de l’effondrement gravitationnel d’une étoile très massive (au-delà de 20 à 30 fois la masse du Soleil) en un trou noir.

Mais ce sursaut-gamma est absolument exceptionnel puisqu’il a libéré des photons ayant une énergie de 18 téraélectronvolts d’énergie (un 18 suivi de 12 zéros !), conduisant même à une perturbation des communications longues portées sur Terre. Sachant que cet événement a été émis à une distance de 1,9 milliard d’années-lumière de la Terre, au sein d’une galaxie située dans la constellation de la Flèche, cela fait de GRB 221009A l’un des phénomènes astrophysiques les plus violents depuis la formation même de l’Univers.

Ce phénomène a tout de suite déclenché une campagne d’observation assez remarquable, impliquant des moyens considérables. Des chercheurs du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM) ont ainsi activement contribué à cette campagne, notamment grâce à des moyens d’observations de l’Observatoire de Haute-Provence (OHP), le T193 avec l’instrument MISTRAL et le T120. Grâce à une excellente coordination entre les équipes du LAM et de l’OHP, il a été possible de suivre pendant plusieurs jours ce phénomène remarquable.

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Le T193 dans sa coupole

Crédit : A. Van Der Stegen / OHP-CNRS

Cette observation préfigure ainsi les nombreuses découvertes à venir obtenues par le satellite SVOM et son télescope de suivi, COLIBRI. Ceux-ci auront justement pour tâches de détecter et d‘étudier dès le milieu de l’année 2023 ces objets remarquables que sont les sursauts-gamma. Le LAM et l’OHP, en tant que co-responsable de SVOM et responsable de COLIBRI, pourront ainsi continuer à jouer un rôle clef dans cette traque, dans laquelle l’instrument MISTRAL du T193 aura tout naturellement sa place.

 

Voir en ligne : Le communiqué sur le site du LAM

Inauguration des plateformes technologiques SPATIAL et POLARIS du Laboratoire d’astrophysique de Marseille (LAM)

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Cet événement conclura l’opération du regroupement de l’astrophysique marseillaise sur le site de Château-Gombert et marquera le succès d’une opération d’ampleur exceptionnelle initiée il y plus de 10 ans.

Ces équipements lourds, uniques en France et sans véritable compétiteur en Europe, représentent un investissement de près de 7M€. Leur mise en service place le LAM au premier rang des laboratoires européens capables de réaliser, de tester et de qualifier les instruments pour les très grandes infrastructures de recherche en astrophysique au sol ou dans l’espace.

En présence de Yvon Berland, Président d’Aix-Marseille Université ; Pascale Delecluse, Directrice de l’Institut national des sciences de l’Univers du CNRS ; Jean-Yves le Gall, Président du Centre national d’études spatiales – CNES ; Younis Hermès, Délégué régional Provence et Corse du CNRS ; Jean-Gabriel Cuby, Directeur du LAM ; Philippe Mussi, Conseiller régional, Région Provence-Alpes-Côte d’Azur ; Félix Weygand, Conseiller général délégué à l’enseignement supérieur, recherche et nouvelles technologies et informatique ; Marie-Laure Rocca-Serra, Conseillère municipale déléguée à l’enseignement supérieur, Ville de Marseille ; Cyril Robin-Champigneul, Chef de la représentation régionale de la Commission européenne ; Mark McCaughrean, Senior Science Advisor in the Directorate of Science & Robotic Exploration à l’ESA (Agence spatiale européenne).

La plateforme SPATIAL est constituée d’un ensemble de moyens de tests et de qualification en environnement spatial d’une ampleur unique pour un laboratoire d’astrophysique en France. Ces équipements, constitués d’un grand caisson de 90m3 (ERIOS), de cuves spécialisées de plus petites dimensions, de moyens de tests d’éléments optiques et micro-optiques, et de moyens de vibration et de métrologie, serviront à la qualification des instruments de futures missions spatiales.

La plateforme POLARIS, (POLishing Active and Robotic Integrated System), est constituée d’un équipement majeur dédié au polissage de pièces optiques de grand diamètre accompagné d’un ensemble de moyens de fabrication optique de plus petites dimensions, des équipements de métrologie et de tests interférométriques ainsi qu’un tunnel et une tour de tests optiques permettant la caractérisation in-situ des grandes optiques réalisées.

Crédit Photo : Alain Origné / LAM

Immersciences

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Le podcast à l’écoute des scientifiques de l’Observatoire des Sciences de l’Univers Institut Pythéas.

Dans la foulée de la fête de la science, l’Observatoire des Sciences de l’Univers Institut Pythéas – CNRS, AMU, IRD, INRAE – lance « Immersciences ». Ce nouveau podcast vous donne rendez-vous un lundi sur deux à partir du 17 octobre 2022 pour une série de voyage immersifs au cœur des univers de recherche des équipes scientifiques de ses laboratoires, du fond des océans aux confins de l’Univers. A retrouver sur les plateformes Anchor, Spotify et Apple Podcast !

« Immersciences » donne ainsi la parole aux scientifiques de l’OSU Institut Pythéas. Les scientifiques interviewés y parlent de leurs découvertes, de leurs projets, des instruments qu’ils utilisent et parfois qu’ils conçoivent pour mener à bien leur recherche. A travers leurs propos, certains nous offrent un voyage dans le temps qui nous permet de comprendre comment au fil du temps une aventure scientifique se construit, d’autres nous dévoilent leur étonnant sujet de recherche. Parfois aussi, ils nous confient quelques anecdotes. Et, la plupart du temps, ils nous font partager leur passion.Des temps d’écoute « croustillants » qui vous immergent au cœur de la science en toute simplicité et vous font aussi rêver …

Pour cette première saison, plusieurs thématiques sont abordées.

Trois épisodes ont été réalisés en lien avec l’exposition « La quête des mondes extrasolaires – Des planètes par milliers » présentée sur le site historique de l’Observatoire de Marseille. Ils suivent ainsi le parcours de l’exposition – de la détection de la première exoplanète en 1995 aux instruments programmés pour le futur et ce que l’on espère comprendre avec !

Une seconde série plus étoffée sur le thème « terre et océan – il y a encore tant à découvrir » vous révèle des grandes missions d’exploration (telles que l’expédition Polar POD et le projet BathyBot). On y découvre aussi le quotidien des scientifiques embarqués sur des expéditions océanographiques ou encore un projet de recherche très spécifique. Et pour faire le lien entre la terre et l’océan, un épisode sera également dédié à ce « point » de rencontre entre ces deux univers que l’on appelle le trait de côte …

Série Exoplanètes

Réalisée pour accompagner l’exposition « La quête des mondes extrasolaires – Des planètes par milliers » les trois épisodes de cette série suivent le parcours de l’exposition – de la détection de la première exoplanète en 1995 aux instruments programmés pour le futur et ce que l’on espère comprendre avec !

  • De 51 Pegasus b à nos jours, comment détecte-t-on ces mondes extrasolaires ?
  • Des instruments toujours plus puissants et plus précis
  • Sommes-nous seuls dans l’Univers ?

Série terre et océan

  • Deep sea : Quels mystères se cachent au fond de l’océan ?
  • POLAR POD, un bateau bien particulier pour explorer l’océan austral
  • Marseille, de la terre à la mer – une solidarité écologique nécessaire !
  • Etudier et comprendre les vertus thérapeutiques des éponges

Alors, découvrez ces épisodes au rythme de leur diffusion ! Bonne écoute !

Voir en ligne : A écouter sur Spotify, Apple podcast et Anchor !

Rosetta : sélection du site d’atterrissage pour Philae

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Annonce publiée sur le site de l’INSU : Ce lundi 15 septembre, l’ESA a annoncé officiellement le choix du site sur lequel se posera l’atterrisseur Philae, sur la comète 67P/Churyumov–Gerasimenko. Le site choisi est le site « J » qui avait été présélectionné le 24 août dernier parmi un ensemble de 5 sites potentiels, lorsque la sonde se trouvait encore à 100 kilomètres de la comète. Le site « J » offre un très bon potentiel scientifique tout en assurant les meilleures conditions d’atterrissage possible pour Philae et la possibilité d’exploiter au mieux ses ressources en énergie.

Le site « J » se trouve sur la « tête » de la comète, objet de forme irrégulière qui mesure à peine plus de 4 km en son point le plus large. Le choix du site « J » comme site principal s’est fait à l’unanimité. Le site de secours, « C », est quant à lui sur le « corps » de la comète.

Site d’atterrissage de Philae
Crédit : ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

L’atterrisseur devrait atteindre la surface de la comète le 11 novembre ; il réalisera des mesures approfondies pour caractériser le noyau in situ, ce qui constituera une grande première.

Au cours du week-end, les équipes du CNES et du DLR, son homologue allemand, l’équipe responsable de Rosetta à l’ESA, ainsi que des chercheurs français particulièrement investis dans un grand nombre d’instruments de la mission 1,se sont retrouvés au CNES, à Toulouse, pour étudier les données disponibles et choisir le site principal et le site de secours.

Un certain nombre de points critiques ont été analysés, notamment la nécessité de trouver une trajectoire sûre pour déployer Philae à la surface de la comète, sur une zone où le nombre de dangers identifiés devait être minime. Après l’atterrissage, d’autres facteurs devaient être pris en compte, comme l’équilibre jour/nuit et la fréquence des liaisons de communication avec l’orbiteur.

Étant donné que la descente vers la comète est passive, le seul élément prévisible est le point d’atterrissage qui se situera dans une ellipse mesurant quelques centaines de mètres.

Vue des 5 sites présélectionnés le 24 Août
Crédit : ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

Une zone de un kilomètre carré a été évaluée pour chaque site présélectionné. Sur le site « J », la majeure partie des pentes font moins de 30° par rapport à la verticale locale, ce qui limite les risques de voir l’atterrisseur se renverser lorsqu’il touchera la surface. Ce site est également peu rocailleux et reçoit suffisamment de lumière au quotidien pour que Philae puisse recharger ses batteries et poursuivre sa mission scientifique à la surface après la phase initiale pendant laquelle il est alimenté par une pile.

Une estimation préliminaire de la trajectoire vers le site « J » a montré que le temps de descente de Philae serait d’environ sept heures, durée qui ne compromettrait pas les observations in situ en consommant une trop grande quantité de l’énergie fournie par la pile.

Il n’est pas possible de prévoir l’activité de la comète entre maintenant et l’atterrissage, ni même le jour de l’atterrissage. Une brutale hausse de l’activité pourrait modifier la position de Rosetta sur son orbite au moment du déploiement et donc l’endroit exact où Philae atterrira. De plus, le site « J », comme les autres sites d’ailleurs, n’est pas lisse et plat et dans l’ellipse d’atterrissage de Philae, il y a des pentes fortement inclinées. Les risques sont donc réels, mais le site « J » rassemble néanmoins de grands avantages tant opérationels que scientifiques, en particulier il devrait satisfaire l’ensemble des expériences et instruments scientifiques de la mission.

Tous ces éléments combinés nous donnent la mesure du défi que se sont lancé il y a 20 ans l’ensemble des acteurs de cette formidable mission. 2

1. Les laboratoires CNRS impliqués dans Rosetta-Philae : LESIA (Observatoire de Paris/CNRS/Université Paris Diderot/UPMC) IPAG (CNRS/Université Joseph Fourier) IAS (CNRS/Université Paris Sud) LATMOS (CNRS/UPMC/UVSQ) LPC2E (CNRS/Université d’Orléans) IRAP (CNRS/Université Paul Sabatier - Toulouse III) LPP (École Polytechnique/CNRS/Université Paris Sud/UPMC) LAM (CNRS/Aix-Marseille Université) LERMA (Observatoire de Paris/CNRS/ENS/Université Cergy Pontoise/UPMC) LISA (CNRS/Université Paris Diderot/UPEC)
2. Les expériences auxquelles les laboratoires du CNRS contribuent : Orbiteur (9 instruments sur les 11) : ALICE, CONSERT, COSIMA, MIDAS, MIRO
, OSIRIS
, ROSINA
, RPC, VIRTIS. Atterrisseur (5 instruments sur les 10) : APXS, CIVA, CONSERT, COSAC et SESAME.

Une coma bien visible autour du noyau

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Moins d’une semaine avant l’arrivée de Rosetta sur la comète 67P, les images obtenues par la caméra OSIRIS-NAC, conçue et développée par le Laboratoire d’astrophysique de Marseille (CNRS / Aix-Marseille Université) montrent clairement la présence d’une coma entourant le noyau. Tandis que cette vue par OSIRIS de la coma ne couvre qu’une zone de 150 km, cette dernière s’étend en principe bien plus loin. La zone centrale du noyau, plus brillante, se distingue de mieux en mieux.

 

Figure 1 : La coma de 67P/Churyumov-Gerasimenko telle que visible avec l’imageur OSIRIS.
L’image couvre un zone de 150 kilomètres de côté. Cette image a été prise le 25 juillet 2014. L’assombrissement de la zone centrale et la tâche circulaire à droite sont des artéfacts provenant de la surexposition due au noyau.
Crédit : ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

 

Figure 2 : Le noyau de la comète 67P/Churyumov-Gerasimernko vue d’une distance de 1950 kilomètres prise le 29 juillet 2014.
Chaque pixel correspond à 37 mètres approximativement. Le cou du noyau (zone centrale) se distingue de plus en plus par sa brillance.
Crédit : ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

La distribution de matière noire la plus précise jamais mesurée dans un amas de galaxies

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Utilisant le télescope spatial Hubble (NASA/ESA), une équipe internationale d’astronomes a pu cartographier la masse d’un amas de galaxies avec la plus grande précision jamais obtenue. Cette étude réalisée à partir des observations du programme ‘Hubble Frontier Fields’ a permis de dresser une carte montrant la quantité ainsi que la distribution de la masse dans l’amas MACSJ0416.1-2403. Cet amas de galaxies très massif « pèse » 160 000 milliards de fois plus que le Soleil. La précision et le détail obtenus avec cette carte a été possible grâce à la profondeur sans précèdent des nouvelles observations faites avec Hubble, combinée à l’effet de lentille gravitationnelle.

Afin d’explorer le contenu des amas de galaxies, les astronomes utilisent souvent une astuce observationnelle : l’effet de lentille gravitationnelle créé par les amas de galaxies sur les rayons lumineux provenant de galaxies d’arrière plan. Cela fait de l’amas de galaxies un télescope (naturel) cosmique !

L’ambitieux programme d’observation « Hubble Frontier Fields » compte sur cet effet pour parvenir à son but principal : observer les premières galaxies de l’Univers – et ce en observant six amas de galaxies, parmi les plus massifs connus, incluant MACSJ0416.1-2403.

L’amas de galaxies MACSJ0416.1-2403
L’un des six amas observé par le télescope spatial Hubble dans le cadre du programme Frontier Fields. La distribution de matière noire estimée grâce à l’effet de lentille gravitationnelle apparaît en bleu sur la figure de gauche. Les arcs gravitationnels utilisés pour les reconstructions apparaissent encerclés en rouge sur l’image de droite.
Crédit : ESA/Hubble, NASA, HST Frontier Fields.

Remerciements : Mathilde Jauzac (Durham University, UK and Astrophysics & Cosmology Research Unit, South Africa),Jean-Paul Kneib (École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Switzerland)) Eric Jullo (Laboratoire d’Astrophysique de Marseille/CNRS/Université d’Aix-Marseille) et Marceau Limousin (Laboratoire d’Astrophysique de Marseille/CNRS/Université d’Aix-Marseille)

Dans notre Univers, les fortes concentrations de masse déforment l’Espace-Temps autour d’elles. Elles agissent comme des lentilles, amplifiant et courbant la lumière émise par des objets plus distants qui les traverse.

Malgré leur masse très élevée, l’effet que les amas de galaxies produisent dans leurs régions extérieures (là où ils sont moins denses) est généralement minimal et ne peut être visible à l’œil. C’est ce que l’on appelle l’effet de lentille gravitationnelle faible, qui fait apparaître les galaxies distantes très légèrement déformées, avec une forme légèrement plus elliptique. Cependant, si l’amas est suffisamment étendu et massif, et que l’alignement entre l’amas et les objets distants est parfait, les effets observés peuvent plus spectaculaires. Les images de galaxies peuvent être déformées en anneaux et en arcs étendus de lumière, et peuvent apparaître plusieurs fois. La position et la forme de ces images multiples dépendent de la distribution de masse dans l’amas. C’est ce que l’on appelle l’effet de lentille gravitationnelle forte, et c’est ce phénomène, observé dans les six amas de galaxies ciblés par le programme « Hubble Frontier Fields », qui a été utilisé afin de tracer la distribution de masse dans MACSJ0416.1-2403, en utilisant les nouvelles données Hubble.

« La qualité des données nous permet de voir des objets extrêmement faibles, et nous a permis d’identifier beaucoup plus de galaxies lentillées que nous n’en connaissions auparavant. » explique Mathilde Jauzac de Durham University (Royaume-Unis) et Astrophysics & Cosmology Research Unit (Afrique du Sud), premier auteur de cette nouvelle publication « Frontier Fields ». « Même si l’effet de lentille forte amplifie les galaxies distantes, elles restent très lointaines et très peu brillantes. La profondeur atteinte avec les données « Frontier Fields » nous permet d’identifier des galaxies incroyablement distantes. Ces observations de MACSJ0416 nous ont permis de multiplier par quatre le nombre de galaxies lentillées connues ! »

Utilisant l’instrument ACS (Advanced Camera for Surveys), ce groupe international d’astronomes a identifié 51 nouvelles galaxies lentillées, multipliant par quatre le nombre de ces objets identifiés avec les observations précédentes, et portant le nombre total à 68. Cela correspond à presque 200 images de ces galaxies visibles dans MACSJ0416. Ce sont ces galaxies lentillées qui ont permises à Mathilde Jauzac et ses collaborateurs de reconstruire la distribution de matière visible et noire dans l’amas avec une précision jusque là inégalée. « Notre carte de masse est deux fois plus précise que celles obtenues avec les modèles précédents de cet amas ! » précise Mathilde Jauzac.

« Bien que nous sachions depuis plus de 20 ans comment reconstruire la masse d’un amas de galaxies en utilisant l’effet de lentille forte, il a fallu beaucoup de temps pour obtenir des télescopes capables d’observations de cette profondeur et de cette qualité, ainsi que pour obtenir des modèles suffisamment sophistiqués pour nous permettre d’obtenir une telle précision dans la cartographie de la masse d’un système aussi compliqué que MACSJ0416. » explique Eric Jullo membre de l’équipe et astronome adjoint au Laboratoire d’Astrophysique de Marseille..

Les observations « Frontier Fields », combinées à l’effet de lentille gravitationnelle ont ainsi permis d’ouvrir la voie vers une caractérisation plus précise des objets cosmiques distants – dans le cas actuel, un amas tellement lointain que sa lumière a voyagé pendant 4.5 milliards d’années avant de nous parvenir,.« Nous n’allons pas nous arrêter là. Afin d’obtenir une image globale de la distribution de la matière dans MACSJ0416, nous allons inclure des mesures de l’effet de lentille faible. Bien que t cet effet ne donne qu’une estimation peu précise de la masse dans les régions très centrales de l’amas – les plus denses –, il est néanmoins très important si l’on souhaite obtenir des informations sur la masse présente dans les régions externes de l’amas, » ajoute Jean-Paul Kneib, directeur de recherche au CNRS, en détachement à l’École polytechnique fédérale de Lausanne, en Suisse et l’un des membres de l’équipe.

Cette équipe de recherche continue à étudier cet amas en utilisant les données ultra-profondes de Hubble combinées aux informations détaillées provenant de l’analyse des effets de lentille forte et faible, afin de cartographier la masse à la fois dans les régions externes et internes de l’amas. Cette combinaison leur permet de détecter des sous-structures autour de l’amas. Combinant les observations de Hubble avec des mesures dans les rayons X du gaz chaud et du mouvement des galaxies, ces astronomes vont pouvoir cartographier les différentes composantes de l’amas, à savoir la matière noire, le gaz, et les étoiles.

La combinaison de toutes ces données va permettre d’améliorer l’actuelle carte de masse, permettant une vision en trois dimensions de la distribution de matière et montrant la dynamique des galaxies au sein de l’amas. Ce travail ouvre la voie vers une meilleure compréhension de l’histoire et de l’évolution de cet amas de galaxies.

Les résultats de cette analyse ont été publiés en ligne dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society le 24 Juillet 2014.