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Rosetta détecte le réveil de la comète 67P / Churyumov-Gerasimenko

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La sonde Rosetta continue son approche de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko. Elle l’atteindra en août pour se mettre en orbite autour puis, en novembre, après avoir cartographié la surface de la comète, Rosetta tentera d’y poser Philae, son atterrisseur. Ces premières images de l’approche nous permettent d’assister à la naissance et au développement de la coma, ou chevelure de la comète, au fur et à mesure que celle-ci s’approche du Soleil. Elles ont été obtenues par la camera OSIRIS-NAC. Cet instrument imageur à haute résolution spatiale a été conçu et développé par le Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (CNRS / Aix-Marseille Université) en partenariat avec la société ASTRIUM et plusieurs laboratoires européens.

L’image de gauche obtenue le 30 avril dernier par la caméra OSIRIS-NAC montre la comète sur le même fond de champ d’étoiles que dans l’animation ci-dessous. À droite, l’agrandissement a été réalisé en additionnant un grand nombre d’images, chacune obtenue avec un temps d’exposition de 10 minutes afin de mettre en évidence la coma qui s’étend sur plus de 1300 kilomètres à partir du noyau cométaire. (©ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA)

La comète est actuellement à plus de 4 UA (unité astronomique), soit quatre fois la distance Terre-Soleil. Nous assistons à son réveil, c’est-à-dire au démarrage de l’activité spécifiquement dédiée à l’étude de la comète : les glaces commencent à se sublimer et entrainent dans leur expansion de fines particules de poussière qui réfléchissent la lumière solaire. Dans les mois à venir et à l’approche de la comète, la sonde Rosetta pénètrera dans ce nuage de gaz et de poussière et pourra en analyser leur composition.

À partir de la variation périodique de la luminosité du noyau, l’équipe OSIRIS a pu préciser sa période de rotation, soit 12,4 heures, en bon accord avec la valeur déterminée par P. Lamy (LAM) à partir d’observations réalisées en 2003 avec le télescope spatial Hubble. Cette information est importante pour la planification des observations des différents instruments de Rosetta.

La comète 67P/Churyumov-Gerasimenko se déplaçant en avant-plan d’un champ d’étoiles alors que Rosetta se rapproche de la comète de 5 millions à 2 millions de kilomètres en 41 jours (entre les 24 mars et 4 mai derniers)
La séquence animée est composée d’une succession d’images prise par l’instrument OSIRIS/NAC, la caméra la plus puissante de Rosetta. Le montage permet ainsi de voir la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko se déplaçant en avant-plan d’un champ d’étoiles alors que Rosetta se rapproche de la comète de 5 millions à 2 millions de kilomètres en 41 jours (entre les 24 mars et 4 mai derniers). Durant ce laps de temps, Rosetta – et la comète – passent de 640 millions à 610 millions de kilomètres du Soleil. C’est ce rapprochement vers le Soleil qui engendre le développement de la coma de la comète, que l’on commence à percevoir sur les images.

PLATO : un télescope spatial pour découvrir des systèmes planétaires semblables au nôtre

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AU PREMIER PLAN DE CETTE MISSION DE L’ESA, LES CHERCHEURS DU LAM SONT PARMI LES ÉQUIPES FRANÇAISES LES PLUS ENGAGÉES SUR CE FASCINANT DOMAINE DE RECHERCHE.

Le Comité des Programmes Scientifiques de l’ESA vient de sélectionner la mission PLAnetary Transits and Oscillation of stars (PLATO), consacrée à l’étude de la formation et de l’évolution des systèmes planétaires (une étoile et une ou plusieurs planètes). PLATO, qui devrait être lancée en 2024, détectera et caractérisera des milliers d’exoplanètes de toutes tailles, dont plusieurs dizaines semblables à la Terre, ainsi que leurs étoiles hôtes. Le CNES, le CNRS, le CEA, les Universités d’Aix-Marseille et de Paris et l’Observatoire de Paris participeront à la réalisation de l’instrument et au traitement des données scientifiques.

Comme toutes les missions du programme scientifique de l’ESA, l’agence européenne prendra en charge la réalisation du satellite, son lancement et les opérations en vol. Un consortium de laboratoires européens fournira quant à lui la charge utile scientifique du satellite, ainsi que le centre de traitement des données scientifiques. Le CNES est un des principaux partenaires de ce projet, aux côtés du CNRS, de l’Observatoire de Paris et du CEA. Les laboratoires français impliqués sont le Laboratoire d’études spatiales et d’instrumentation en astrophysique (Observatoire de Paris/CNRS/Université Paris Diderot/UPMC), l’Institut d’Astrophysique Spatiale (CNRS/Université Paris-Sud), le Laboratoire d’astrophysique de Marseille (CNRS/AMU) et le Laboratoire Astrophysique Instrumentation et Modélisation (CEA/IRFU – Université Paris Diderot – CNRS)..

Les 34 télescopes de PLATO enregistreront la luminosité d’un million d’étoiles en continu sur des périodes pouvant aller jusqu’à trois ans. Ces mesures feront l’objet d’une analyse très poussée au sol, à la fois pour détecter les mini-éclipses (transit) provoquées par d’éventuelles planètes passant entre leur étoile et nous, et pour étudier le comportement des étoiles via leurs vibrations (suivant la technique connue sous le nom d’astérosismologie).

Ces méthodes ont prouvé leur efficacité grâce aux missions du CNES CoRoT et de la NASA Kepler. Elles seront ici étendues à un très grand nombre d’étoiles brillantes et donc proches de nous, et sur de très longues durées. Ces deux points sont capitaux : la durée permet de détecter les exoplanètes à longue période (par exemple un an), suffisamment éloignées de leur étoile pour que si l’eau existe à leur surface elle puisse se trouver sous forme liquide, une condition que l’on pense requise pour l’apparition de la vie telle que nous la connaissons. Le choix d’étoiles brillantes répond au besoin d’avoir suffisamment de lumière pour permettre d’observer au sol avec les télescopes les plus puissants, les plus intéressantes d’entres elles.

Ainsi, les informations obtenues avec PLATO, combinées aux observations complémentaires au sol, voire dans l’espace avec d’autres instruments comme GAIA, permettront de caractériser de façon la plus complète et la plus précise possible les planètes détectées en transit. Identifier, sans aucune ambiguité, des planètes comparables à la Terre nécessite de pouvoir mesurer avec la plus grande précision le rayon, la masse et la densité moyenne de ces planètes mais aussi leur âge. Cette precision sera atteinte grâce à la détermination sismique, elle-même très précise, de ces mêmes paramètres pour les étoiles hébergeant les planètes détectées, car en effet la connaissance de ces paramètres de l’étoile est indispensable au calcul de ces mêmes paramètres pour la planète.

Ces informations obtenues pour un ensemble de systèmes planétaires présentant une vaste gamme de propriétés permettra de mieux comprendre les mécanismes de formation et d’évolution des systèmes planétaires et les différents processus d’interaction étoile -planètes.

Un exemple de transit observé dans notre système solaire
Vénus traverse le disque solaire et la planète est si proche de nous qu’on la distingue clairement. Pour les planètes hors du système solaire, nous ne les verrons pas aussi distinctement mais nous mesurerons la baisse de luminosité qui se produira lorsque la planète passera devant l’étoile.
Crédit : ESO

English version : http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/ESA_selects_planet-hunting_PLATO_mission

Le réveil de Rosetta

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Après une hibernation de 957 jours dans l’espace interplanétaire, la sonde Rosetta et ses instruments ont entamé leur réveil lundi 20 janvier. L’explorateur de comète de l’Agence Spatiale Européenne(ESA) arrive enfin, après un voyage de dix ans dans le système solaire, aux abords de son objectif, la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko. Le Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM – Aix Marseille Université & CNRS – OSU Institut Pythéas) est l’un des principaux laboratoires français impliqués dans cette mission exceptionnelle avec le soutien du Centre National d’Etudes Spatiales (CNES). Cette mission permettra notamment d’étudier pour la première fois l’évolution d’une comète au cours de sa course dans le système solaire, mais aussi d’étudier in-situ le noyau cométaire. La collecte et l’étude des images qui seront obtenues par la caméra OSIRIS à bord de la sonde au cours de son approche et de son suivi de la comète constitueront des événements phares de l’année 2014 pour les astronomes Marseillais.

Jusqu’en août 2014 Rosetta va se rapprocher progressivement de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko. Elle va tout d’abord cartographier en détail la surface de la comète, afin de sélectionner le meilleur site pour y déposer, en novembre, l’atterrisseur Philae qui procèdera à une étude approfondie de son noyau. Rosetta continuera ensuite d’accompagner la comète tout au long de son voyage à travers le système solaire interne. Elle suivra ainsi l’évolution constante de l’activité de la comète à mesure que celle-ci se réchauffera en s’approchant du Soleil. C’est en août 2015 que sa course la mènera au plus près de notre étoile.

Rosetta, de grandes premières scientifiques et technologiques :
- première mission vers une comète au-delà de la ceinture d’astéroïdes, à quelque 800 millions de kilomètres du Soleil, ne recourant qu’à des cellules photovoltaïques pour alimenter en énergie le véhicule spatial
- premier engin spatial à se mettre en orbite autour d’une comète et à y déposer un module de surface « Philae », ce qui fait de cette mission l’une des plus complexes et certainement la plus ambitieuse jamais entreprise par l’ESA
- premier engin spatial à observer de près l’évolution d’une comète à mesure que cette dernière est soumise à un rayonnement solaire de plus en plus intense ;
- premières images jamais obtenues depuis la surface d’une comète et première analyse in situ de la composition du noyau d’un tel corps céleste en forant depuis sa surface.

Les ingénieurs et les chercheurs européens impliqués dans cette mission ont dû relever de nombreux défis technologiques pour concevoir cette mission et conduire Rosetta à son point de rendez-vous après un voyage de plus de dix ans dans le système solaire. Mais, l’enjeu est de taille et vaut bien tous ces efforts puisque Rosetta devrait nous fournir d’importants éléments de compréhension sur l’origine et l’évolution du système solaire, notamment grâce à l’étude du rôle que les comètes sont susceptibles d’avoir joué dans l’apparition de l’eau sur Terre.

Alors, difficile d’imaginer une telle mission sans la participation des astronomes Marseillais. En effet, pour la petite histoire rappelons qu’en 1913, l’Union Astronomique Internationale choisissait Marseille comme centre international des « petites planètes ». Grâce aux observations d’astronomes de renom tels que Pons (37 comètes découvertes, record mondial, dont 23 à Marseille), Gambart (12 comètes), Tempel (17 comètes), Coggia (6 comètes), Stéphan (5 comètes) et Borrelly (13 comètes) la ville détient à ce jour le record mondial du nombre de comètes détectées visuellement. Plus récemment ces dix huit dernières années, le coronographe LASCO-C2 conçu et réalisé par le LAM et embarqué sur l’observatoire solaire SOHO de l’ESA a découvert des milliers de comètes dites rasantes qui frôlent le Soleil.

Ce domaine de recherche d’excellence chez les astronomes Marseillais s’est ainsi perpétué et les chercheurs du LAM se sont bien évidemment engagés dans l’aventure dès le début de la mission. C’est d’ailleurs Philippe LAMY, chercheur CNRS au LAM qui, grâce à une technique qu’il a mise au point avec Imre Toth (Observatoire de Konkoly, Hongrie) et Harold Weaver (laboratoire de physique appliquée de l’Université Johns Hopkins, Laurel, Etats-Unis), a fourni les caractéristiques physiques et un premier modèle du noyau, informations indispensables au choix de la nouvelle comète cible, la comète 67P/ Churyumov-Gerasimenko, et à l’élaboration des opérations d’observation en 2014.

The nucleus of 67P/Churyumov-Gerasimenko
Crédit : HST Observations

Fort d’un savoir-faire très spécifique à l’instrumentation spatiale – particulièrement les domaines de l’optique et de l’opto-mécanique – et doté d’installations lui permettant de tester les instruments dans les conditions sévères imposées par la mission (vide, températures extrêmes, vibrations…), le LAM a conçu et réalisé, en partenariat avec la société EADS-Astrium à Toulouse et plusieurs laboratoires européens, la caméra à haute résolution spatiale « Osiris – NAC » pour « Narrow Angle Camera » qui équipe l’orbiteur Rosetta. Le LAM a également participé à la conception et la réalisation de l’ensemble de caméras panoramiques qui lui est monté sur le module de surface Philae.

Compte tenu des contraintes techniques d’une telle mission, la réalisation de ces instruments a nécessité l’intervention de personnels hautement qualifiés de métiers divers. Ainsi, opticiens, mécaniciens, informaticiens, électroniciens, thermiciens, qualiticiens, chercheurs de l’observatoire ont été impliqués dans ce projet. Et il n’en fallait pas moins pour imaginer et concevoir ce télescope miniature qui ne pèse pas plus de 12 kilogrammes, qui après un voyage d’une dizaine d’années va fournir des images d’une très haute résolution, sans aucun doute spectaculaires, à la communauté scientifique et au grand public.

A partir du mois de Mai, les astronomes du LAM, Philippe Lamy, Laurent Jorda et Olivier Groussin vont ainsi commencer à recevoir des images de plus en plus précises au fur et à mesure que la sonde se rapprochera de la comète. Grâce à ces données, ils réaliseront notamment un modèle à trois dimensions du noyau puis des relevés topographiques de terrain avec une résolution de 20 centimètres afin de choisir le site d’atterrissage optimal pour Philae.

Une exoplanète qui joue à cache-cache avec les astronomes

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Une équipe d’astronomes européens 1, dont des chercheurs du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (CNRS/Aix-Marseille Université), a confirmé la présence d’une planète « invisible », grâce au spectrographe SOPHIE 2 installé sur le télescope de 1,93m de l’Observatoire de Haute-Provence. Cette planète, Kepler-88 c, avait été prédite grâce à la perturbation gravitationnelle qu’elle cause sur sa planète voisine, Kepler-88 b. Ce résultat est publié aujourd’hui dans la revue Astronomy & Astrophysics.

Pendant les quatre années de sa mission, le télescope spatial Kepler 3 a trouvé plus de 3500 transits planétaires sur des centaines de milliers d’étoiles étudiées. Cependant, toutes les planètes situées dans le champ de vue de Kepler ne passent pas devant leur étoile hôte. En effet, si le plan de leur orbite est légèrement incliné (quelques degrés suffisent) par rapport à la direction de la Terre, la planète n’occulte pas l’étoile. Elle est donc « invisible » pour Kepler.

Figure 1
Vue d’artiste du système Kepler-88 b. Image de fond : ESO / S. Brunier
Crédit : Alexandre Santerne (CAUP)
Figure 2
Photo de la coupole du télescope de 1,93m de l’Observatoire de Haute-Provence (France) qui utilise le spectrographe SOPHIE, avec le champ de vue de Kepler.
Crédit : Alexandre Santerne (CAUP)

Des planètes en orbite autour d’une même étoile interagissent gravitationnellement les unes avec les autres. Dans ces systèmes à plusieurs planètes, cette interaction cause des perturbations dans les temps auxquels se produisent les transits planétaires 4. Ce phénomène est appelé variations des temps de transit ou TTV. La technique des TTV est sensible à des planètes aussi petites que la Terre et permet de mettre en évidence les perturbations gravitationnelles dans les systèmes planétaires. C’est le cas du système Kepler-88 autour duquel le télescope spatial Kepler a détecté une planète en transit (Kepler-88 b). Cette planète est si fortement perturbée par une autre planète qui elle ne transite pas, que ce système a gagné le surnom de Roi des variations de temps de transit.

Une analyse précédente 5 a prédit que ce système devrait être composé d’une paire de deux planètes proches de la résonance deux:un (i.e. la période orbitale de la planète externe est exactement deux fois plus longue que celle de la planète interne). Cette configuration orbitale est la même que celle entre la Terre et Mars dans le système solaire, Mars orbitant autour du Soleil en près de 2 ans. En utilisant le spectrographe SOPHIE, une équipe européenne d’astronomes a réussi à mesurer directement, grâce à la méthode des vitesses radiales 6, la masse de la planète invisible Kepler-88 c.

C’est la première fois que la masse d’une exoplanète invisible, déduite de la variation de temps de transit est confirmée indépendamment par une autre technique. Ce résultat valide donc la technique des TTV pour détecter des planètes invisibles et explorer les systèmes multiplanètes. Cette technique a été utilisée pour déterminer la masse de plus de 120 exoplanètes détectées par Kepler dans 47 systèmes planétaires, jusqu’à des planètes à peine plus massives que la Terre. Il aide à mieux comprendre les interactions dynamiques et la formation de systèmes planétaires. Cela permet aussi d’anticiper l’exploration future de nouveaux systèmes exoplanétaires depuis l’espace comme pourra le faire le télescope PLATO 7.

1. L’équipe est composée de S. C. C. Barros (LAM), R. F. Díaz (LAM/Observatoire Genève), A. Santerne (CAUP/LAM), G. Bruno (LAM), M. Deleuil (LAM), J.-M. Almenara (LAM), A. S. Bonomo (INAF – Osservatorio Astronomico di Torino), F. Bouchy (LAM), C. Damiani (LAM), G. Hébrard (IAP/OHP), G. Montagnier (IAP/OHP) et C. Moutou (CFHT/LAM). Les observations ont été financées grâce au Programme National de Planétologie du CNRS-INSU.
2. SOPHIE (Spectrographe pour l’Observation des Phénomènes des Intérieurs stellaires et des Exoplanètes, or Spectrograph for Observation of phenomena of stellar interiors and Exoplanets) est un spectrographe à haute résolution permettant de mesurer la vitesse radiale des étoiles avec une précision de 1m/s. Il est installé sur le télescope de 1,93 mètre de l’Observatoire de Haute-Provence, le même télescope avec lequel, en 1995, Michel Mayor et Didier Queloz ont détecté la première planète autour d’une autre étoile que le Soleil.
3. Le Télescope Spatial Kepler (NASA) a été lancé le 5 mars 2009 pour observer continuellement 150 000 étoiles dans la région de la constellation du Cygne. L’un des objectifs principaux de cette mission était de détecter des transits d’exoplanètes. À cause de problèmes techniques, cette mission a été interrompue prématurément le 15 août 2013.
4. La méthode des transits planétaires consiste à mesurer la diminution de luminosité des étoiles quand une planète passe devant le disque stellaire (comme une micro éclipse de Soleil). Avec cette méthode des transits, il est possible de mesurer le rayon des planètes, mais pas leur masse. Cette méthode est compliquée à utiliser, parce qu’elle nécessite que la planète et l’étoile soient parfaitement alignées avec l’observateur.
5. Nesvorny et al., KOI-142, the King of Transit Variations, is a Pair of Planets near the 2:1 Resonance, The Astrophysical Journal, Volume 777, (2013)
6. La méthode des vitesses radiales détecte des exoplanètes en mesurant les petites variations dans la vitesse (radiale) de l’étoile, à cause du mouvement reflex que l’exoplanète induit sur l’étoile. La variation de vitesse radiale de la Terre sur le Soleil est d’environ 10 cm/s, soit 0,36 km/h. Avec cette méthode, il est possible de déterminer la masse minimale des planètes.
7. PLATO est une mission candidate M3 du programme « Cosmic Vision » de l’Agence Spatiale Européenne (ESA), dont le but est de rechercher d’autres Terres en transit devant des étoiles voisines du Soleil : http://sci.esa.int/plato/

Chronicles of Possible Worlds

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« Chronicles of Possible Worlds » – une création musicale et chorégraphique sur le thème des exoplanètes. Le Laboratoire d’Astrophysique de Marseille collabore à ce spectacle de Jeff Mills.

Le spectacle « Chronicles of Possible Worlds » est en premier lieu une création inédite du compositeur américain Jeff Mills, conçue spécialement pour cet événement de Marseille-Provence 2013, Capitale Européenne de la Culture. « Chronicles of Possible Worlds » c’est aussi une représentation en musique et en mouvement de systèmes exoplanètaires. Aussi, pour offrir au public un regard artistique de ces mondes d’ailleurs fondé sur de véritables données scientifiques, Jeff Mills et le chorégraphe Alexandre Roccoli ont travaillé avec deux chercheuses, spécialistes des exoplanètes, du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (AMU, CNRS). Produit par l’association aixoise Seconde Nature, le spectacle sera présenté à la Fondation Vasarely le dimanche 10 novembre.

« Chronicles of Possible Worlds » est une création originale et exclusive de l’artiste Jeff Mills, spécialement conçue pour être représentée dans les espaces de la Fondation Vasarely (Aix-en-Provence) à l’occasion de la Capitale Européenne de la Culture, Marseille Provence 2013. Cette création consiste à la fois en une performance musicale et chorégraphique — dont le propos repose sur une sélection de données de recherches sur les planètes extrasolaires— et un principe déambulatoire particulier, l’ensemble visant à emporter le public dans un voyage « exoplanétaire » …

Au cœur des six espaces hexagonaux de la Fondation Vasarely, une équipe de 5 danseurs tentera ainsi de traduire par le corps, les caractéristiques des systèmes exoplanétaires choisi par Jeff Mills. Ce dernier et le chorégraphe ont travaillé en collaboration avec Magali Deleuil et Cilia Damiani, deux chercheuses spécialistes des exoplanètes du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM) afin de pouvoir comprendre au mieux ce que nous savions des caractéristiques physiques de ces mondes d’ailleurs et en donner une retranscription musicale et chorégraphique. Jeff Mills a ainsi composé une bande-son spécifique pour chacune d’elles. Dans leur déambulation, les danseurs emmèneront le public à la découverte de ces exoplanètes. Des illustrations artistiques, permettront également une vision croisée avec l’œuvre de Victor Vasarely.

Ce projet est une belle occasion d’offrir au public un regard artistique inédit sur une des thématiques phares de la recherche en astrophysique actuelle grâce à une approche originale à la croisée de l’art et de la science. Et, il s’agit bien de ça – une rencontre entre l’art et la science- une volonté affirmée par l’ensemble des partenaires du projet et mise en œuvre grâce à l’association Seconde Nature, à l’origine de cette rencontre. Pour les équipes du LAM, ce projet alliant l’art et la science s’inscrit dans une démarche engagée depuis plusieurs années avec pour objectif de faire découvrir leurs thématiques scientifiques à de nouveaux publics et de susciter des échanges passionnants avec des artistes. Ces échanges sont l’occasion de croiser les regards sur leurs recherches et d’offrir ainsi aux publics – de nouveaux publics – une autre vision de leurs travaux.

De plus, « Chronicles of Possible Worlds » ne se contente pas d’offrir un regard artistique sur les exoplanètes. Le projet va plus en profondeur encore dans la relation entre l’art et la science. Grâce au DVD, au CD et au livret qui les accompagne, le public découvrira également le propos scientifique en lui-même, avec des interventions de Magali Deleuil et de Cilia Damiani expliquant de manière simple leur recherche et l’état de nos connaissances sur ces « mondes d’ailleurs ». Le public entrera également au cœur de cette démarche alliant l’art et la science avec des textes des artistes et des chercheurs mettant en perspective leur rencontre et la démarche créatrice qui en résulte. Durant le mois précédant le spectacle, l’association Seconde Nature accueillera une exposition qui invitera le visiteur à un voyage en images au cœur de cette thématique de recherche : un voyage dans l’univers « visuel » des chercheurs d’exoplanètes.

Chercheurs et artistes observent le monde qui nous entoure. Les uns tentent d’en percer les mystères, les autres en nourrissent leur imaginaire pour créer. Aussi, croiser les regards ne peut qu’être source d’enrichissement.

Une galaxie surprise en plein festin grâce à un projecteur lointain

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Des astronomes, parmi lesquels Céline Péroux du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (CNRS, AMU) utilisant le Très Grand Télescope, le VLT, de l’ESO ont repéré une galaxie lointaine dévorant avec appétit le gaz environnant. Le gaz semble tomber en direction de la galaxie, créant un flux qui alimente la formation d’étoiles et entraîne la rotation de la galaxie. Il s’agit là de la meilleure preuve observationnelle de l’hypothèse selon laquelle les galaxies attirent puis absorbent la matière environnante afin de croître et de donner naissance à de nouvelles étoiles. Les résultats paraîtront dans l’édition du 5 juillet 2013 de la revue Science.

Les astronomes ont toujours suspecté que la croissance des galaxies résultait de l’attraction de matière environnante, mais ce processus s’est avéré très difficile à observer directement. Le Très Grand Télescope – le VLT – de l’ESO a été récemment utilisé pour étudier le très rare alignement d’une galaxie lointaine 1 et d’un quasar – le centre extrêmement brillant d’une galaxie au sein duquel réside un trou noir supermassif – plus distant encore. Avant d’atteindre la Terre, la lumière en provenance du quasar traverse la matière qui environne la galaxie d’avant plan, ce qui permet d’étudier en détail les propriétés du gaz entourant la galaxie 2. Ces nouveaux résultats apportent le meilleur aperçu à ce jour d’une galaxie en plein festin.

« Ce type d’alignement est extrêmement rare et il nous a permis d’effectuer des observations uniques », nous confie Nicolas Bouché de l’Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP), Toulouse, France, auteur principal du nouvel article. « Nous avons été en mesure d’utiliser le VLT de l’ESO pour sonder la galaxie elle-même ainsi que le gaz environnant. Ce qui nous a permis d’aborder une question essentielle relative à la formation des galaxies : comment les galaxies croissent-elles et comment alimentent-elles la formation d’étoiles ? »

Lorsqu’elles créent de nouvelles étoiles, les galaxies épuisent rapidement leurs réservoirs de gaz ; afin de poursuivre cette activité, elles doivent donc être continûment alimentées en gaz frais. Les astronomes suspectaient que l’attraction gravitationnelle du gaz froid environnant par la galaxie constituait la clé du problème. Dans ce scénario, une galaxie attire du gaz qui entoure ensuite la galaxie et tourne avec elle avant de tomber à l’intérieur. Bien que des preuves de l’existence de cette accrétion galactique aient déjà été collectées, le mouvement du gaz et ses autres propriétés n’avaient pas encore été totalement étudiés.

Les astronomes ont utilisé les instruments SINFONI et UVES 3 qui tous deux équipent le VLT de l’ESO situé à l’Observatoire de Paranal au nord du Chili. Les nouvelles observations ont livré de précieuses informations concernant la rotation de la galaxie ainsi que la composition et le mouvement du gaz environnant la galaxie.

« Les propriétés de ce vaste volume de gaz environnant étaient en accord parfait avec les propriétés attendues d’un gaz froid aspiré par la galaxie » nous révèle Michael Murphy (Université de Technologie de Swinburne, Melbourne, Australie), co-auteur de l’étude. « Le gaz se déplace comme prévu, en quantité prévue et sa composition est en accord total avec le modèle. C’est comme si l’heure du repas pour les lions d’un zoo avait sonné – cette galaxie est particulièrement vorace, et nous avons découvert de quoi elle se nourrit pour croître si rapidement. »

Les astronomes avaient déjà découvert l’existence de matière autour des galaxies de l’Univers jeune, mais c’est la toute première fois qu’ils ont été en mesure de prouver, sans la moindre ambigüité, que la matière se déplace vers l’intérieur et non vers l’extérieur de la galaxie, de déterminer également la composition de ce carburant frais nécessaire à la création des générations suivantes d’étoiles. Sans la lumière du quasar et l’effet de projecteur qu’il crée, ce gaz environnant serait demeuré indétectable.

« Dans ce cas précis, nous avons eu la chance que le quasar se situe dans l’alignement précis de la galaxie, de sorte que sa lumière traverse le gaz tombant sur la galaxie. La prochaine génération de télescopes géants permettra d’observer les galaxies sous de multiples angles et procurera donc une vision d’ensemble bien plus complète » conclut Crystal Martin (Université Santa Barbara de Californie, Etats-Unis), co-auteur de l’étude.

 

1. Cette galaxie a été détectée à un redshift voisin de 2 lors d’un sondage effectué par l’instrument SINFONI en 2012 dans le cadre du Programme SINFONI Mg II dédié aux galaxies à raies d’émission (SIMPLE). Le quasar du fond a été baptisé HE 2243-60 ; la galaxie, elle, est située à un décalage spectral z=2.3285 – nous l’observons donc alors que l’Univers n’était âgé de deux milliards d’années.
2. Lorsque la lumière en provenance du quasar traverse les nuages de gaz, quelques longueurs d’onde sont absorbées. Les caractéristiques de ces raies d’absorption fournissent aux astronomes de nombreuses informations relatives aux mouvements et à la composition chimique du gaz. En l’absence du quasar, beaucoup moins d’informations auraient été obtenues – les nuages de gaz ne brillent pas et sont invisibles sur les clichés.
3. SINFONI est le spectrographe dédié aux observations de champ intégral dans l’infrarouge proche, tandis qu’UVES est le spectrographe à réseau échelle opérant dans l’ultraviolet et le visible. Tous deux équipent le Très Grand Télescope de l’ESO. SINFONI a révélé les mouvements de gaz au sein de la galaxie et UVES les effets du gaz environnant la galaxie sur la lumière en provenance du quasar distant.