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La plus grande carte de l’univers distant : le sondage VIPERS avec le VLT de l’ESO répertorie 55 000 galaxies à la moitié de l’âge de l’univers

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Le plus grand programme de cartographie de l’Univers en 3 dimensions utilisant les télescopes de l’ESO vient d’atteindre la moitié de son objectif, et présente d’ores et déjà la carte la plus détaillée jamais produite. Cette cartographie a été menée par une équipe internationale d’astronomes à laquelle participent plusieurs chercheurs du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (AMU,CNRS/ Institut Pythéas). Ces chercheurs ont mesuré les distances de 55000 galaxies avec l’instrument VIMOS 1 sur le très grand télescope VLT de l’Observatoire Européen Austral (ESO) dans le cadre du grand relevé VIPERS 2. Cela a permis de produire une vue remarquable de la distribution à 3-dimensions des galaxies alors que l’Univers n’avait que la moitié de son âge actuel, environ 7 milliards d’années, révélant les détails de la toile cosmique, la structure à grande échelle de l’Univers.

 

La toile cosmique permet de tester les théories de formation et d’évolution de l’Univers, à la recherche des propriétés de la mystérieuse énergie noire qui accélère l’expansion de l’Univers. Cartographier les grandes structures avec le temps, permet aussi de vérifier si la théorie de la Relativité Générale d’Einstein est valide à ces grandes échelles, ou s’il est nécessaire de la modifier. Le relevé VIPERS produit aujourd’hui la carte la plus détaillée de l’Univers tel qu’il était il y a 7 milliards d’années, une époque au cours de laquelle on pense que l’Univers est devenu dominé par l’énergie noire. VIPERS n’en est qu’à la moitié de son programme, mais les résultats annoncés sont très enthousiasmants. En particulier avec la première mesure du taux de croissance des structures à un décalage vers le rouge de 1, en accord avec la Relativité Générale, et un recensement précis du nombre de galaxies massives à cette époque. Avec cette première étape, l’équipe VIPERS soumet cette semaine les 7 premiers articles pour publication dans les revues scientifiques, dont deux ont des premiers auteurs français. Les données de VIPERS sont publiques, le premier catalogue de distances sera mis à disposition de la communauté internationale en septembre de cette année. La France est très active dans cette collaboration avec les équipes du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM), du Centre de Physique des Particules (CPT) et de l’Institut d’Astrophysique de Paris (IAP). VIMOS, qui est en opération depuis plus de 10 ans, est également l’un des instruments les plus productifs du VLT. Il est aussi à noter que les outils logiciels associés utilisés pour VIPERS ont été développés sous responsabilité française.

1. La lumière de chaque galaxie est dispersée en ses couleurs avec VIMOS, ce qui permet de mesurer leur vitesse d’éloignement, le « redshift » ou décalage vers le rouge lié à l’expansion de l’Univers. La distance en est déduite, ce qui permet, en combinaison avec la position sur le ciel, de positionner les galaxies observées dans une carte de l’Univers à 3 dimensions. Le LAM a été le coordinateur du consortium d’instituts européens qui a construit VIMOS (VIsible Multi-Object Spectrograph) pour le VLT de l’ESO. VIMOS a été financé par l’ESO, le CNRS (INSU) et la région Provence-Alpes-Côte d’Azur en France, et par le CNR, l’INAF et le ministère de l’éducation en Italie.
2. VIPERS est l’acronyme pour VIMOS Public Extragalactic Redshift Survey, plus d’informations : http://vipers.inaf.it/

Lancement du Festival d’Astronomie de Provence

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Le Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM), en collaboration avec des associations d’astronomes amateurs de la région, invite les publics à venir s’émerveiller de la beauté du ciel nocturne et à découvrir les derniers résultats de la recherche en astronomie à l’occasion de la première édition du Festival d’astronomie de Provence. Ce nouveau festival, organisé par le LAM, se déroulera du 6 au 13 mai 2023 avec des rendez-vous à Allauch, Marseille et Plan-de-Cuques. Conférences, visites, soirées d’observation et autres ateliers enfant sont au programme.

La Provence est de longue date une terre d’astronomie et les astronomes marseillais ont su, au fil du temps, maintenir à la pointe de la technologie leurs savoir-faire en matière de conception instrumentale alliant ainsi la recherche en astronomie et la conception des instruments permettant de mener ces recherches. Le Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (OSU Institut Pythéas / CNRS, Aix-Marseille Université, CNES) est aujourd’hui l’un des quelques laboratoires français qualifié de « spatial ». C’est-à-dire qu’il est en capacité de concevoir, de réaliser et de tester des instruments embarqués sur des satellites dédiés à l’observation de l’Univers ou des sondes d’exploration planétaires et certains savoir faires de ses équipes sont uniques en Europe. Les thématiques scientifiques qui y sont développées sont tout aussi passionnantes (système solaire, exoplanètes, étoiles, galaxies et cosmologie). Et, les équipes du LAM attachent une grande importance à s’impliquer dans des actions de diffusion de la culture scientifique, notamment aux côtés des associations d’astronomes amateurs, afin de partager avec les publics l’aventure scientifique et technologique qu’ils vivent au quotidien. Dans ce contexte, l’ambition du LAM et de ses partenaires associatifs est de créer un temps fort offrant une grande visibilité à l’importance de l’astronomie en Région.

« L’ambition de ce festival est de célébrer l’astronomie sous toutes ses formes avec le public provençal » explique Laurent Lamy, astronome-adjoint à l’initiative de ce projet et de poursuivre « Notre programme permettra à chacun de découvrir les dernières avancées de la recherche en astrophysique, de découvrir les haut-lieux de l’astronomie à Marseille, avec des animations adaptées aux enfants et leur famille, et bien sûr d’observer le ciel, de jour comme de nuit ».

Outre Marseille, le LAM s’est rapproché des communes d’Allauch et de Plan-de-Cuques qui ont toutes les deux accepté d’accueillir une partie des événements de la programmation du festival. Et, afin de toucher les plus jeunes le LAM a proposé d’organiser dans ces deux communes une journée spécifique dédiée aux scolaires de niveau cours moyen sur le système solaire, qui figure à leur programme.

« L’astronomie est une science qui fascine généralement les publics et les plus jeunes ne sont pas les derniers à s’y intéresser. Elle constitue un véritable atout pour sensibiliser le plus grand nombre aux sciences et aux technologies » explique Samuel Boissier, directeur de recherche CNRS et directeur du LAM et de conclure « Ce type de manifestations est donc aussi parfois l’occasion de créer des vocations en astronomie ou dans les filières scientifiques. »

Jupiter se serait-elle formée dans un environnement pauvre en eau ?

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La thermochimie [1] de Jupiter a été modélisée afin de reproduire les observations de monoxyde de carbone qui y ont été faites. Il s’agit d’une méthode indirecte qui permet de poser une contrainte sur l’abondance profonde en eau et donc l’abondance en oxygène de la planète.

La détermination de cette grandeur, qui nous informe sur les processus de formation des planètes géantes, a été l’un des programmes pilotes de la conception de la mission Juno. En outre, tandis que Juno semble mesurer une abondance légèrement super-solaire d’oxygène [2] , les résultats nominaux indiquent que l’oxygène de Jupiter serait subsolaire [3] .

Ce résultat ouvre ainsi la voie à deux possibilités. Soit l’oxygène est bien subsolaire et Jupiter s’est formée dans une région plutôt sèche de la nébuleuse protoplanétaire, soit il existe une couche radiative [4] à plusieurs centaines de kbar qui agit et nous empêche d’avoir accès à la valeur profonde de l’oxygène. Une simulation a montré qu’une couche de cette nature permet de reproduire les observations avec un oxygène super-solaire [5] .

Ce travail qui implique des scientifiques du CNRS-INSU (voir encadré) montre la complémentarité des différentes techniques pour la détermination de la composition profonde des planètes géantes : la cinétique chimique utilisée dans cette étude est une technique qui est complémentaire aux mesures in situ par spectrométrie de masse (Galileo) et par radiométrie (Juno).

Didier Queloz décoré de la Légion d’honneur

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Le 20 avril 2023, M. Didier Queloz, prix Nobel de physique 2019 et président de la Fondation Marcel Benoist, a été décoré des insignes de chevalier de l’ordre National de la Légion d’honneur par S.E.M. Frédéric Journès, ambassadeur de France en Suisse. Cette distinction marque la reconnaissance de sa contribution à la recherche scientifique et à la coopération universitaire et scientifique avec la France.

Lors de la cérémonie, M. Frédéric Journès, ambassadeur de France en Suisse, a adressé ses félicitations à M. Didier Queloz pour cette distinction qu’il lui a remise au nom du Président de la République française. « Vous avez consacré votre carrière à l’extension de nos capacités de détection et de mesure des exoplanètes. Après avoir ouvert la route, vous avez contribué à créer un champ scientifique nouveau, 4000 exoplanètes ont été référencées depuis » a précisé M. Journès.

Citant Saint Exupéry, il a ajouté « si les étoiles sont éclairées afin que chacun puisse un jour retrouver la sienne. » comme le croyait le Petit Prince, « votre carrière scientifique, est tout entière tournée vers le ciel, et de la découverte extraordinaire qui vous a valu en 2019 le Prix Nobel de Physique, votre étoile : 51 Pegasi et sa première exoplanète, » grâce à vos recherches à l’observatoire de Genève et celui de Haute Provence.

Recevant la distinction, Didier Queloz a déclaré : « La découverte de la première exoplanète et mon histoire dans cette aventure est intimement liée à celle de l’Observatoire de Haute-Provence. C’est avec reconnaissance et un immense plaisir que je reçois cet honneur avec une pensée pour les techniciens de cette institution, pour la plupart désormais décédés, qui ont permis cette extraordinaire collaboration et bouleversé nos connaissances sur notre Univers ».

Après avoir grandi en Suisse romande, M. Didier Queloz obtient en 1995 un doctorat (Recherche par les techniques de corrélation croisée) à l’Observatoire de la Faculté des sciences de l’Université de Genève, sous la direction du Professeur Michel Mayor. Le 6 octobre 1995, il découvre avec son directeur de thèse depuis l’Observatoire de Haute-Provence, en France, la toute première planète située en-dehors de notre système solaire : 51 Pegasi b.

Une extraordinaire découverte, pour laquelle ils reçoivent tous les deux le prix Nobel de physique 2019. Cette observation majeure, à l’origine de la « révolution exoplanète », a en effet engendré une véritable révolution en astronomie et lancé le domaine de la recherche sur les exoplanètes, dont plus de 4’100 ont été détectées à ce jour.

Au cours des 25 années suivantes, les principales contributions scientifiques de M. Didier Queloz portent sur l’extension de nos capacités de détection et de mesure de ces exoplanètes, afin de récupérer des informations sur leur structure physique, de mieux comprendre leur formation et leur évolution par rapport à notre système solaire.

M. Didier Queloz a rejoint en 2021 l’Ecole polytechnique fédérale de Zurich (EPFZ) où il dirige le Centre sur l’origine et le développement de la vie. Depuis le 1er janvier 2023, il est également Président du conseil de la Fondation Marcel Benoist – qui décerne le prix scientifique suisse éponyme- et au sein de laquelle, la France est représentée.

La Légion d’honneur est le premier ordre national français visant à honorer ses citoyennes et citoyens ainsi que des étrangers. Elle en constitue la plus haute distinction. Elle récompense les mérites éminents acquis au titre de la Nation.

Feu vert pour la mission spatiale Euclid

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Le Comité des Programmes Scientifiques (SPC) de l’ESA vient de finaliser le processus de sélection de la mission Euclid, qui fait désormais partie du Programme « Cosmic Vision » de l’ESA. L’adoption d’Euclid permet le démarrage des travaux de développement de la mission Euclid consacrée à l’étude de l’énigmatique énergie noire. Cette étape très importante est la dernière d’un processus de près de cinq ans qui aura vu Euclid, née d’une idée française, franchir avec succès toutes les étapes de sélection pour être retenue parmi 50 propositions comme deuxième mission du programme Vision Cosmique de l’ESA. Les chercheurs et ingénieurs à Marseille sont parmi les équipes françaises les plus impliquées dans cette mission dont le lancement est prévu au second trimestre 2020.

L’expression « énergie noire » est née en 1998 suite à une découverte surprenante : alors que l’expansion de l’Univers prévue dans le cadre de la « théorie du Big Bang » est bien confirmée par l’observation que les galaxies s’éloignent les unes des autres, cette expansion semble se faire de plus en plus rapidement avec le temps alors que l’on imaginait jusqu’alors un ralentissement de cette expansion, à cause de la gravitation. En outre, cette mystérieuse composante représenterait 73% du contenu de l’Univers, en sus de 23% d’une non moins mystérieuse « matière noire » dont on observe les effets à grande échelle.

Cette découverte, qui vaudra à ses auteurs le prix Nobel en 2011, a suscité un intérêt considérable dans une très large communauté scientifique embrassant la physique théorique, l’astrophysique ou encore la cosmologie. Plusieurs idées ont alors été mises en œuvre pour tenter de comprendre ce qu’est l’énergie noire. Euclid s’appuiera sur au moins deux d’entre elles, appelées respectivement méthode du cisaillement gravitationnel (Weak Lensing – WL – en anglais) et des oscillations acoustiques baryoniques (Baryonic Acoustic Oscillations – BAO).

La première consiste à mesurer la distorsion des images des galaxies provoquée par la présence de matière noire sur la ligne de visée. En réalisant l’opération sur des galaxies situées à diverse distances de nous, on peut « cartographier » la matière noire en trois dimensions et voire ainsi l’évolution de cette répartition dans le temps.

La méthode des BAOs s’appuie quant à elle sur une cartographie en trois dimensions des grandes structures visibles de l’Univers (galaxies, amas de galaxies). Là encore, c’est la comparaison entre structures lointaines (donc anciennes) et proches (donc récentes) qui renseignera sur les effets précis de l’énergie noire.

Il se trouve que matière et énergie noires contribuent de façon différente à l’histoire de l’expansion de l’Univers et de l’évolution des structures cosmiques. Ces différences peuvent être identifiées et caractérisées avec Euclid, permettant aux physiciens et astrophysiciens de comprendre la nature de l’énergie noire et de révéler des propriétés de la matière noire. Avec Euclid les physiciens seront donc en mesure de nous dire si la source de l’accélération de l’Univers provient d’une composante nouvelle, l’énergie noire, ou bien de la manifestation d’effets gravitationnels imprévus par la théorie standard de la gravitation, la relativité générale.

Pour réaliser ces mesures, Euclid effectuera un relevé d’une grande partie du ciel avec deux instruments très précis, placés au foyer d’un télescope de 1,2 m. Une caméra de 576 millions de pixels observant dans le domaine visible fournira les images de plus d’un milliard de galaxies avec une très haute résolution, équivalente à celle du télescope spatial Hubble. Un spectro-imageur opérant dans l’infrarouge produira une cartographie des grandes structures de l’Univers et mesurera la distance aux galaxies imagées par la caméra. Enfin, un ensemble de supercalculateurs et de logiciels spécifiques sera nécessaire pour traiter les données reçues du satellite (plusieurs millions de Gigaoctets !).

Les données scientifiques d’Euclid fourniront un catalogue unique de plusieurs milliards d’étoiles et galaxies distribuées sur l’ensemble du ciel noir extragalactique – en dehors du disque de la Voie Lactée – avec leurs principales caractéristiques. Ce catalogue ouvrira notamment une fenêtre sur l’époque de la formation des premières galaxies, il y a plus de 12 milliards d’années. Il sera une source unique et quasi-inépuisable d’information pour la totalité de la communauté astronomique mondiale pendant les prochaines décennies.

Si l’ESA est en charge de la mission dans son ensemble, c’est un consortium de laboratoires et d’instituts européens de près de 1000 scientifiques et ingénieurs (le plus important jamais rassemblés autour d’une mission spatiale en Europe), dirigé par Yannick Mellier, de l’Institut d’Astrophysique de Paris (Université Pierre et Marie Curie/CNRS), qui fournira les instruments et le système de traitement des données. Les laboratoires français soutenus par le CNES, le CNRS et le CEA et leurs Universités constituent depuis le début le fer de lance de ce consortium et ont largement contribué par des études approfondies à la sélection d’Euclid. L’adoption d’Euclid par le SPC de l’ESA a pu se faire suite à la validation d’un MLA (multi-lateral agreement), notifiant l’accord de treize agences spatiales européennes de participer au projet.

Les équipes scientifiques et techniques du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM – Université d’Aix-Marseille/CNRS) et du Centre de Physique des Particules de Marseille (CPPM – Université d’Aix-Marseille/CNRS) sont impliquées sur un grand nombre de réalisations de cette mission dont Olivier Le Fèvre, astronome au LAM représente la France dans le Comité Directeur d’Euclid avec Yannick Mellier, de l’Institut d’Astrophysique de Paris (Université Pierre et Marie Curie/CNRS). Le spectro-imageur infrarouge NISP d’Euclid, le cœur technique de la mission avec l’imageur visible, est développé sous la responsabilité conjointe du CNES et du LAM avec Anne Ealet, physicienne au CPPM, comme responsable scientifique. Le NISP, un instrument complexe devant satisfaire les exigences de l’environnement spatial, sera conçu, puis intégré et testé au LAM par les équipes du LAM et du CPPM, avant d’être envoyé à l’ESA. Le projet profite ainsi des infrastructures du LAM dédiées à la conception et à la réalisation d’instruments pour l’astronomie spatiale, notamment les plateformes de tests des instruments, ainsi que de l’expertise du CPPM sur les détecteurs infrarouges spatiaux. Ces atouts ont permis le positionnement au plus haut niveau des équipes marseillaises sur cette grande mission spatiale de demain. La mission Euclid bénéficiera aussi du soutien du Labex OCEVU (Origines, Constituants et EVolution de l’Univers) dont le CPPM et le LAM sont deux de ses laboratoires fondateurs.