Univers

La mission spatiale NASA/ESA Cassini a exploré l’environnement de Saturne sous toutes ses coutures avec 293 orbites entre 2004 et 2017. Parmi la moisson de résultats scientifiques obtenus avec sa panoplie d’instruments, la détection unique de l’empreinte aurorale utraviolette (UV) de la lune Encelade – dont les panaches de matière sont la première source de plasma de la magnétosphère kronienne – dans l’atmosphère de Saturne en 2008 (Figure 1) avait révélé un nouveau cas d’interaction planète-satellite, ténu et transitoire. Jusque-là, seules les empreintes aurorales des satellites galiléens de Jupiter, intenses et régulières, étaient connues.

Neuf ans plus tard, lors de l’ultime orbite de la sonde Cassini avant son plongeon dans l’atmosphère de Saturne, l’empreinte aurorale UV nord d’Encelade a été redétectée fugitivement, juste à l’emplacement prédit et tournant autour du pôle à la vitesse orbitale de la lune pendant plus de 3h30 (Figure 2).

Cette deuxième détection confirme à la fois l’existence de l’interaction d’Encelade avec le champ magnétique de Saturne et que celle-ci dissipe moins d’énergie qu’Io, Europe ou Ganymède à Jupiter en raison du champ magnétique plus faible de Saturne. La tâche aurorale est transitoire et/ou trop faible pour être détectée continûment.

Les auteurs de l’étude ont aussi montré que l’apparition de cette signature UV coïncidait avec une activité radio aurorale de Saturne intensifiée par une compression de la magnétosphère par le vent solaire, un lien qui n’a jamais été observé à Jupiter. Ce contrôle de l’interaction planète-satellite par le vent solaire pose ainsi de nouvelles questions sur l’influence du vent solaire dans la magnétosphère interne.

L’étude comparée des interactions planète-satellite revêt un enjeu particulier, à l’heure où des émissions aurorales analogues sont activement recherchées autour d’exoplanètes orbitant près de leur étoile.

Image de couverture : L’interaction d’Encelade avec le champ magnétique de Saturne accélère des électrons dont la précipitation dans l’atmosphère kronienne produit une empreinte aurorale. Crédits : A. Rymer/APL/NASA/ESA.

L’article complet sur le site du LAM : https://www.lam.fr/laurore-dencelade-se-revele-une-derniere-fois-a-cassini/

Une équipe internationale dirigée par la France annonce la découverte d’un système planétaire particulièrement intéressant autour d’une étoile autre que le Soleil. Il comprend une planète dont le rayon et la masse sont compris entre ceux de la Terre et de Neptune, potentiellement en transit tous les 146 jours devant son étoile hôte, ainsi qu’un compagnon extérieur plus massif. De tels systèmes sont particulièrement rares, et intéressants pour mieux comprendre la formation et l’évolution des planètes.

Depuis la première découverte en 1995 d’une planète autour d’une étoile autre que notre Soleil, plus de 5000 exoplanètes ont été détectées. Cependant, les planètes petites et légères en orbite loin de leur étoile hôte restent particulièrement difficiles à détecter. Seules quelques-unes sont connues aujourd’hui. C’est ce type de détections qui mènera à celle de jumelles de la Terre autour d’étoiles semblables au Soleil.

Dans ce contexte, une collaboration scientifique internationale annonce la découverte d’un nouveau système planétaire autour de l’étoile HD88986. L’équipe est dirigée par Neda Heidari, une jeune chercheuse iranienne travaillant actuellement à l’Institut d’astrophysique de Paris. Elle a commencé ce travail lors de son doctorat préparé au Laboratoire d’astrophysique de Marseille sous la direction scientifique d’Isabelle Boisse, en collaboration avec l’Observatoire de la Côte d’Azur et l’Université Shahid Beheshti de Téhéran.

Le système comprend tout d’abord une sous-Neptune froide, HD88986b. Cette planète a la période orbitale la plus longue (146 jours) parmi les petites exoplanètes connues avec des mesures précises de masse. Elle a été détectée avec le spectrographe de haute précision SOPHIE à l’Observatoire de Haute-Provence, en France. Ces observations ont permis à l’équipe de mesurer une masse planétaire d’environ 17 fois celle de la Terre. Des observations complémentaires obtenues avec les télescopes spatiaux TESS (de la NASA) et CHEOPS (de l’ESA) indiquent que la planète est potentiellement en transit devant son étoile hôte, permettant ainsi la mesure directe de sa taille : environ deux fois celle de la Terre.

Au final, l’étude s’appuie sur plus de 25 ans d’observations, incluant également les données du satellite Gaia ou du télescope Keck à Hawaï. Elle révèle également un deuxième compagnon extérieur autour de cette étoile. Ce compagnon est particulièrement massif (plus de 100 fois la masse de Jupiter) et son orbite a une période de plusieurs dizaines d’années. Des observations supplémentaires seront nécessaires pour comprendre sa nature et mieux déterminer ses propriétés.

Un aspect important de ce nouveau système planétaire est la longue orbite de la sous-Neptune HD88986b. Cela indique qu’elle a probablement conservé sa composition d’origine sans perte de masse significative due au rayonnement ultraviolet extrême que l’étoile hôte a subi dans le passé. Cette caractéristique permet aux scientifiques d’explorer les scénarios de formation planétaire. Avec une température de seulement 190 degrés Celsius, HD88986b offre des opportunités passionnantes pour étudier la composition des atmosphères froides. En effet, la plupart des atmosphères détectées pour les exoplanètes sont supérieures à 1000 degrés Celsius. De plus, la présence d’un compagnon massif dans le système fait de HD88986 un cas particulièrement intéressant pour mieux comprendre la formation et l’évolution des planètes.

L’objectif principal de CONCERTO, qui est l’acronyme de « CarbON CII line in post-rEionisation and ReionisaTiOn epoch », est d’étudier la naissance de la première génération de galaxies. Pour ce faire, il examinera les structures cosmiques qui se sont formées entre 600 millions et 1,2 milliard d’années après le Big Bang. Cette époque, connue sous le nom de réionisation cosmique, est mal comprise et pourtant cruciale dans l’histoire du cosmos, car elle marque la transition entre les « âges sombres » – une période très obscure de la vie de l’Univers au cours de laquelle les étoiles ne s’étaient pas encore formées – et le moment où les galaxies les plus lointaines que nous voyons aujourd’hui dans l’Univers se sont formées. CONCERTO cartographiera également les amas de galaxies distants et les régions de formation d’étoiles dans notre Voie lactée.

Capable de balayer le ciel à des fréquences comprises entre l’infrarouge et les ondes radio, CONCERTO examinera le rayonnement émis par les atomes de carbone ionisé, un traceur précieux de la formation d’étoiles au début de l’ère cosmique. « L’objectif de faire la lumière sur la période de réionisation est très difficile à atteindre, car le signal que nous recherchons est très petit », explique Guilaine Lagache, chercheuse responsable de CONCERTO au Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (CNRS, AMU, CNES), en France. « Nous allons essayer d’atteindre cet objectif en utilisant une technique d’observation totalement expérimentale et innovante, appelée cartographie d’intensité. CONCERTO sera le premier instrument au monde à réaliser une cartographie d’intensité du rayonnement du carbone ionisé dans l’Univers jeune sur un grand champ de vue. »

« CONCERTO est tout à fait unique pour APEX », déclare Carlos De Breuck, astronome à l’ESO et responsable du projet APEX. « Les autres instruments se concentrent soit sur l’imagerie, soit sur la spectroscopie, mais pas sur les deux comme le fait CONCERTO. Et en termes d’imagerie, avec un diamètre d’environ 20 minutes d’arc sur le ciel, c’est de loin le plus grand champ de vue jamais utilisé avec APEX. » Le nouvel instrument a remplacé le « LArge APEX BOlometer CAmera » (LABOCA), permettant une augmentation du champ de vue par un facteur 4.

La première lumière de CONCERTO marque la fin de son processus d’installation, qui a débuté avec la livraison de l’instrument sur le site d’APEX, sur le plateau de Chanjantor, dans le désert chilien d’Atacama, fin mars 2021.

La pandémie COVID-19 a représenté un défi considérable pour l’équipe CONCERTO, qui a réussi à préparer l’instrument afin d’effectuer les opérations entièrement à distance, à l’expédier au Chili et à l’installer sur APEX dans des conditions sanitaires et de sécurité strictes. « Une grande partie de ce succès est due à l’esprit d’équipe et au fait que nous travaillons tous avec passion et détermination », déclare Alessandro Monfardini, scientifique chargé de l’instrument CONCERTO, de l’Institut Néel à Grenoble, en France. L’équipe est également reconnaissante au personnel sur place à APEX pour son dévouement et son aide à l’installation et aux tests de l’instrument.

 

Voir en ligne : L’annonce sur le site de l’ESO

La découverte de la première exoplanète en 1995 à l’Observatoire de Haute-Provence, qui a valu le prix Nobel de physique 2019 aux astronomes Michel Mayor et Didier Queloz, a provoqué une révolution dans notre compréhension des systèmes planétaires. Aujourd’hui, plus de 5 500 exoplanètes sont connues. Nous savons aujourd’hui que le Système solaire n’est pas unique et n’englobe pas tous les types possibles de planètes.
Les résultats publiés aujourd’hui se concentrent sur l’étude de deux étoiles très semblables au Soleil, chacune hébergeant une mini-Neptune et l’une d’elles hébergeant également un super-Jupiter. Ces résultats ont été obtenus en combinant les observations de plusieurs instruments, et notamment TESS et SOPHIE. TESS est un satellite observatoire de la NASA qui détecte les exoplanètes lorsqu’elles passent juste devant leurs étoiles hôtes. Le spectrographe SOPHIE est installé au Télescope de 193 cm de l’Observatoire de Haute-Provence. Régulé en température et en pression, sa grande stabilité et sa haute précision lui permettent de détecter les exoplanètes par les petits effets qu’elles provoquent sur le mouvement de leurs étoiles hôtes.

Le système planétaire TOI-2141

Le premier système de cette découverte, TOI-2141, est constitué d’une étoile située à 250 années-lumière de nous, de taille presque identique et d’un âge légèrement plus avancé que notre Soleil. Sa composition chimique révèle également une rareté d’éléments lourds par rapport au Soleil. La quantité de ces éléments lourds est un facteur important dans le processus de formation planétaire.
La planète TOI-2141b a une taille seulement trois fois plus grande que la Terre ; il s’agit donc d’une mini-Neptune. 24 fois plus massive que notre planète, elle effectue une orbite tous les 18,3 jours autour de son étoile. En raison de sa proximité à cette étoile (seulement 13 % de la distance entre la Terre et le Soleil), on estime que la température de la planète est d’environ 450 degrés. Sa densité suggère la présence d’un noyau rocheux et d’une atmosphère contenant une grande quantité de vapeur d’eau. Notre Système solaire ne comporte pas de telles planète !

Le système planétaire TOI-1736

Le deuxième système de cette découverte, TOI-1736, est encore plus exotique ! Situé à 290 années-lumière, l’étoile est similaire au Soleil mais possède une étoile compagne, plus petite et plus froide. Au moins deux planètes ont été détectées autour de la composante principale de cette étoile binaire.
La première, TOI-1736b, est également une mini-Neptune, avec une taille 2,5 fois plus grande que la Terre et une masse 13 fois supérieure. Elle a une orbite de 7,1 jours autour de son étoile, dont elle est très proche : seulement 7 % de la distance entre la Terre et le Soleil. En raison de cette proximité, la planète reçoit un fort rayonnement de l’étoile, entraînant une température estimée à 800 degrés.
La deuxième planète, TOI-1736c, est neuf fois plus massive que Jupiter, la plus grosse planète du Système solaire. Classée comme super-Jupiter, elle complète une orbite tous les 570 jours autour de son étoile. Cette planète se trouve dans la zone habitable de son étoile. Cette zone est définie comme la région autour de l’étoile ayant une température appropriée pour permettre l’existence d’eau liquide à la surface de la planète. Comme Jupiter, TOI-1736c est très probablement une géante gazeuse ; elle ne devrait donc pas avoir une surface solide. Cependant, si la planète TOI-1736c devait héberger une lune, un tel exosatellite pourrait avoir une atmosphère et de l’eau liquide à sa surface, et peut-être, pourrait constituer un monde habitable.
Les observations de TOI-1736 ont en outre révélé des indications d’une possible troisième planète en orbite à une plus grande distance, nécessitant une surveillance à long terme pour sa confirmation. L’équipe continue donc d’observer TOI-1736 avec le spectrographe SOPHIE à l’Observatoire de Haute-Provence, dans l’espoir de recueillir prochainement plus d’informations sur cette étoile si semblable au Soleil mais hébergeant un système planétaire si différent.
L’article scientifique publié aujourd’hui dans la revue Astronomy & Astrophysics :
Martioli, Hébrard, de Almeida, Heidari et al. (2023), TOI-1736 and TOI-2141 : two systems including sub-Neptunes
around solar analogs revealed by TESS and SOPHIE : https://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202347744

Quelques semaines seulement après le lancement du satellite Euclid le 1er juillet dernier depuis Cap Canaveral, la mission est arrivée au point L2 de Lagrange et les premières phases de la mise en service ont pu commencer.
A la suite des étapes de dégazage et de mise au point du télescope, les données d’étalonnage nous parviennent depuis l’été. Le satellite a dû faire face à quelques menues difficultés de départ telles qu’une lumière solaire parasite diffusée dans la caméra optique VIS en fonction de l’orientation du satellite (SAA), une sensibilité de la caméra VIS aux flares solaires X et un système de guidage perturbé par les rayons cosmiques (correctif software Thales mis en place, testé et validé en -septembre).
Après ces correctifs¹, les données sont d’une remarquable qualité et conformes aux attentes. Diverses autres étapes de caractérisation de la PSF (focalisations/défocalisations) ont eu lieu. Une phase de vérification de performances (instruments et chaîne de traitement) est en cours, de même que des ajustements du relevé. Ce dernier devrait réellement commencer en février 2024.

Pour notre plus grand plaisir et en guise de mise en bouche, l’ESA a proposé au consortium Euclid de conduire quelques observations à délivrance rapide (Early Release Observations) montrant les capacités du satellite: https://www.cosmos.esa.int/web/euclid/home.
Ces premières données font la part belle à l’imagerie des instruments VIS (une bande large 600-900 nm) et NISP (3 bandes Y, J, H).
Jamais auparavant un télescope n’avait été capable de créer des images astronomiques d’une telle netteté sur une si grande portion du ciel et en regardant aussi loin dans l’Univers lointain. Et ce grâce à une conception optique spéciale, une fabrication et un assemblage parfaits du télescope et des instruments, ainsi qu’à un pointage et un contrôle de la température extrêmement précis.

Comme on peut le voir sur l’image ci dessus (amas de Persée) ou ci-dessous (nébuleuse de la tête de cheval), Euclid, avec son miroir primaire d’1.2m de diamètre, une résolution angulaire de 0.18” dans la bande optique et son champ d’environ 0.5 deg2, offre un rapport couverture/résolution unique pour mener à bien l’imagerie de 15000 deg2 du ciel extragalactique d’ici 6 ans.
La mission Euclid est une mission principalement dédiée à la cosmologie, précisément sur l’étude de l’origine, de la nature, de la structure et de l’évolution de l’Univers. Elle a pour but d’accroître nos connaissances sur deux composantes encore mystérieuses de notre Univers, l’énergie noire et la matière noire. Dans ce but, Euclid fournira une carte 3D des grandes structures de l’Univers, en mesurant la forme d’environ 2 milliards de galaxies (signal de lentillage faible) et en mesurant le spectre et donc le redshift d’environ 70 millions de galaxies grâce au spectrographe NISP dont le LAM a eu la maîtrise d’œuvre et le développement technique, en étroite collaboration avec le CNES. Nos voisins du Centre de Physique des Particules de Marseille (CPPM) avaient
quant à eux la responsabilité scientifique de l’instrument. Les scientifiques des deux laboratoires sont donc en première ligne pour la collecte et l’analyse des données. En particulier, nous avons aussi au LAM la responsabilité de la tâche de mesurer les redshifts de sources dans les spectres sans-fente du NISP (module OU-SPE). Le dépouillement et l’étalonnage de ces données vont nécessiter plus de temps que pour l’imagerie. Le volet spectroscopique d’Euclid fera l’objet d’annonces prochaines !