Univers

• Un pic de radiocarbone atmosphérique sans précédent a été mesuré dans les cernes d’arbres subfossiles découverts dans les Alpes françaises (région de Gap) datés d’il y a 14300 ans.
• Cette augmentation brutale du radiocarbone dans l’atmosphère a été probablement causée par une éruption solaire exceptionnelle, la plus grande jamais identifiée.
• Des éruptions solaires similaires seraient aujourd’hui catastrophiques pour notre société moderne, anéantissant les systèmes satellitaires et les réseaux électriques, détruisant les télécommunications et engendrant des dégâts aux coûts exorbitants.
• Pour le futur, il est crucial de comprendre ces phénomènes solaires pour mieux nous préparer et tenter d’atténuer leurs effets sur nos sociétés dépendantes des infrastructures technologiques avancées.

Les variations de l’activité solaire peuvent avoir un impact sur le climat de la terre, mais elles peuvent aussi engendrer de graves risques technologiques. En libérant d’importantes quantités de particules et d’ondes électromagnétiques, les éruptions solaires peuvent détruire les réseaux d’électricité, de télécommunication et notamment les satellites de navigation GPS, paralysant ainsi les transports aériens, maritimes et terrestres.

Les mesures systématiques de l’activité solaire ont commencé au début du XVII^e siècle, avec l’observation des taches solaires à l’aide de lunettes astronomiques. Dès le XIX^e siècle, les astronomes ont montré que l’activité solaire fluctue selon des cycles de 11 ans et que son intensité peut connaître des baisses durant plusieurs décennies, comme le minimum de Maunder (1645-1715). Au cours du siècle dernier, les enregistrements des taches solaires ont été complétés par d’autres données provenant d’observatoires terrestres, de sondes spatiales et de satellites. Cependant, ces enregistrements instrumentaux à court terme sont insuffisants pour documenter et comprendre le comportement du soleil et prévoir son activité future. Les isotopes cosmogéniques tels que le carbone-14 (¹⁴C) dans les cernes d’arbres et le béryllium-10 (¹⁰Be) dans les glaces polaires sont produits dans la haute atmosphère par le rayonnement cosmique modulé par l’activité solaire. Ces isotopes sont en fait les meilleurs indicateurs pour reconstituer l’activité solaire avant la période des mesures instrumentales.

Cette nouvelle étude, impliquant trois équipes de recherches, se base sur l’analyse de la teneur en ¹⁴C d’arbres subfossiles découverts dans les Alpes françaises du sud. Depuis 25 ans, l’IMBE réalise des campagnes de terrain régulières le long des rivières et torrents de la région de Gap et a rassemblé à Aix en Provence une collection exceptionnelle de troncs subfossiles parfaitement préservés. Leur étude dendrochronologique a permis de bâtir des chronologies flottantes couvrant les 15000 dernières années. Parmi elles, la chronologie du torrent du Drouzet couvre la période 14400-13700 cal BP (années calendaires avant le présent, celui-ci étant défini en 1950 de notre ère). La mesure de la teneur en ¹⁴C des cernes de croissance annuels de cette chronologie a été réalisée grâce au spectromètre AixMICADAS de l’unité radiocarbone du CEREGE. Cette unité inaugurée en 2016 produit des résultats précis et fiables, ce qui a été confirmé en 2020 et en 2023 dans le cadre d’intercomparaisons internationales spécifiques sur la datation du bois.

Les chercheurs ont découvert un pic de ¹⁴C remarquable qui a eu lieu au sein d’une seule année entre 14300 et 14299 ans cal BP. En comparant ces résultats avec les enregistrements de ¹⁰Be dans les carottes de glace du Groenland grâce à des calculs de modélisation du cycle du carbone effectués au CEREGE et à une analyse statistique sophistiquée réalisée à l’Université de Leeds au Royaume-Uni, les chercheurs attribuent cette anomalie de ¹⁴C à une éruption solaire d’une ampleur exceptionnelle, la plus importante jamais enregistrée. De plus, une autre anomalie avec une durée plus longue est détectée entre 14000 et 13900 ans cal. BP. Elle peut être attribuée à un phénomène solaire de type Maunder lié à la modulation des particules cosmiques galactiques par le champ héliomagnétique.

Les recherches antérieures avaient permis de détecter neuf anomalies du ¹⁴C probablement liées à des éruptions solaires majeures durant les 15000 dernières années. Parmi elles, les plus importantes datent de 774 de notre ère ainsi que de 660, 5259 et 7176 avant notre ère. L’événement solaire de 14300 cal BP découvert par cette nouvelle étude est d’intensité nettement supérieure. Il est 10 à 100 fois plus intense que les tempêtes solaires connues pour la période instrumentale, comme le célèbre événement de Carrington en 1859 qui a provoqué des perturbations majeures dans les réseaux de télégraphe et des aurores boréales jusqu’à des latitudes proches de l’équateur, ou encore celui de mars 1989 qui avait plongé la province de Québec au Canada dans le chaos pendant plusieurs heures.

Cette découverte ouvre de nouvelles perspectives pour la compréhension de l’histoire de l’activité solaire et de ses impacts sur la Terre. Elle illustre également le rôle crucial que jouent les archives naturelles telles que les cernes d’arbres dans la recherche scientifique moderne. Les implications de ces résultats pour notre compréhension du climat et notre capacité à prévoir les événements solaires futurs sont fascinantes et suscitent un intérêt croissant dans la communauté scientifique et le grand public.

Les recherches sur le radiocarbone au CEREGE d’Aix-en-Provence (UMR Aix-Marseille Université, CNRS, IRD, INRAE, Collège de France) sont soutenues par le Collège de France et l’Agence Nationale de la Recherche (EQUIPEX ASTER-CEREGE, projets ANR CARBOTRYDH et MARCARA).

La masse totale de la Voie Lactée est estimée à seulement 2,06 X 1011 masses solaires. Elle est donc réévaluée à la baisse, avec un facteur quatre à cinq fois moindre que des estimations antérieures qui la donnaient à 1012 masses solaires.

Cette nouvelle valeur a été obtenue grâce aux données du troisième catalogue du satellite Gaia paru en 2022, qui contient la totalité des trois composantes spatiales et des trois composantes de vitesses pour 1,8 milliards d’étoiles au sein de la Voie lactée.

La soutenable légèreté de la Voie lactée

Tirant partie de ces données, les chercheurs ont pu construire la courbe de rotation² la plus précise jamais observée pour une galaxie spirale, en l’occurrence, la nôtre, et en déduire sa masse³. Avant Gaia, aucune courbe de rotation robuste n’avait pu être obtenue pour notre galaxie, à la différence de celles des galaxies spirales externes. Cela s’explique par notre position au sein de la Voie lactée, empêchant de distinguer précisément les mouvements et la distance des étoiles constituant son disque.

Dans l’étude qui parait le 27 septembre 2023 dans la revue Astronomy & Astrophysics, la courbe de rotation de notre galaxie se révèle atypique : elle n’est pas plate, à la différence de toutes celles mesurées pour les autres grandes galaxies spirales. Bien au contraire, au-delà du disque externe de la Galaxie, cette courbe se met à décroitre rapidement. En outre, cette décroissance de vitesse suit la prédiction dite « Képlérienne »⁴. 

Un tourbillon provoqué dans la cosmologie

Obtenir pour la Voie lactée une courbe de rotation en décroissance Képlérienne nécessite de replacer l’objet dans un contexte cosmologique.

En effet, l’une des grandes découvertes de l’astronomie moderne fut d’établir que les mouvements autour des grands disques des galaxies spirales étaient bien plus rapides que ceux attendus par une décroissance Képlérienne. Dans les années 1970, les astronomes Vera Rubin, à partir d’observations du gaz ionisé, et Albert Bosma (aujourd’hui chercheur émérite au LAM), grâce au gaz neutre, avaient montré que la vitesse de rotation des galaxies spirales restait constante, bien au-delà de leur disque optique. La conséquence directe de cette découverte avait été de proposer l’existence d’une matière sombre, additionnelle à la matière observable, se distribuant dans un halo entourant les disques des galaxies spirales et constituant la plus grande partie de la masse des galaxies. Sans cette matière sombre, les courbes de rotation devaient suivre une décroissance dite « Képlérienne », indiquant l’absence de matière à l’extérieur du disque optique.

C’est donc bien le cas de la Voie lactée. Comme la matière ordinaire (étoiles et gaz froid) est généralement estimée à un peu plus de 0,6 X 1011 masses solaires, la fraction de matière ordinaire représente un tiers de celle de la matière sombre, la masse de cette dernière étant seulement deux fois plus importante que celle de la matière ordinaire. Ce résultat constitue donc une révolution en cosmologie, puisque jusqu’à présent, il était convenu que la matière sombre, devait être au moins six fois plus abondante que la matière ordinaire.

Deux tentatives d’explication

Si la quasi-totalité des autres grandes galaxies spirales ne présentent pas de courbe de rotation avec une décroissance Képlérienne, pourquoi la nôtre serait-elle différente ?

La première possibilité pourrait venir du fait que la Voie Lactée est une galaxie ayant connu peu de perturbations liées aux collisions violentes entre galaxies, la dernière ayant eu lieu il y a environ 9 milliards d’années, contre une moyenne de 6 milliards d’années pour les galaxies spirales. Dans tous les cas, cela indique que la courbe de rotation obtenue pour la Voie Lactée est particulièrement précise, n’étant pas affectée par les résidus d’une si ancienne collision.

La seconde possibilité vient de la différence méthodologique entre la courbe de rotation obtenue à partir des données livrées en six dimensions par le satellite Gaia, et les mesures faites en gaz neutre pour la plupart des autres galaxies.

Ce travail ouvre la voie vers une réévaluation des courbes de rotation des grandes galaxies spirales et de leur contenu en matière ordinaire et sombre.

 

Un mois après le lancement d’Euclid, l’agence spatiale européenne (ESA), en collaboration avec le consortium Euclid dévoile les premières observations capturées par le satellite qui termine sa recette en vol. Il s’agit d’un premier pas pour le satellite, conçu pour percer les secrets de la matière noire et de l’énergie noire. Ces premières images permises par les deux instruments à bord, l’imageur visible VIS (VISible instrument) et le spectromètre infrarouge NISP (Near Infrared Spectro Photometer), révèlent de nombreux détails grâce à d’incroyables capacités d’imagerie et de spectrométrie. Le France est le premier contributeur aux participations du consortium Euclid qui bénéficie d’un très grand soutien du CNES sur toutes ses activités de management, de développement et de réalisation des instruments, ainsi que du traitement des données de la mission.

Ces deux instruments ont été développés par le consortium Euclid dirigé par la France, impliquant principalement le CNRS, le CEA et des université partenaires, et dont le responsable, Yannick Mellier, travaille à l’Institut d’astrophysique de Paris (CNRS/Sorbonne Université).

Le premier instrument est le NISP, un spectrophotomètre proche infrarouge, développé en étroite collaboration avec le CNES sous la responsabilité du Laboratoire d’astrophysique de Marseille (Aix-Marseille Université/CNES/CNRS) qui a notamment fourni la partie opto-mécanique. Il implique de nombreux partenaires internationaux, parmi lesquels en France trois autres laboratoires du CNRS et de ses partenaires – le Centre de physique des particules de Marseille (CNRS/Aix-Marseille Université) en charge du plan focal, l’Institut des deux infinis de Lyon (CNRS/ Université Claude Bernard Lyon 1) et le Laboratoire de physique subatomique et cosmologie (CNRS/Université Grenoble Alpes) en charge de la caractérisation des détecteurs – ainsi que le CEA qui a fourni les cryomoteurs. Cet instrument réalise à la fois des spectres et des images à travers des filtres de couleur, ce qui permet d’estimer les distances de millions de galaxies par deux méthodes – la spectroscopie et la photométrie – à partir de la mesure de redshifts (décalage vers le rouge) dans le but de dresser une carte de l’Univers en trois dimensions.

VIS est le deuxième instrument de la sonde. S’il est sous responsabilité anglaise, il bénéficie de trois importantes contributions françaises : le plan focal ainsi que le boitier électronique de contrôle des mécanismes et de puissance par le CEA et l’unité de calibration par l’Institut d’astrophysique spatiale (CNRS/ Université Paris-Saclay). VIS est conçu pour imager des galaxies dans le visible afin de mesurer avec une extrême précision, inaccessible avec les télescopes au sol, la forme des galaxies. L’analyse de ces images permet de déduire les déformations engendrées par les effets de lentille gravitationnels de la matière baryonique et de la matière noire présentes sur la ligne de visée. Les galaxies imagées par VIS seront également associées aux mesures de distances réalisées pas le NISP et de celles de 8 télescopes au sol. Les premières images scientifiques sont ainsi attendues fin 2023.

Premières observations disponibles ici : https://filesender.renater.fr/?s=download&token=aecda611-211e-41d0-a451-448b5cfd83d6

La mission Euclid est une mission principalement dédiée à la cosmologie, précisément sur l’étude de l’histoire de l’expansion et de la formation des grandes structures 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.

Développé pour explorer l’évolution de l’Univers sombre, Euclid créera une carte 3D de l’Univers, avec le temps comme troisième dimension, en observant des milliards de galaxies jusqu’à 10 milliards d’années-lumière et réparties sur un tiers du ciel.

En retraçant l’histoire de l’évolution de l’Univers au cours des 10 derniers milliards d’années, Euclid révélera comment il a grandi et s’est progressivement structuré, et quelle est la nature de l’accélération de l’expansion de l’Univers. Les astronomes pourront déduire de ces données, des propriétés de la gravité et de celles de l’énergie noire et de la matière noire, qui contribuent ensemble à 95 % du contenu énergétique de l’Univers.

L’ESA est responsable de la mission Euclid. Le consortium Euclid est en charge de la fourniture à l’ESA des instruments Euclid et de la partie majeure du Segment Sol Scientifique (SGS – Sciences Ground Segment). La NASA contribue à Euclid via la fourniture des détecteurs de vol de l’instrument NISP et de leur électronique de lecture. Le consortium Euclid regroupe aujourd’hui plus de 2 200 personnes (dont 425 en France) réparties dans 250 laboratoires (dont une trentaine en France) de 17 pays (Allemagne, Autriche, Belgique, Danemark, Espagne, Finlande, France, Italie, Norvège, Pays-Bas, Portugal, Roumanie, Royaume-Uni, Suisse, Canada et États-Unis, Japon). Sont impliqués au niveau de la France, le CNES, le CNRS et le CEA et les universités partenaires. Les principaux industriels impliqués sont Thales Alenia Space & Airbus Defence and Space, respectivement en charge du module de service et du module de charge utile. De nombreux industriels ont par ailleurs été impliqués dans la conception des instruments.

 

Source : https://presse.cnes.fr/fr/un-mois-apres-son-envol-la-mission-euclid-devoile-ses-premieres-observations

Outre la Lune, l’objet le plus brillant dans notre ciel nocturne est la planète Vénus, dont l’épaisse couche de nuages réfléchit environ 75 % de la lumière du Soleil. À titre de comparaison, la Terre ne réfléchit qu’environ 30 % de la lumière solaire.

Pour la première fois, les astronomes ont trouvé une exoplanète capable d’égaler l’éclat de Vénus : la planète LTT9779 b. De nouvelles mesures détaillées effectuées par la mission Cheops de l’ESA révèlent que cette planète réfléchit 80 % de la lumière que lui envoie son étoile.

Les mesures de haute précision de Cheops portent sur l’observation d’exoplanètes découvertes et caractérisées en 2020 par la mission TESS de la NASA et par des instruments terrestres tels que l’instrument HARPS de l’ESO au Chili.

L’exoplanète en question a une taille comparable à celle de Neptune, ce qui en fait le plus grand « miroir » de l’Univers connu à ce jour. Sa grande réflectivité s’explique par le fait qu’elle est recouverte de nuages métalliques. Ceux-ci sont principalement constitués de silicates – la même matière que le sable et le verre – mélangés à des métaux comme le titane.

« Imaginez un monde en feu, proche de son étoile, avec de lourds nuages de métaux flottant en altitude, faisant pleuvoir des gouttelettes de titane », explique James Jenkins, astronome à l’université Diego Portales et à la CATA (Santiago du Chili et coauteur de l’article scientifique décrivant cette nouvelle recherche, publié dans la revue Astronomy & Astrophysics.

Un ciel chargé de nuages de métal

La fraction de lumière réfléchie par un objet est appelée « albédo ». La plupart des planètes ont un albédo faible, soit parce qu’elles ont une atmosphère qui absorbe beaucoup de lumière, soit parce que leur surface est sombre ou rugueuse. Les exceptions sont les mondes glacés ou les planètes comme Vénus qui possèdent une couche nuageuse réfléchissante.

L’albédo élevé de LTT9779 b a surpris, car la température de la face de la planète qui fait face à son étoile est estimée à environ 2000 °C. Toute température supérieure à 100 °C est trop élevée pour que des nuages d’eau se forment, mais la température de l’atmosphère de cette planète devrait même être trop élevée pour que des nuages de métal ou de verre se forment.

« C’était une véritable énigme, jusqu’à ce que nous réalisions qu’il fallait considérer cette formation de nuages de la même manière que la condensation qui se forme dans une salle de bain après une douche chaude », note Vivien Parmentier, chercheur à l’Observatoire de la Côte d’Azur (France) et co-auteur de cette recherche. Vivien Parmentier explique : « Pour chauffer une salle de bains à la vapeur, on peut soit refroidir l’air jusqu’à ce que la vapeur d’eau se condense, soit laisser couler l’eau chaude jusqu’à ce que des nuages se forment parce que l’air est tellement saturé de vapeur qu’il ne peut tout simplement plus en contenir. De même, LTT9779 b peut former des nuages métalliques malgré sa chaleur, car l’atmosphère est sursaturée en silicates et en vapeurs métalliques. »

La planète qui ne devrait pas exister

L’éclat n’est pas le seul élément surprenant de LTT9779 b. Sa taille et sa température en font une « Neptune ultra-chaude », mais aucune autre planète de cette taille et de cette masse n’a été trouvée en orbite aussi proche de son étoile. Cela signifie qu’elle vit dans ce que l’on appelle le « désert de Neptune chaud ».

La planète a un rayon 4,7 fois plus grand que celui de la Terre, et une année sur LTT9779 b ne dure que 19 heures. Toutes les planètes précédemment découvertes qui tournent autour de leur étoile en moins d’un jour sont soit des « Jupiters chauds » – des géantes gazeuses dont le rayon est au moins dix fois plus grand que celui de la Terre – soit des planètes rocheuses dont le rayon est inférieur à deux fois celui de la Terre.

« C’est une planète qui ne devrait pas exister », explique Vivien Parmentier. « Nous nous attendons à ce que les planètes de ce type voient leur atmosphère soufflée par leur étoile, laissant derrière elles de la roche nue ».

Le premier auteur, Sergio Hoyer, du Laboratoire d’astrophysique de Marseille (CNRS, Aix-Marseille Université, CNES), commente : « Nous pensons que ces nuages métalliques aident la planète à survivre dans le désert chaud de Neptune. Les nuages réfléchissent la lumière et empêchent la planète de devenir trop chaude et de s’évaporer. Par ailleurs, le fait d’être très métallique rend la planète et son atmosphère plus lourdes et plus difficiles à éjecter ».

Étudier une exoplanète en l’observant quand elle est cachée

Pour déterminer les propriétés de LTT9779 b, la mission Cheops de l’ESA, chargée de caractériser les exoplanètes, a observé le moment où la planète se déplaçait derrière son étoile hôte. Comme la planète réfléchit la lumière, l’étoile et la planète combinées envoient plus de lumière vers le télescope spatial juste avant que la planète ne soit hors de vue que juste après. La différence de lumière visible reçue juste avant et après que la planète soit cachée indique la quantité de lumière réfléchie par la planète.

Ce projet s’est appuyé sur la précision de Cheops et sur sa couverture 24 heures sur 24, 7 jours sur 7. « La mesure précise de l’infime variation du signal de l’étoile éclipsant la planète n’était possible qu’avec Cheops », explique Sergio Hoyer.

Maximilian Günther, scientifique du projet Cheops à l’ESA, ajoute : « Cheops est la première mission spatiale dédiée au suivi et à la caractérisation d’exoplanètes déjà connues. Contrairement aux grandes missions d’étude axées sur la découverte de nouveaux systèmes d’exoplanètes, Cheops est suffisamment flexible pour se concentrer rapidement sur des cibles intéressantes et peut atteindre une couverture et une précision qu’il est souvent impossible d’obtenir autrement. »

En observant la même exoplanète avec différents instruments, nous obtenons une image complète. « LTT9779 b est une cible idéale pour un suivi grâce aux capacités exceptionnelles des télescopes spatiaux Hubble et James Webb », note Emily Rickman, scientifique chargée des opérations scientifiques à l’ESA. « Ils nous permettront d’explorer cette exoplanète dans une gamme de longueurs d’onde plus large, y compris dans l’infrarouge et l’UV, afin de mieux comprendre la composition de son atmosphère. »

L’avenir de la recherche sur les exoplanètes est prometteur, car Cheops est la première d’un trio de missions dédiées aux exoplanètes. Il sera rejoint par Plato en 2026, qui se concentrera sur les planètes semblables à la Terre en orbite à une distance de leur étoile susceptible de permettre la vie. Ariel, qui rejoindra la flotte en 2029, se spécialisera dans l’étude des atmosphères des exoplanètes.