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Des astonomes belges à la découverte des étoiles avec Gaia !

Publié le 10 octobre 2023 – Mis à jour le 11 octobre 2023

Positions, mouvements, luminosité, couleurs, température, les étoiles n'ont plus de secret pour Gaia, le satellite en passe de construire la cartographie 3D la plus détaillée de la Voie lactée ! Des astronomes belges, dont une équipe de l'ULB, contribuent à la publication de nouveaux résultats.

Lancé en 2013, Gaia, le satellite de lʹAgence spatiale européenne (ESA), observe le ciel à 1,5 million de kilomètres de la Terre depuis le 29 juillet 2014. L'expertise des astrophysiciens de l'Observatoire royal de Belgique et de plusieurs universités belges joue un rôle important dans le traitement et l'analyse des données du satellite.

L'ULB fait partie de la mission avec les chercheurs Alain Jorissen, Karan Dsilva, Gilles Sadowski et Christos Siopis.

Gaia cartographie le ciel depuis 2014, sa carte inclut des étoiles un million de fois moins lumineuses que ce que l'on peut voir à l'œil nu. Publiée en juin 2022, la troisième version du catalogue d'étoiles le plus complet et le plus détaillé (Gaia DR3) constitue une étape importante dans la recherche en astronomie. La précision exceptionnelle des distances, des mouvements et des paramètres fondamentaux des étoiles, ainsi que la classification des quasars et l'astrométrie précise des astéroïdes font désormais partie du quotidien et des travaux de recherche de la plupart des astronomes.

Vue d’artiste du satellite Gaia avec en arrière-plan la Voie Lactée. Crédits: ESA/ATG medialab – ESO/S. Brunjev.

 


L'amas globulaire Omega Centauri est l'une des pièces maîtresses de ces nouvelles données. L'amas contient environ 10 millions d'étoiles rassemblées de façon très compacte dans le ciel, mettant Gaia au défi de les résoudre spatialement. En vue de la publication du catalogue Gaia DR4, diverses techniques sont prévues pour traiter les données dans les régions les plus intéressantes et les plus densément peuplées.

Le retraitement des données de l'amas Omega Centauri, avec ces techniques adaptées, a permis d’obtenir l'astrométrie et la photométrie de 526 587 étoiles supplémentaires situées dans son noyau.

Alors que Gaia observe les mêmes étoiles plusieurs fois à des époques différentes, l'ESA n’a publié jusqu'à présent que des mesures moyennées. Cela n'a pas empêché Gaia d'identifier des étoiles variables, mais les caractéristiques telles que leur photométrie instantanée et les vitesses radiales utilisées dans le processus de classification ne sont pas encore publiées. En attendant Gaia DR4, lorsque toutes les observations (mesures instantanées et moyennes) seront disponibles, une publication partielle des séries temporelles des données les plus précises acquises pour 9164 Variables à Longue Période (voir l’image relative aux « variables Mira » ci-dessous) fait partie de ces « Focused Product Releases ». Elle aidera la communauté scientifique à se préparer à la richesse et à l’énorme quantité de données que Gaia fournira en 2025.

Le satellite Gaia de l’ESA a observé de multiples fois le spectre d’un nombre inégalé d’étoiles géantes froides variables nommées « variables Mira ». Les étoiles Mira se dilatent et se contractent régulièrement sur des périodes relativement longues pouvant  atteindre une année. Cette vue d’artiste d’une étoile Mira montre comment la vitesse de mouvement de la surface et sa variation dans le temps sont mesurées très précisément par le décalage Doppler des raies sombres détectées dans les spectres Gaia. Une video sur le sujet est également disponible : http://aa.oma.be/GaiaFPR_fr .

L'espace entre les étoiles n'est pas complètement vide. Il est rempli de gaz de faible densité composé d'atomes, d'ions et de molécules, ainsi que de poussières. Cette matière interstellaire absorbe et diffuse la lumière, produisant un rougissement et un affaiblissement continus du flux stellaire.

D'autres absorptions plus localisées, appelées bandes interstellaires diffuses, apparaissent également dans les spectres des étoiles. Elles sont dues à l'absorption que l’on pense associée à des molécules très complexes présentes dans le milieu interstellaire dans certaines directions. Ces bandes interstellaires diffuses sont présentes dans la gamme de longueurs d'onde du spectromètre Gaia mesurant les vitesses radiales des étoiles, et sont utilisées pour retracer sa formation dans le disque de la Voie lactée et de ses bras spiraux.


À la limite de notre univers observable et à l’une des extrémités de son échelle de distance, Gaia détecte des quasars. Dans le ciel, certains quasars peuvent se situer près d’une galaxie de très grande masse et avoir le trajet de leur lumière courbé par le puits gravitationnel de celle-ci.

Tout se passe alors comme si leur lumière traversait une lentille. Le phénomène de lentille produit un mirage gravitationnel (voir les images associées aux lentilles gravitationnelles, ci-dessous) utilisé pour estimer directement l'âge et le taux d'expansion de l'Univers. Au cours des derniers mois, les équipes Gaia ont identifié 381 nouvelles candidates de lentilles ou de mirages gravitationnels.


Pour 3 quasars faisant l'objet d'un phénomène de lentille gravitationnelle (de gauche à droite: H1413+117, J2240+0321 et J1310-1714), les images du haut montrent les positions Gaia DR3 (sans traitement particulier tenant compte de l'environnement du quasar) des mirages gravitationnels superposées aux images obtenues au sol par l'observatoire PanSTARRS. Les images du bas ont été reconstruites numériquement à partir des données utilisées dans les publications ciblées en tenant compte de l'environnement des quasars. Les observations au sol sont souvent un peu floues à cause de la présence de l’atmosphère terrestre. Gâce à la précision exceptionnelle de Gaia, les différentes images qui composent ces mirages gravitationnels sont résolues. Crédits: "Gaia Focused Product Release: A catalogue of sources around quasars to search for strongly lensed quasars" by Gaia Collaboration, A. Krone-Martins , et al. 2023. Plus d’informations sur le même sujet sont disponibles https://www.cosmos.esa.int/web/gaia/fpr-gravitational-lens-search.

 

Qu'est-ce que Gaia ? 

Gaia est une mission de l’ESA qui a été lancée le 19 décembre 2013 et qui observe le ciel depuis le 29 juillet 2014. Son objectif est de créer la carte 3D de notre galaxie la plus précise possible en observant plus d’un milliard d’étoiles. Cela inclut non seulement les positions et mouvements des étoiles, mais aussi d’autres paramètres astronomiques clés tels que leurs « luminosité » (ce que les scientifiques appellent magnitude), leurs couleurs, et leur température. Gaia cartographie également d’autres corps célestes, tels ceux présents dans notre système solaire (astéroïdes, comètes et satellites naturels), ou encore les galaxies et les quasars. En outre, elle a pour ambition de mener à la détection de nouvelles exoplanètes et même effectuer quelques tests de la théorie de la relativité générale d’Einstein.

Comment fonctionne Gaia ?

La mission Gaia réalise des observations répétées des positions des étoiles dans deux champs de vue séparés d’un angle de 106.5 degrés, et détecte tout changement de mouvement d’un objet dans l’espace. Le satellite tourne lentement, balayant toute la sphère céleste de ses deux télescopes en 4 rotations complètes en 24 heures. Les 3 stations ESTRACK de l’ESA, situées à Cebreros (Espagne), New Norcia (Australie), et Malargüe (Argentine), sont utilisées pour communiquer avec Gaia huit heures par jour, environ, et recevoir les données scientifiques et opérationnelles du satellite.

 
Contact

Prof. Alain Jorissen

Institut d’Astronomie et d’Astrophysique

Université libre de Bruxelles

Avenue F. Roosevelt 50 CP226, 1050 Bruxelles

alain.jorissen@ulb.be 

+32 (0)2 650.2834   +32 (0)472.849486

http://www.astro.ulb.ac.be