Les satellites Planck et Herschel

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L’observatoire spatial européen Planck vient de fournir un nouveau catalogue de données sur l’univers froid, dans notre galaxie ou ailleurs. Au cours d’un colloque qui se tient cette semaine à Paris des chercheurs ont dévoilé leurs résultats. Une base pour de futures découvertes !



C’est un sous un nom sibyllin, «le catalogue initial de sources compactes», que des astrophysiciens travaillant avec les données de l’observatoire Planck de l’ESA ont livré une grande partie de leurs résultats, aujourd’hui à Paris. Après la publication de la première image du ciel en juillet 2009, c’est la première salve de publications scientifiques obtenues avec ce satellite européen.

Le catalogue est constitué de toutes les sources d’émissions détectées par les neuf canaux d’observation du télescope spatial. Il contient plusieurs types de sources astronomiques dans lesquels les chercheurs vont pouvoir puiser pour mener de nouvelles études. Ce catalogue est inédit à plus d’un titre : c’est le premier à donner un inventaire complet des sources émettant dans les ondes submillimétriques, ou encore à recenser toutes les sources extragalactiques, des ondes radio à l’infrarouge.
Régions très froides

Pour Planck, la détection de ces sources est un à-côté : le cœur de sa mission est de cartographier le rayonnement fossile de l’univers (le fond diffus cosmologique). Les cartes finalisées seront publiées en 2013. En attendant, Planck délivre une vision plus perçante des régions les plus froides de l’univers. Le télescope peut voir des poussières beaucoup plus froides que celles détectées jusqu’à maintenant, jusqu’à 10 Kelvin (-263°C).

Les données de Planck donnent à voir des galaxies âgées de milliards d’années, enveloppées de poussières, où se formaient des étoiles à des taux impressionnants, 10 à 100 fois plus élevées qu’aujourd’hui dans la Voie lactée. Cette population de galaxies est étudiée par Planck dans de nouvelles longueurs d’ondes.
Grains de poussières tournoyant

Parmi les résultats annoncés figurent aussi des progrès dans le « dépoussiérage » des données, opération nécessaire pour ne garder que les signaux venant du fameux rayonnement fossile, trace du Big Bang. Les données collectées permettent en effet de mieux comprendre la cause d’une contamination, une émission anormale dans les microondes dans certaines régions de notre Galaxie. Ce sont des grains de poussières tournant sur eux-mêmes des dizaines de milliards de fois par seconde, entrant en collision avec des atomes ou des paquets de lumière UV. Il sera ainsi plus facile de débarrasser les futurs résultats de ce brouillage indésirable !

http://www.sciencesetavenir.fr/actualite/espace/20110111.OBS6071/planck-depoussiere-notre-vision-de-l-univers.html

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Grandes structures de l'Univers, amas galactiques, gaz et poussières interstellaires ont livré quelques-uns de leurs secrets au satellite européen Planck.

Lancé en 2009 pour cartographier le fond diffus cosmologique, le satellite Planck a observé la totalité de la sphère céleste dans les longueurs d'onde millimétriques et submillimétriques. En attendant sa carte ultraprécise de la « première lumière de l'Univers », prévue pour 2013, il a révélé de précieuses informations sur des astres situés en avant-plan.

1/ Des poussières en rotation ultrarapide
L'origine de la mystérieuse « émission micro-onde anormale », découverte dans les années 1990, est expliquée. L'excès de rayonnement observé entre 10 et 60 GHz de fréquence serait dû à des grains interstellaires de 10 à 50 atomes en rotation ultrarapide - jusqu'à 10 milliards de tours par seconde. Cette émission (ci-dessous en rouge) est notamment observée dans le nuage interstellaire de Rho Ophiuchus.

2/ Davantage de gaz dans la Galaxie
Planck a détecté et mesuré une importante fraction de gaz interstellaire qui échappait jusqu'ici aux observations. Jusqu'à la moitié de l'hydrogène moléculaire de la Galaxie, probablement située dans les enveloppes des nuages interstellaires, vient ainsi d'être « retrouvée ».

3/ Une toile cosmique en évolution
Le fond diffus infrarouge de l'Univers (constitué de l'éclat accumulé de toutes les galaxies formant des étoiles, vues à travers les âges) a été cartographié par Planck avec une précision inédite. Le satellite l'a observé jusqu'à des fréquences auxquelles il n'avait jamais été vu avant, et avec une grande précision. Ses mesures dessinent une toile cosmique qu'il est désormais possible de voir évoluer au cours du temps, jusqu'à 11 milliards d'années dans le passé.

4/ Un catalogue de sources compactes
Le premier catalogue de sources compactes issu de la cartographie de Planck a aussi été publié hier. Constitué de neuf listes, une par fréquence d'observation, il compte plus de 15000 objets, dont 189 amas de galaxies découverts par effet Sunyaev-Zel'dovich et 915 nuages moléculaires plus froids que -259°C - la température moyenne des poussières dans la Galaxie. C'est une mine dans laquelle chaque chercheur pourra piocher.

http://www.cieletespace.fr/node/6564

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Le télescope spatial Herschel de l’Agence spatiale européenne (ESA) a livré aux astrophysiciens des images inédites de réseaux de filaments interstellaires, au sein desquels se formerait la majorité des étoiles. En recoupant ces observations avec des modèles théoriques, les chercheurs ont pu caractériser précisément ces filaments, une nouvelle avancée pour comprendre où et comment naissent des étoiles. Ces travaux d’une équipe internationale coordonnée par le laboratoire AIM Paris Saclay (CEA-Irfu, CNRS, Université Paris Diderot) sont publiés en ligne dans Astronomy and Astrophysics le 13 avril.

Herschel est l'observatoire spatial de l’ESA dans le domaine spectral de l’infrarouge et du submillimétrique , une gamme de lumière privilégiée pour observer la naissance des étoiles dans certains nuages interstellaires proches comme IC5146 , Aquila et Polaris .

Avant Herschel, des observations dans l’infrarouge avaient montré la présence de gigantesques réseaux de filaments de gaz dans ces nuages interstellaires. Herschel a été encore plus loin : il a démontré que la formation des étoiles a lieu principalement dans les plus denses d’entre eux. Un filament imagé dans le complexe d’Aquila contient, par exemple, un amas d'environ 100 étoiles en formation.

Le pouvoir de résolution du télescope Herschel permet aux scientifiques d’en mesurer précisément les dimensions. Chaque filament peut s'étendre sur des dizaines d'années lumière dans l'espace. « Curieusement, on remarque aujourd’hui que chaque filament est de la même largeur », remarque Doris Arzoumanian, du laboratoire AIM (1) , « et ce quelle que soit la densité et la longueur de chaque filament, c’est une vraie surprise. »

Les chercheurs ont analysé 90 filaments et ont constaté qu'ils s’étalaient tous sur une bande de près de 0,3 années-lumière. Petite dans le milieu interstellaire, cela reste une largeur énorme correspondant à environ 20.000 fois la distance de la Terre au Soleil.

Quel sens donner à ces mesures ?

La comparaison des observations avec des modèles théoriques laisse penser que les filaments résulteraient de ce qu’on appelle la turbulence interstellaire . Celle-ci correspond à des mouvements de gaz désordonnés se propageant dans les nuages interstellaires. Les chercheurs s’interrogent encore sur l’origine de cette turbulence ; celle-ci ferait suite aux explosions d’étoiles massives - ou supernovae . Ces mouvements de gaz désordonnés ont lieu à des vitesses supersoniques (2) . A l’image du ‘bang’ d’un avion passant le mur du son, ils produiraient donc des chocs qui compriment la matière interstellaire , jusqu’à transformer celle-ci en des filaments plus denses que leur milieu environnant.

Lorsqu’on observe ces nuages interstellaires à grande échelle, les vitesses des turbulences sont élevées, supersoniques. En revanche, si on cible les observations sur de petites régions interstellaires, les vitesses sont plus faibles, jusqu’à devenir inférieures au mur du son. « La largeur observée des filaments correspondrait à l’échelle intermédiaire où les mouvements turbulents sont proches de la vitesse du son », explique Philippe André, coordinateur du programme « Ceinture de Gould ». « Ce n’est pas une preuve directe mais un indice très fort quant à la connexion entre la turbulence interstellaire et l’origine des filaments vus par Herschel . »

Ce lien a été établi grâce à l'étude de trois nuages parmi les plus proches, connus sous les noms IC5146 , Aquila et Polaris , dans le cadre d’un programme nommé « Relevé des nuages de la ceinture de Gould » mené par une collaboration internationale étudiant la formation stellaire au sein du consortium SPIRE d’Herschel. Les images résultent d’observations réalisées avec les instruments SPIRE et PACS sur Herschel, deux instruments pour lesquels le CEA a fortement contribué avec le CNES ainsi que le CNRS.

http://www.cea.fr/le_cea/actualites/herschel_denoue_les_filaments_interstellaires-55961

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Le télescope Herschel a révélé la présence d'une quantité de cristaux de glace équivalente à plusieurs milliers de fois la masse des océans terrestres dans un disque protoplanétaire.

C'est autour de l'étoile TW Hydrae, âgée d'environ 10 millions d'années et distante de 175 années lumière de la Terre, que les astronomes ont détecté la présence de vapeur d'eau froide.

Plus exactement à la périphérie du disque protoplanétaire, composé de poussières et de gaz, tournant autour de l'étoile et à l'intérieur duquel se forment les planètes. Cette vapeur d'eau froide proviendrait de l’évaporation de minuscules grains de glace s'évaporant au contact des rayons de l'étoile.

Pour les astronomes, qui ont publié leurs données dans la revue Science, il y en aurait une quantité équivalente à plusieurs milliers de fois la masse des océans terrestres. Cette découverte a été réalisée grâce aux images livrées par le télescope spatial Herschel, de l'Agence Spatiale Européenne (ESA).

Les chercheurs expliquent que la périphérie de ces disques protoplanétaires, où l'eau gelée a été trouvée, correspond également à une région où les comètes et les planètes géantes sont supposées se former.

Or pour de nombreux chercheurs, la Terre primitive ne contenait pas d’eau et plusieurs hypothèses suggèrent que l’eau a été apportée par des météorites et par les comètes. Ces nouveaux résultats aident à une meilleure compréhension de la formation des planètes et de l'apport en eau par impact dans l'Univers.

«Grâce à Herschel, nous pouvons suivre les traces de l'eau à travers toutes les étapes de la formation des étoiles et des planètes», conclut Göran Pilbratt, responsable scientifique du projet Herschel à l'ESA.

http://www.sciencesetavenir.fr/espace/20111025.OBS3212/des-oceans-de-glace-dans-un-disque-planetaire.html

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Après 30 mois de fonctionnement exemplaire, l'instrument haute fréquence du satellite Planck de l'Agence Spatiale Européenne est éteint. Pendant près de 1000 jours, ses détecteurs ont été les objets les plus froids de l'Univers extraterrestre, avec une durée de vie finale deux fois plus longue que prévue. La mission Planck voit une très forte participation de laboratoires français rattachés au CNRS et au CEA, soutenus par le CNES.

L'objectif de la mission Planck est de mesurer avec une précision inégalée le rayonnement fossile, la première lumière émise dans l'Univers. Ainsi Planck fournit-il une image de l'Univers tel qu'il était il y a 13,7 milliards d'années. Pour cela, les deux instruments basse et haute fréquence cartographient, avec une sensibilité sans précédent, la totalité du ciel micro-ondes. Ces observations donnent des informations uniques sur l'histoire de la matière, de la formation des premiers grumeaux juste après le Big-Bang à la formation des étoiles dans la Voie Lactée.
Planck est une mission européenne dans laquelle la communauté française est massivement impliquée, notamment dans l'instrument haute fréquence HFI dont elle a assuré la conception, la construction, et dont elle analyse les données collectées. Elle a aussi inventé le système de refroidissement breveté indispensable à son fonctionnement.

En effet, les détecteurs de l'instrument HFI ne peuvent fonctionner qu'à la température extrême de -273,05°C, soit seulement 0,1 degré au-dessus du zér o absolu, une prouesse technologique dans l'environnement spatial. Ce système de réfrigération consomme des gaz très spécifiques, hélium 3 et hélium 4, dont les réserves embarquées sont arrivées à épuisement. Un fonctionnement parfait a permis d'utiliser les marges de sécurité pour réduire les consommations au minimum et permettre une mission deux fois plus longue que prévu.

Désormais, l'essentiel des efforts va être consacré à l'étude très détaillée de l'ensemble des données recueillies par Planck. Certains résultats astrophysiques seront publiés sous peu, mais il faudra encore une année de travail pour tirer la quintessence des cartes réalisées à partir de ces mesures et obtenir une vue précise sur le contenu de l'Univers et l'histoire de la matière lors des premiers instants de son histoire.

La mission Planck voit une très forte participation des laboratoires français du CNRS, des universités et du CEA (voir détail ci-dessous), qui ont travaillé dans le cadre du consortium HFI, instrument français dont Jean-Loup Puget, de l'Institut d'astrophysique spatiale d'Orsay (Université Paris-Sud/CNRS), est le responsable scientifique (PI) tandis que François Bouchet, de l'Institut d'astrophysique de Paris (UPMC/CNRS), coordonne l'analyse scientifique des données. Ces équipes, soutenues par le CNES, l'agence spatiale française, ont joué un rôle de premier plan dans l'analyse des données de Planck, la construction de la première édition du catalogue de sources Planck et les premiers résultats astrophysiques publiés en janvier 2011, ceux à venir dans les prochains mois et la préparation des résultats cosmologiques.

Le CNES a accompagné très tôt le projet Planck par des études de recherche et développement, en coordonnant les efforts des équipes des laboratoires du CNRS, du CEA, et de l'industrie (Thales Alenia Space, Air Liquide). Son implication se poursuit par son support aux équipes scientifiques impliquées dans l'exploitation des données scientifiques. Les cartes et les premiers résultats cosmologiques issus de la mission nominale seront disponibles fin janvier 2013.

http://www.insu.cnrs.fr/co/univers/fin-de-mission-pour-hfi-l-instrument-haute-frequence-du-satellite-planck

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Le samedi 14 janvier 2012 à midi, la pression de l’Helium 3 dans les réservoirs de Planck est passée au-dessous du seuil minimal nécessaire pour maintenir le plan focal de l’instrument HFI à sa température record de 100 mK.

Grâce à une gestion très fine des vannes d’Helium, les équipes en charge des opérations HFI auront ainsi réussi à doubler la durée de la mission : 36 mois d’observation quasi continue, et 5 relevés consécutifs du ciel dans le domaine des micro-ondes au lieu des 2 prévus, le tout avec une sensibilité près de deux fois meilleure que les spécifications.

Les dernières semaines de HFI « froid » ont été mises à profit pour acquérir les ultimes données de calibration nécessaires : accélération de la vitesse de la rotation du satellite, observation de Mars, de Jupiter – terminée juste à temps avant la remontée de la température.

Celle-ci va être très progressive et contrôlée, grâce à une gestion intelligente des vannes pour extraire les dernières volutes d’Helium 3 des réservoirs. Ainsi, le 16 janvier, les bolomètres de HFI affichaient encore une température de 110 mK seulement. Cette période de quelques semaines sera utilisée pour mettre à jour des mesures de calibration de certaines électroniques. Ensuite, HFI restera sous tension pendant un an supplémentaire pour permettre à LFI, qui fonctionne à 4 K, d’acquérir des mesures supplémentaires dans des conditions parfaitement stables au cours d’une extension de mission appelée « Planck tiède ».

La moisson scientifique de Planck-HFI et du second instrument LFI ne fait que commencer, mais elle promet d’être considérable. Dès janvier 2011, les scientifiques réunis à la Villette, à Paris, ont dévoilé les premiers résultats : un catalogue d’objets aussi variés que très attendus par la quasi-totalité de la communauté astrophysique mondiale, comprenant des amas de galaxies lointains, des proto-étoiles à tous les stades de leur formation, des informations statistiques précieuses sur le fond diffus infrarouge, cette lumière qui baigne notre ciel et dont on pense qu’elle provient de l’ensemble des galaxies lointaines, etc.

Du 13 au 16 février prochain, les scientifiques se réunissent à nouveau à Bologne pour présenter les nouveaux résultats acquis dans ces domaines depuis un an. Les résultats cosmologiques (c’est-à-dire les caractéristiques du fond diffus cosmologique – CMB – , la première lumière émise dans l’Univers) issus des deux premiers relevés, l’objectif primordial de Planck, seront quant à eux dévoilés début 2013. D’ici là, les équipes scientifiques vont mettre la touche finale au traitement des données, véritable travail d’orfèvre piloté par l’Institut d’Astrophysique de Paris, qui consiste à séparer de la mesure brute les différentes composantes astrophysiques (lumière galactique, fond diffus infrarouge, amas de galaxies et finalement le CMB) et les artéfacts produits par le satellite et par son mouvement.

Le travail continuera ensuite jusqu’en 2014 au moins pour traiter l’ensemble des relevés et atteindre une précision historique – Planck est qualifiée de mission « ultime » : sa sensibilité n’est pas limitée par les performances instrumentales mais par le bruit de photons du CMB, barrière naturelle infranchissable…

Planck-HFI, instrument international développé sous la responsabilité de l’Institut d’Astrophysique Spatiale à Orsay et impliquant de nombreux autres laboratoires du CNRS et du CEA soutenus par le CNES, restera comme une mission exemplaire dans l’histoire du spatial.

http://www.cnes.fr/web/CNES-fr/9912-st-planck-se-rechauffe.php

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Une cartographie du gaz moléculaire froid de notre galaxie, par le satellite européen Planck, a été rendue publique cette semaine lors d'une conférence à Bologne. Elle révèle des concentrations de monoxyde de carbone (CO) dans des régions inexplorées du ciel.

Là où naissent les étoiles

Le monoxyde de carbone est considéré comme le meilleur traceur de l'hydrogène moléculaire (H2) froid. Ce gaz ne rayonne pas par lui-même, mais constitue l'écrasante majorité du gaz moléculaire au sein duquel se forment les étoiles. Planck vient d'en faire la première carte du ciel complète, avec une acuité meilleure que les grands relevés précédents (voir ci-dessous).

Brume microonde

Le satellite européen a aussi détecté une mystérieuse émission microonde enveloppant le centre galactique. La source exacte de ce rayonnement synchrotron, émis par des électrons accélérés dans un champ magnétique, n'est pas claire. Elle pourrait être liée à un taux important de supernovae dans cette région, à des vents galactiques, voire à la présence de matière noire.

L'émission du CO comme le rayonnement synchrotron proviennent de sources à l'avant-plan de l'objectif réel de Planck : l'observation du fond diffus cosmologique, le rayonnement fossile de l'univers, dont la carte est attendue pour janvier 2013.

http://www.cieletespace.fr/node/8597

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Un film documentaire disponible sur la toile retrace le long processus de fabrication du satellite européen de cosmologie Planck.

La complexité d'un satellite proche du 0° absolu
Réalisé par Jean Mouette pour l'Institut d'Astrophysique de Paris (CNRS - Université Pierre et Marie Curie), le film de 18 minutes donne l'occasion de prendre conscience de la complexité représentée par la construction d'un observatoire spatial.

D'autant que Planck n'est pas un observatoire comme les autres. Pour détecter les fines variations dans l'Univers lointain, ses récepteurs sont refroidis à -273,05° — c’est-à-dire seulement 0,1° au-dessus du 0 absolu !

Le film montre que, pour mener un tel projet, il faut réunir des compétences issues du monde entier. C'est le prix à payer pour analyser en détail les premières lumières du cosmos émises après le big bang, lorsque l'Univers avait 0,003% de son âge actuel (380 000 ans).

En attendant les résultats
Ce retour sur la genèse du projet Planck nous donne à patienter dans l'attente des résultats.
Quelques résultats ont déjà été dévoilés, notamment sur les poussières de la Voie lactée et une mystérieuse émission microonde qui enveloppe le centre de notre galaxie. Mais ce que le monde entier attend, c'est la carte précise du fond diffus cosmologique. Prévue pour 2013, elle devrait nous montrer les faibles fluctuations de température de l'Univers à ses débuts, avec une précision de seulement 0,00001° !

http://www.cieletespace.fr/node/9066

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Sous l'œil du télescope spatial européen Herschel, l'étoile principale de la constellation d'Orion apparaît entourée d'un bouclier gazeux.



Cette enveloppe ténue, invisible autrement que dans l'infrarouge lointain, a été émise par Bételgeuse voici plusieurs milliers d'années. Et à 30 km/s, d'ici 5000 ans, elle devrait entrer en collision avec un « mur » gazeux révélé par le télescope Herschel.

Collision annoncée
Initialement, les astronomes qui ont découvert cette image pensaient que le filament gazeux résultait d'une perte de masse de Bételgeuse antérieure aux émissions en forme de coquille.

Mais après une analyse plus minutieuse du cliché, ils penchent davantage pour une structure galactique liée au champ magnétique de la Voie lactée. Il est également possible qu'il s'agisse du bord d'un nuage interstellaire proche de Bételgeuse.

Le gaz perdu par l'étoile géante au cours de son existence va donc inévitablement percuter ce filament dans 5000 ans.

Bételgeuse en mouvement
L'étoile orangée de la constellation d'Orion, dont la luminosité réelle égale 100000 fois celle du Soleil, se déplace elle-même vers le filament. C'est pour cette raison que la coquille de gaz qui s'en échappe est moins épaisse dans cette direction. Les astronomes estiment que Bételgeuse percutera à son tour le « mur » gazeux dans 17500 ans.

Une prochaine supernova
Bételgeuse est ce que les astronomes appellent une supergéante rouge, c'est-à-dire une étoile massive arrivée en fin de vie. D'une masse égale à 15 fois celle du Soleil, elle a enflé au point qu'elle mesure plus de 800 millions de kilomètres de diamètre !

Sa surface a été observée et sa taille a été précisément mesurée par les astronomes qui assistent depuis quelques années à un léger rétrécissement.

Pendant son existence, son intense rayonnement lui fait perdre régulièrement de la masse sous la forme d'un vent de particules arrachées à son enveloppe d'hydrogène. Ce gaz, éjecté par épisodes, a été repéré autour de l'astre.

D'ici peu (quelques années à quelques milliers d'années), Bételgeuse explosera en supernova. Située à 425 années-lumière de la Terre, elle offrira alors un spectacle éblouissant en brillant pendant des semaines aussi fort que la Pleine Lune.

http://www.cieletespace.fr/node/10047

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c'est un véritable Big bang céleste qui devrait secouer la communauté des astronomes avec la publication des observations du télescope spatial Planck. François Bouchet, de l'Institut d'astrophysique de Paris, l'un des pères de la mission, promet des révélations spectaculaires concernant le big bang et la naissance de l'Univers. Cocorico ! L'astrophysique française reprend la main, car Planck est essentiellement un enfant du génie français.

L'Agence spatiale européenne (ESA), qui gère la mission Planck, fait régner le black-out complet, même à la veille de la grande conférence scientifique programmée demain. Mais on sait déjà que le télescope spatial devrait répondre à une série de questions fondamentales et apporter de précieuses précisions. En voici les principales pour vous mettre l'eau à la bouche. L'âge de l'Univers : actuellement, les astrophysiciens l'estiment à 13,75 milliards d'années. On compte sur Planck pour fournir une estimation plus précise. La forme de l'Univers : est-il plat comme supposé par la majorité des astrophysiciens ? Ou bien est-il courbe ou même sphérique ? Planck pencherait plutôt pour la première hypothèse. Le futur de l'Univers : pendant combien de temps et à quel rythme l'univers continuera-t-il à s'étendre ? Faut-il craindre un nouveau Big Bang? L'âge des étoiles et des galaxies : faut-il les vieillir encore ? La matière noire et l'énergie noire : quelle est leur nature ? N'en jetez plus, la cour est pleine. Mais ce qui excite le plus les astrophysiciens, c'est que Planck pourrait remettre en cause certaines hypothèses ayant servi à bâtir la théorie la plus admise de la formation de l'Univers.
Rayonnement fossile

Maintenant, comment un unique télescope spatial - fût-il le fruit du génie français... - peut-il répondre à autant d'interrogations ? C'est tout simplement parce qu'il regarde l'Univers au fond des yeux, juste à l'instant de son premier vagissement. Pour bien le comprendre, vous n'échapperez pas à un modeste cours d'astronomie, sans prise de tête, rassurez-vous. Au tout début était... l'inconnu. Pas de temps, pas d'espace, pas de matière. Rien. À un instant indéfini (puisque le temps n'existait pas encore), une boule de matière virtuelle et d'énergie située partout à la fois bien que tenant sur une pièce d'un centime d'euros (ne me demandez pas comment c'est possible... même les astrophysiciens sèchent...) se met à gonfler, à gonfler... En une fraction de seconde (il faut comprendre une seconde divisée par des milliards de milliards de milliards...), l'univers a déjà la taille de notre système solaire. C'est incompréhensible pour nos petits cerveaux, mais c'est comme ça ! Quand cette hypothèse d'expansion brutale a été émise, voilà quelques décennies, un astronome qui ne la partageait pas s'en était moqué en parlant de big bang. Le terme est resté, même s'il ne recouvre rien de réel. En se dilatant, la soupe cosmologique primitive s'est refroidie. On est passé de plusieurs millions de millions de degrés centigrades à quelques milliers. Vous retrouvez le même phénomène dans votre frigo où c'est la dilatation d'un gaz qui produit le froid.

Au fur et à mesure du refroidissement de l'Univers, ses quatre forces fondamentales (la force nucléaire forte, la force électromagnétique, la force gravitationnelle et la force nucléaire faible) ont pu s'extraire et s'individualiser. Simultanément, la matière s'est construite en commençant par des quarks, puis de l'hélium et de l'hydrogène. On passe sur les détails (allez voir sur Wikipédia !). Bref, 380 000 ans après le début du big bang, les photons (c'est-à-dire la lumière) prisonniers jusque là ont enfin pu prendre le large. Comme si quelqu'un avait appuyé sur l'interrupteur, la lumière s'est libérée de l'emprise de la matière et l'univers est devenu transparent. C'est là qu'intervient Planck. Son télescope est capable de percevoir les échos de ce premier flash de lumière émis voilà 13,75 milliards d'années ! Durant trente mois, de 2009 et 2012, il a balayé l'univers sur 360 degrés pour relever ce rayonnement fossile baignant chaque millimètre cube du cosmos. À noter que l'énergie continue dans ce rayonnement fossile quasi imperceptible constitue, néanmoins, plus de 90 % de l'énergie lumineuse de tout l'Univers ! Pour décrire l'exploit de Planck, disons qu'il s'apparente à celui d'un Breton mesurant devant Brest les vaguelettes déclenchées par un grain de riz lâché au large de Sydney par un Australien.

our ne pas être taxé de chauvinisme, reconnaissons qu'avant Planck les Américains avaient déjà obtenu une première image du rayonnement fossile grâce aux deux satellites COBE et WMAP. Mais rien de comparable à Planck, dont la sensibilité a été rendue incomparable grâce à une technologie ayant permis de faire les observations à une température proche du zéro absolu. La carte du ciel fournie par Planck indique d'infimes variations du rayonnement fossile reflétant les soubresauts de la naissance de l'Univers, mais aussi de la création des étoiles et des galaxies.

Bref, la communauté mondiale des astronomes est sur des charbons ardents en attendant les révélations de demain lors du grand raout organisé par l'Agence européenne de l'espace (diffusé en direct sur le site de l'ESA : www.esa.int).

http://www.lepoint.fr/science/video-revelations-fracassantes-sur-l-origine-du-monde-le-telescope-planck-se-met-a-table-20-03-2013-1643387_25.php

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Ce matin, L’Agence spatiale européenne dévoilera la meilleure image obtenue à ce jour du rayonnement de fond cosmologique réalisée grâce aux données du satellite Planck.

ULTRAFROID. Lancé en 2009 et équipé d’un miroir de 1,5 mètre de diamètre, c’est l’instrument le plus froid jamais envoyé dans l’espace. Le satellite Planck a été conçu pour étudier le rayonnement de fond cosmologique hyperfréquence (CMB) : une lumière issue des tous premiers instants de l’univers. Le CMB s’est imprimé sur le ciel pendant la phase d’expansion de l’Univers 370.000 ans seulement après le Big Bang, le signal du CMB s’est étiré jusqu’à se transformer en hyperfréquences, ce qui correspond à une température de tout juste 2,7 degrés au-dessus du zéro absolu.
Un rayonnement fossile témoin du passé

Ce rayonnement fossile, étudié auparavant par COBE et WMAP, permet de comprendre ce qui s’est passé juste après le Big Bang, il y a plus de 13,5 milliards d’années. Avec des instruments toujours plus puissants et plus précis, les astrophysiciens poursuivent leurs fouilles dans le passé lointain de l’univers.

Planck est ainsi équipé de deux instruments pour mesurer les infimes variations de température du fond diffus cosmologique. Le LFI, fabriqué en Italie, et le HFI, conçu par des laboratoires français (CNRS, INSu, IN2P3, UPMC, IAP etc..), qui est refroidi à -273°C. A basse fréquence (LFI), ce sont les émissions radios des électrons qui interagissent avec les gaz et le champ magnétique de la galaxie que Planck détecte. A haute fréquence (HFI), c’est la chaleur émise par les poussières qui est détectée.

La nouvelle carte du CMB sera présentée et commentée lors d’une conférence de presse qui aura lieu ce jeudi à 10h00 au Siège de l’ESA, à Paris

http://sciencesetavenir.nouvelobs.com/espace/20130320.OBS2536/le-satellite-planck-a-capture-la-premiere-lumiere-de-l-univers.html

Salut

Lancé en 2009, Planck, le satellite de l’Agence spatiale européenne (ESA) dédié à l’étude du rayonnement fossile, livre aujourd’hui les résultats de ses quinze premiers mois d’observations. Ils apportent une moisson de renseignements sur l’histoire et la composition de l’Univers : la carte la plus précise jamais obtenue du rayonnement fossile, la mise en évidence d’un effet prévu par les modèles d’Inflation, une révision à la baisse du rythme de l’expansion de l’Univers, ou encore une nouvelle évaluation de la composition de l’Univers. Bon nombre de ces données ont été obtenues grâce au principal instrument de Planck, HFI, conçu et assemblé sous la direction de l’Institut d’astrophysique spatiale (CNRS/Université Paris-Sud) avec un financement du CNES et du CNRS.

Depuis sa découverte en 1965, le rayonnement fossile constitue une source de connaissance précieuse pour les cosmologistes, véritable « Pierre de Rosette » permettant de décrypter l’histoire de l’Univers depuis le Big Bang. Ce flux de photons détectable sur l’ensemble du ciel, dans la gamme des ondes radio, témoigne de l’état de l’Univers lors de sa prime jeunesse et recèle les traces des grandes structures qui se développeront par la suite. Produit 380 000 ans après le Big Bang, au moment où se formèrent les premiers atomes, il nous arrive quasi inchangé et permet aux scientifiques d’accéder à l’image de ce que fut le cosmos à sa naissance, voici environ 13.8 milliards d’années. Confronter ces mesures aux modèles théoriques peut nous apporter de multiples informations : non seulement sur l’évolution de l’Univers depuis l’apparition du rayonnement fossile, mais également sur des événements antérieurs qui en sont la cause et pour lesquels les astrophysiciens disposent de peu d’observations.


Une nouvelle carte du rayonnement fossile

C’est l’une de ces fenêtres sur l’Univers primordial que vient d’ouvrir la mission Planck. Lancé en 2009, ce satellite de l’ESA a, durant un an et demi, dressé une carte de ce rayonnement fossile sur l’ensemble du ciel. Planck possède deux instruments dont l’un, l’Instrument haute fréquence HFI, a été conçu et assemblé sous la direction de l’Institut d’Astrophysique Spatiale (CNRS/Université Paris-Sud) avec un financement du CNES et du CNRS. Grâce à eux, il a pu mesurer avec une sensibilité sans précédent les variations d’intensité lumineuse de l’Univers primordial, venant affiner les observations des missions spatiales COBE (lancée en 1990) et WMAP (en 1998). Ces variations d’intensité lumineuse (qui se présentent sous la forme de taches plus ou moins brillantes) sont précisément l’empreinte des germes des grandes structures actuelles du cosmos et désignent les endroits où la matière s’est par la suite assemblée, puis effondrée sur elle-même, avant de donner naissance aux étoiles, galaxies et amas de galaxies.

Selon certaines théories, l’origine de ces « grumeaux » ou « fluctuations » du rayonnement fossile est à chercher du côté de l’ « Inflation », un évènement survenu plus tôt dans l’histoire de l’Univers. Durant cet épisode, très violent, qui se serait déroulé environ 10-35 secondes après le « Big Bang », l’Univers aurait connu une brusque phase d’expansion et aurait grossi de manière considérable, au moins d’un facteur 10 26. Planck a permis de démontrer la validité de l’une des prédictions essentielles des théories d’Inflation : l’intensité lumineuse des « fluctuations à grande échelle » doit être légèrement supérieure à celle des « fluctuations à petite échelle ». En revanche, pour les plus grandes échelles (supérieures à 1°, soit deux fois le diamètre de la Pleine Lune), l’intensité observée est inférieure de 10% aux prédictions de l’Inflation, un mystère qu’aucune théorie ne parvient à expliquer aujourd’hui. Planck confirme par ailleurs avec certitude l’existence d’autres anomalies observées par le passé comme une mystérieuse asymétrie des températures moyennes observées dans des directions opposées ou l’existence d’un point froid.

Les données de la mission nominale de Planck font l’objet d’une trentaine de publications simultanées disponibles le 21 mars 2013 sur http://sci.esa.int, puis le 22 mars 2013 sur http://arxiv.org/list/astro-ph/recent

Parmi ces autres résultats :

La confirmation de la « platitude » de l’Univers
La révision à la baisse de la constante de Hubble, et donc du rythme d’expansion de l’Univers
Une nouvelle évaluation, à partir du seul rayonnement fossile, de la composition de l’Univers : 69.4 % d’énergie noire (contre 72.8 % auparavant), 25.8 % de matière noire (contre 23 %) et 4.8 % de matière ordinaire (contre 4.3 %).
Des cartes inédites précieuses pour affiner le scénario de l’histoire de l’Univers et comprendre la physique qui régit son évolution : elles permettent de montrer comment se répartissent la matière noire et la matière ordinaire sur la voûte céleste ; le « fonds diffus infrarouge » correspond quant à lui à la lumière émise par les poussières de toutes les galaxies au cours des dix derniers milliards d’années et permet donc d’identifier les zones où se sont concentrés les objets constitués de matière ordinaire.
Une première analyse de la polarisation du signal cosmologique, qui montre que les données de Planck sont remarquablement cohérentes avec celles sur l’intensité du rayonnement fossile aux échelles correspondantes aux futurs amas de galaxies ; une analyse plus complète sera fournie en 2014, ainsi que d’autres résultats de la mission Planck.


La contribution de la recherche française dans la mission Planck

La France est leader de l’instrument haute fréquence Planck-HFI, essentiel pour les résultats cosmologiques : sa construction a coûté 140 millions d’euros et mobilisé 80 chercheurs de dix laboratoires du CNRS, du CEA et d’universités. La France a assuré plus de 50% du financement de cette construction ainsi que celui du traitement de ses données : ce financement provient pour moitié du CNES, pour moitié du CNRS et des universités. Elle contribue également au financement de la mission elle-même via sa contribution financière au programme scientifique de l’ESA, soit 15% du coût de la mission.

Une contribution française essentielle au projet Planck a été la fourniture du système de refroidissement à 0.1 degrés au-dessus du zéro absolu de l’instrument HFI. Ce système, qui a fait l’objet d’un brevet CNES, a été inventé par Alain Benoît (CNRS), de l’Institut Néel (ce qui lui a valu la médaille de l’innovation 2012 du CNRS) et développé par la société Air Liquide. Grâce à cette innovation, la caméra HFI détient le record de froid pour un instrument spatial, avec un cryostat refroidi pendant près de mille jours à -273,05°C. (http://www2.cnrs.fr/presse/communique/2679.htm).

L'exploitation des résultats scientifiques est assurée majoritairement par le CNRS, avec notamment Jean-Loup Puget (de l’IAS), « Principal Investigator » d’HFI, et François Bouchet (de l’IAP), « Co-Principal Investigator ».

Les laboratoires français impliqués :

APC, AstroParticule et Cosmologie (Université Paris Diderot-Paris 7, CNRS, CEA, Observatoire de Paris), à Paris : développement de moyens de tests.
IAP, Institut d'Astrophysique de Paris (CNRS, UPMC), à Paris : développement des objectifs scientifiques et conception du traitement des données.
IAS, Institut d'Astrophysique Spatiale (Université Paris-Sud, CNRS), à Orsay : conception initiale et responsabilité scientifique et technique de l'instrument.
Institut Néel (CNRS), à Grenoble : développement de la cryogénie à 0,1 K.
IPAG, Institut de Planétologie et d'Astrophysique de l’Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (CNRS, Université Joseph Fourier Grenoble 1), à Grenoble : modélisation de l'instrument.
IRAP, Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie de l’Observatoire Midi-Pyrénées (Université Paul Sabatier Toulouse III, CNRS), à Toulouse : développement de l'électronique des détecteurs.
CEA-IRFU, Institut de Recherche sur les Lois Fondamentales de l'Univers du CEA, à Saclay : études de compatibilité électromagnétique.
LAL, Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire (CNRS, Université Paris-Sud,), à Orsay : développement de l'ordinateur de bord.
LERMA, Laboratoire d'Etude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique (Observatoire de Paris, CNRS, ENS Paris, Université Cergy Pontoise, UPMC), à Paris : modélisation de l'instrument.
LPSC, Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie (Université Joseph-Fourier Grenoble 1, CNRS, Grenoble INP), à Grenoble : développement de la cryogénie à 20 K.
CC-IN2P3 du CNRS, Centre de Calcul de l’Institut national de physique nucléaire et de physique des particules (IN2P3) du CNRS : participe au stockage et au traitement des données.


http://www.insu.cnrs.fr/node/4300

Salut

Le satellite Planck, lancé en 2009, a enfin produit sa carte détaillé du fond diffus cosmologique. Cette image montre la première lumière qui a pu se propager librement dans l'espace, environ 380000 ans après le big bang.



Vue par le satellite Cobe en 1992, cette lumière était assez homogène. En effet, l'Univers à cette époque, composé d'une soupe uniforme de particules, émettait quasiment le même rayonnement dans toutes les directions. Mais d'infimes fluctuations étaient déjà perceptibles. Détaillées par le satellite WMAP en 2003, ces fluctuations de luminosité trahissent de petites différences de température correspondant à de petites différences de densité de l'espace.

Le satellite européen Planck a ausculté une nouvelle fois ce rayonnement le plus lointain qui soit et a produit cette carte, 1000 fois plus précise que celle de WMAP. L'Univers y apparaît grumeleux, pas très homogène.

De cette carte, les astrophysiciens déduisent des paramètres cosmologiques qui vont leur permettre d'affiner le scénario d'évolution de l'Univers.

Les principales découvertes liées à cette carte de Planck sont à lire dans Ciel et Espace d'avril, en kiosques dès le 23 mars 2013. La carte est imprimée en double page, à haute résolution dans ce même numéro.

http://www.cieletespace.fr/node/10241

Salut

Ce matin, l’Agence spatiale européenne a dévoilé la meilleure image obtenue à ce jour du rayonnement fossile du Big Bang, réalisée grâce aux données du satellite Planck.

ULTRAFROID. Lancé en 2009 et équipé d’un miroir de 1,5 mètre de diamètre, c’est l’instrument le plus froid jamais envoyé dans l’espace. Le satellite Planck a été conçu pour étudier le rayonnement de fond cosmologique hyperfréquence (CMB) : une lumière issue des tous premiers instants de l’univers. Le CMB s’est imprimé sur le ciel pendant la phase d’expansion de l’Univers 370.000 ans seulement après le Big Bang, le signal du CMB s’est étiré jusqu’à se transformer en hyperfréquences, ce qui correspond à une température de tout juste 2,7 degrés au-dessus du zéro absolu.
Un rayonnement fossile témoin du passé

Ce rayonnement fossile, étudié auparavant par COBE et WMAP, permet de comprendre ce qui s’est passé juste après le Big Bang, il y a plus de 13,5 milliards d’années. Avec des instruments toujours plus puissants et plus précis, les astrophysiciens poursuivent leurs fouilles dans le passé lointain de l’univers.

Planck est ainsi équipé de deux instruments pour mesurer les infimes variations de température du fond diffus cosmologique. Le LFI, fabriqué en Italie, et le HFI, conçu par des laboratoires français (CNRS, INSu, IN2P3, UPMC, IAP etc..), qui est refroidi à -273°C. A basse fréquence (LFI), ce sont les émissions radios des électrons qui interagissent avec les gaz et le champ magnétique de la galaxie que Planck détecte. A haute fréquence (HFI), c’est la chaleur émise par les poussières qui est détectée.
Vers une nouvelle cosmologie

La nouvelle carte du CMB a été rendue publique ce matin par l’ESA. Elle est basée sur les données des 15 premiers mois de fonctionnement de Planck. C’est la première image de cette mission qui montre sur l’ensemble du ciel la plus ancienne des émissions de lumière. Mais la carte de Planck est si précise qu’elle fait également apparaître certaines caractéristiques énigmatiques qui ne pourront être expliquées que par de nouvelles avancées théoriques.

“La qualité extraordinaire du tableau de l’Univers juvénile que nous brosse Planck nous permet de mettre à nu jusqu’à ses fondements sous les différentes strates du temps et met en évidence que notre représentation du cosmos est loin d’être complète. Et c’est l'industrie européenne qui a rendu ces découvertes possibles en développant à cet effet des technologies sans équivalent,” a déclaré Jean-Jacques Dordain, Directeur général de l’ESA.

http://sciencesetavenir.nouvelobs.com/espace/20130320.OBS2536/le-satellite-planck-a-piege-la-premiere-lumiere-de-l-univers.html

Salut

L'eau observée sur Jupiter est liée à l'impact cométaire de 1994, comme le montrent les mesures du télescope spatial infrarouge Herschel, de l'ESA.

En juillet 1994, les astronomes du monde entier ont pu suivre la chute de la comète Shoemaker-Levy 9 sur la planète géante gazeuse. Une première dont les traces étaient restées visibles plusieurs semaines.

De l'eau dans la haute atmosphère jovienne

La première détection de vapeur d'eau dans la haute atmosphère de Jupiter n'a cependant eu lieu que trois ans plus tard, grâce au satellite infrarouge ISO (lancé en 1995 par l'ESA).

Dès cette époque, une origine cométaire de cette eau est suspectée. En effet, bien que l'atmosphère profonde des planètes géantes regorge d'eau, celle-ci n'est pas censée atteindre leur haute atmosphère.

Cependant, ISO ne possède pas la sensibilité et la résolution qui permettraient d'en savoir plus. L'eau pourrait tout aussi bien venir des poussières interplanétaires, voire de l'activité de certains satellites glacés de Jupiter...

Le verdict de Herschel

Le satellite européen Herschel vient de balayer ces hypothèses. Il a cartographié la distribution de la vapeur d'eau dans la stratosphère de Jupiter.

Ses données montrent que la précieuse molécule se concentre essentiellement dans l'hémisphère Sud, dans lequel avait eu lieu l'impact de 1994. Surtout, c'est à la latitude exacte de la chute, 44° S, que les plus grosses quantités de vapeur d'eau sont observées.

Les chutes de comètes sur les planètes, sans doute beaucoup plus fréquentes qu'on ne l'imaginait avant 1994, pourraient être responsables de la présence d'eau sur certains corps a priori très secs, comme Mercure ou la Lune.

http://www.cieletespace.fr/node/10368

Salut

Après trois ans de service, le télescope spatial européen Herschel vient d'épuiser son réservoir d'hélium liquide, utilisé pour refroidir ses instruments. Désormais aveuglé par son propre rayonnement thermique, il a terminé sa mission.

Le plus grand télescope jamais envoyé dans l'espace (3,5 m de diamètre) a réalisé 35 000 observations du ciel en infrarouge pendant 25 000 heures, dans le cadre de 6000 programmes scientifiques. Il faudra plusieurs années pour exploiter une telle quantité d'informations. Mais quelques images fortes se distinguent déjà.

Les galaxies sous un œil neuf

Le 14 juin 2009, un mois après son lancement, Herschel effectue sa première lumière (sa première observation, pour un télescope) sur la galaxie des Chiens de chasse M51.

Sa vision en infrarouge en offre un portrait très différent de ce que les télescopes au sol perçoivent de M51 dans le visible. Les nuages froids, sombres dans le domaine visible, deviennent brillants sous l'œil de Herschel.

Début 2013, Herschel produit une image de notre voisine, la galaxie d'Andromède M31, montrant les nuages froids dans lesquels se forment des étoiles.

Des découvertes dans la Voie lactée

Le satellite européen a consacré une grande partie de la mission à observer les nuages froids de la Voie lactée, véritables pouponnières stellaires. Il offre ainsi une vision métamorphosée de la nébuleuse de l'Aigle M16.
Les fameux piliers vus par le télescope spatial Hubble sont vers le centre en bleu. Dans le domaine visible, Hubble les voit sombres. Dans l'infrarouge lointain, Herschel les voit lumineux.

Ce genre d'observation a permis de détecter les étoiles les plus jeunes connues au sein de la nébuleuse M78. Dans le visible, elles sont cachées derrière des nuages sombres.

Herschel a aussi repéré la présence de comètes autour de plusieurs étoiles, notamment Bêta Pictoris et 61 Virginis.

Du nouveau dans le Système solaire

Quatre-vingt-dix heures consacrées à l'observation du Système solaire ont permis de découvrir des similitudes entre l'eau des comètes de la famille de Jupiter et les océans terrestre. Et tout récemment de retrouver la trace de l'eau de la comète SL9 tombée sur Jupiter en 1994.

Trop chaud pour survivre

L'épuisement de son réservoir de 2300 litres d'hélium, un mois plus tard que prévu, a sonné le glas de Herschel. Le satellite observe à des longueurs d'onde qui n'autorisent pas un fonctionnement en mode dit « chaud », contrairement au télescope spatial Spitzer (lui aussi a court d'hélium).

Herschel observe à partir de 50 microns, une longueur d'onde 100 fois plus longue que celle de la lumière visible, et qui dévoile des régions de l'Univers à -225°C.

Par comparaison, Spitzer peut observer jusqu'à 3,6 microns, ce qui correspond à des régions où il fait environ 500°C. Dans ce domaine, des systèmes de refroidissement passifs alimentés par électricité suffisent.

http://www.cieletespace.fr/node/10380

Salut

POIDS LOURDS ET POIDS PLUMES. D’où vient le fer qui constitue tant d’objets de notre quotidien ? Des étoiles. Mais pas n’importe lesquelles. Notre Soleil, par exemple est incapable de forger des éléments aussi lourds que le silicium ou le fer. Lui, comme 95 % des étoiles environ de 1 à 6 fois la masse du Soleil, sont des poids plume à l’origine de l’oxygène, de l’azote et du carbone qu’on trouve partout dans l’Univers, y compris sur Terre. Mais pour forger des éléments plus lourds, il faut des poids lourds, de plus de 6-8 fois la masse de notre Soleil, des étoiles massives rares, mais essentielles à la vie et au cycle de la matière.

Ces éléments sont ensuite éjectés dans le milieu interstellaire, transformés en matériau moléculaire dans les nuages denses, et finalement réutilisés pour un autre cycle : nouvelle étoile, nouvelles planètes et, peut-être, création de nouvelles formes de vie.

"WISH". Mais ces mastodontes demeurent énigmatiques, car lointains – ils sont 10 fois plus éloignés de nous que les étoiles de type solaire. Comment naissent-ils, par exemple ? C’est pour répondre à cette question qu’a été mis sur pied le programme de recherche WISH (Water In Star forming regions with Herschel) qui s’est lancé sur la piste de l’eau. Soit l’étude de l’émission des molécules d’eau venant de ces étoiles massives en formation, appelées protoétoiles.

Accueil > Infographies > Le mystère de la naissance des étoiles géantes dévoilé par l’eau
Le mystère de la naissance des étoiles géantes dévoilé par l’eau
Publié le 01-09-2013 à 14h28 - Mis à jour le 02-09-2013 à 17h05
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Sciences et Avenir
2e volet de notre série consacrée au satellite Herschel. Avec une infographie sur la physique des observations spectroscopiques.
Mots-clés : Sciences, ESPACE, high-tech, SATELLITE, CEA, ESA, Herschel, telescope, formation des étoiles
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Observer les molécules d'eau, une des missions du télescope Herschel. Damien Hypolite pour Sciences et Avenir
Observer les molécules d'eau, une des missions du télescope Herschel. Damien Hypolite pour Sciences et Avenir
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» VIDÉO. Le télescope Herschel témoin de la naissance des étoiles
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POIDS LOURDS ET POIDS PLUMES. D’où vient le fer qui constitue tant d’objets de notre quotidien ? Des étoiles. Mais pas n’importe lesquelles. Notre Soleil, par exemple est incapable de forger des éléments aussi lourds que le silicium ou le fer. Lui, comme 95 % des étoiles environ de 1 à 6 fois la masse du Soleil, sont des poids plume à l’origine de l’oxygène, de l’azote et du carbone qu’on trouve partout dans l’Univers, y compris sur Terre. Mais pour forger des éléments plus lourds, il faut des poids lourds, de plus de 6-8 fois la masse de notre Soleil, des étoiles massives rares, mais essentielles à la vie et au cycle de la matière.

Ces éléments sont ensuite éjectés dans le milieu interstellaire, transformés en matériau moléculaire dans les nuages denses, et finalement réutilisés pour un autre cycle : nouvelle étoile, nouvelles planètes et, peut-être, création de nouvelles formes de vie.

"WISH". Mais ces mastodontes demeurent énigmatiques, car lointains – ils sont 10 fois plus éloignés de nous que les étoiles de type solaire. Comment naissent-ils, par exemple ? C’est pour répondre à cette question qu’a été mis sur pied le programme de recherche WISH (Water In Star forming regions with Herschel) qui s’est lancé sur la piste de l’eau. Soit l’étude de l’émission des molécules d’eau venant de ces étoiles massives en formation, appelées protoétoiles.

"W43MM1". Le laboratoire d’astrophysique de l’université de Bordeaux 1 s’est quant à lui consacré aux étoiles massives en devenir. L’une d’entre elles, particulièrement jeune, a attiré l’attention des chercheurs. Située à environ 18000 années lumières de nous, W43MM1 est 23.000 fois plus lumineuse que notre Soleil. Son enveloppe pèse 4000 fois la masse de notre astre – et pourrait donc donner naissance à nombre d’autres étoiles massives - pour une taille de plus de 50.000 UA (unités astronomiques : la distance Terre-Soleil).
Suivre la piste de l'eau pour comprendre la naissance de W43MM1

Pour percer le mystère de la naissance de W43MM1 – et plus largement des protoétoiles - les chercheurs ont choisi de suivre la piste de l’eau, excellente sonde qui trahit les mouvements du gaz dans l’enveloppe autour de ces objets. Ensuite sa présence peut expliquer comment la matière continue à s’agréger à la protoétoile, jusqu’à atteindre des masses phénoménales, en permettant d’évacuer le trop plein de chaleur au cœur de l’enveloppe.

SPECTROSCOPIE. Dans la phase jeune que connaît W43MM, profondément enfouie dans de grandes quantités de gaz, seules les observations spectroscopiques, et notamment celles de l’eau, permettent de suivre la dynamique du gaz. Or l'eau est quasi-inobservable depuis le sol à cause de notre propre atmosphère, elle-même composée de vapeur d’eau. Seules les observations spatiales nous donnent accès à cette précieuse information.

L’instrument HIFI du télescope spatial Herschel nous a ainsi dévoilé avec précision plusieurs raies de l’eau et de ses isotopes rares entre 538 et 1670 GHz. Soit autant d’indices des paramètres physiques qui gouvernent l’enveloppe autour des proto-étoiles.

EMBRYON. Surprise: par plusieurs aspects, W43MM1 ressemble aux embryons d’étoiles de type solaire. De plus, il apparaît que l’enveloppe de cet embryon d’étoile est agité de gaz de vitesse moyenne (5-10 km s-1) et d’autres circulant à grande vitesse (20-35 km s-1) associés à des jets de gaz. À partir de là, les chercheurs ont créé des modèles qui révèle que l’enveloppe autour de la protoétoile peut être divisée en une couche extérieure plus froide (moins de 100K) où l’eau est peu abondante (10-8 fois moins que l’hydrogène moléculaire) et une couche interne plus chaude (plus de 100K) où l’eau est relativement abondante (10000 fois plus, cette eau s’est évaporée des grains de poussière sur lesquels elle est au départ sous forme de glace).

SCÉNARIO. Avec W43MM1, c’est la première fois que ce saut d’abondance de l’eau, prédit théoriquement, est observé. La masse totale d’eau représente un dixième de la masse du Soleil ! Surtout, l’émission de l’eau témoigne qu’il y a, au sein de l’enveloppe, des mouvements turbulents de gaz à des vitesses supersoniques. Et W43MM1 n’a visiblement pas fini sa croissance. De plus en plus massive, elle attire la matière qui accroît toujours plus la masse en son centre à un taux très élevé (4,0 × 10-4 à 4,0 × 10-2 Msolaire/an). Ce phénomène très important et cette turbulence tendent à valider un des scénarios avancés pour expliquer la formation d’étoiles de forte masse. Scénario semblable à celui des étoiles de type solaire, avec un sacré changement d’échelle tout de même.

http://sciencesetavenir.nouvelobs.com/infographies/20130830.OBS5056/le-mystere-de-la-naissance-des-etoiles-geantes-devoile-par-l-eau.html

Salut

Le télescope Herschel a levé un voile sur l'origine de l'eau sur Terre, qui pourrait avoir été transportée par des comètes venue de la ceinture de Kuiper.

Cet article est le 3e de notre série consacrée au télescope Herschel, après "Herschel, une nouvelle fenêtre sur l'Univers" et "le mystère de la naissance des étoiles géantes".

CHEMINEMENT. D'où vient l'eau des océans ? L’eau (H2O) est un composant chimique très banal et abondant dans l’Univers. On le retrouve en particulier dans les nuages moléculaires, où naissent les étoiles. Si l’eau à la surface de notre planète vient aussi de l’espace, comment est-elle arrivée jusqu’ici ?

Une étoile naît au sein d’un cocon de gaz et de poussière. Le cocon de notre Soleil s’appelle la nébuleuse solaire. Une fois l’étoile allumée en son centre, les restes du cocon tournent autour d’elle sous la forme d’un disque protoplanétaire. C’est là que se formeront ensuite les planètes, mais aussi les corps froids - astéroïdes et comètes.
De l'eau en abondance dans les comètes

La comètes sont originaires de deux vastes réservoirs de débris : la ceinture de Kuiper, située après Neptune, et le nuage d’Oort, bien au delà mais dont la forme réelle est inconnue. Les comètes contiennent de l’eau sous forme glacée dans leur noyau et sous forme gazeuse dans leur chevelure - ou coma.

ABONDANCE. Des mesures spectroscopiques, c’est-à-dire la détection de l’émission ou de l’absorption de rayonnement par l’eau, ont mis en évidence une telle abondance d’eau dans la coma que désormais on compare l’abondance des autres composants chimiques par rapport à celle de l’eau.

Ainsi le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone (ou gaz carbonique), le méthanol et l’ammoniaque qui représentent les gaz cométaires les plus abondants, ne représentent pas plus de 1 à 30 % du total.

Une variante à l'eau que nous buvons : l'eau semi-lourde

2009 est l'année du lancement de l’observatoire spatial européen Herschel. Le télescope emporte à son bord plusieurs spectromètres permettant la mesure de l’émission ou de l’absorption de rayonnement par l’eau dans l’Univers. Il braque alors ses détecteurs sur plusieurs comètes, qui en (re)passant à proximité du Soleil, dégazent de l’eau et autres substances chimiques.

HARTLEY 2. Ainsi en observant la comète Hartley 2, on s’aperçut qu’elle recrachait 230 kg d’eau par seconde en fondant… Plus étonnant encore : l’instrument HIFI détecta plusieurs formes d’eau.

De fait, l’eau que nous buvons a pour formule H2O : deux atomes d’hydrogène (H2) et un atome d’oxygène (O). L’eau existe également sous la forme d’eau lourde (D2O) ou semi-lourde (HDO) quand les atomes d’hydrogène sont remplacés par deux atomes de deutérium (D) ou quand un seul H est remplacé par un seul D.
L'eau céleste descendue sur la Terre

Aussi incroyable que cela puisse paraître, Herschel a détecté la présence d’eau semi-lourde (HDO) dans la comète Hartley 2. Il a été possible alors, de déterminer le rapport d’abondance entre H2O et HDO (eau normale et eau semi-lourde), et plus généralement entre le deutérium et l’hydrogène. Le rapport deutérium/hydrogène relevé est de 0,016 %. Une valeur semblable à celle des océans terrestres. La comète Hartley 2, qui semble provenir de la Ceinture de Kuiper, apporte donc un indice sur l’origine de nos océans : ce sont les comètes issues de ce réservoir qui auraient transporté l’eau céleste jusque sur la Terre…

DIVERSITÉ. Mais ce n’est là qu’une piste, car les mesures réalisées sur d’autres comètes, avec des moyens d’observation différents, montrent une grande diversité dans ce fameux rapport D/H.

Herschel, par exemple, a étudié la comète Garradd, venue du Nuage de Oort : elle affiche un rapport D/H de 0 ,02%, supérieur à celui des océans terrestres. Et la comète Comet 45P/Honda-Mrkos-Pajdušáková n’a montré aucune trace d’eau semi-lourde à un seuil de détection correspondant à D/H>0,03%… indiquant par là que ce rapport deuterium sur hydrogène reste proche des 0,016% de nos océans.
Un vaste réservoir de glace

Ces résultats reflètent la diversité des comètes, qui ont évolué aussi différemment dans le disque protoplanétaire et parcourent tout aussi différemment le système solaire.

Ainsi, les résultats d’Herschel confortent le scénario selon lequel un bombardement massif de corps glacés a apporté une quantité importante d’eau sur Terre. Une hypothèse d’autant plus plausible que le réservoir de corps glacés semble très vaste.

http://sciencesetavenir.nouvelobs.com/espace/20130912.OBS6713/l-eau-des-cometes.html

Salut

Les deux satellites ont cessé de fonctionner. Mais leurs données sont toujours source de découvertes pour les astronomes. Et notamment lorsqu'ils les recoupent.

TANDEM. Parmi les nombreux travaux originaux et nouveaux présentés lors de la conférence Herschel qui s'est achevée le 18 octobre, un projet implique les deux missions spatiales majeures de l'Agence Spatiale Européenne (ESA): Planck et, justement, Herschel.
Proto-amas de galaxies, ou fluctuations statistiques ?

Le satellite Planck mesure avec une précision inégalée la lumière (intensité et polarisation) du fond cosmologique, le rayonnement relique à 3 Kelvins, écho lumineux du Big Bang. Il permet ainsi de déterminer les paramètres cosmologiques et ainsi de fixer les conditions initiales de l'évolution ultérieure de notre univers. Il se trouve que Planck permet aussi de détecter des objets célestes énigmatiques et assez rares. Très brillants dans le domaine des ondes submillimétriques et millimétriques, ils pourraient faire partie de populations très recherchées du fond infrarouge de galaxies : des galaxies amplifiées par effet de lentille gravitationnelle, ou des sur-densités de galaxies pouvant être des proto-amas de galaxies.

DOUBLE PISTE. Mais cette piste pourrait s'avérer fausse. Et ces objets énigmatiques pourraient être juste des fluctuations statistiques du nombre de galaxies, ou des structures filamentaires de notre Galaxie.

Planck a la capacité extraordinaire de repérer ces objets potentiellement exceptionnels sur tout le ciel. Mais pas celle de les observer finement. Le télescope spatial Herschel ne peut pas observer la totalité du ciel. Il peut, en revanche, observer les sources énigmatiques détectées par Planck et avec une précision et sensibilité hors du commun.
Planck a repéré dans la totalité du ciel les zones finement analysée par Herschel

Dans ce programme original, combinant les équipes de Planck et d'Herschel à la recherche des premières grandes structures de l'Univers, les chercheurs commencent à analyser les données Herschel, qui toutes, montrent des galaxies apparemment exceptionnelles. L'analyse est en cours.

Ce genre de résultat n'est pas dû au hasard. En effet, les équipes de Planck ont publié ce printemps, entre autres, la première image de la totalité de la matière noire présente dans l'Univers (ou plus précisément, la quantité de matière noire présente sur la ligne de visée).

"EMPILEMENT". Dans un des articles Planck (l'article 18), une étude s'intéresse à la relation entre le fond infrarouge de galaxies et cette carte de distribution projetée de masse. Pour cela, ils effectuent une corrélation dite en "empilement" (ou "stacking"). Ils sélectionnent des milliers de zones brillantes du fond infrarouge et les additionnent, tout en faisant de même dans les cartes de matière noire. Ils font de même, séparément, avec les zones sombres. Et ce qui était attendu théoriquement apparut de manière spectaculaire - pour la première fois: une très forte corrélation.

http://sciencesetavenir.nouvelobs.com/espace/20131028.OBS2954/quand-les-telescopes-planck-et-herschel-travaillent-de-concert.html

Salut

Comment expliquer la richesse chimique du milieu séparant les étoiles ? La question taraude les astronomes depuis 70 ans : le satellite Herschel permet d'y apporter une réponse.

ÉNIGME. Grâce aux observations d'Herschel, une équipe de chercheurs du LERMA et du LUTH (Observatoire de Paris) a enfin résolu l'énigme vieille de 70 ans de l'origine de la richesse chimique du milieu interstellaire diffus (le gaz très tenu qui remplit l'espace entre les étoiles).
Une illustration des capacités uniques de l'instrument HIFI à bord du satellite Herschel

Ces travaux ont été présentés lors de la Conférence Herschel à l'ESTEC (15-18 octobre 2013). Les conditions de ce milieu sont en apparence tout sauf propices à la survie des molécules : la température moyenne y est très basse (-200 degrés Celsius), empêchant l' "allumage" de nombreuses réactions chimiques ; et les rares molécules qui réussissent à s'y former sont rapidement détruites par les photons ultraviolets émis par les étoiles voisines, ou par les électrons et les molécules d'hydrogène présents.

"TORNADES INTERSTELLAIRES". Cette équipe a proposé de résoudre l'énigme en invoquant la nature magnétisée et très turbulente du milieu : les mouvements turbulents créent une multitude de "tornades interstellaires", gigantesques à notre échelle (de diamètre 100 à 1000 fois la distance terre-soleil) mais minuscules par rapport à la taille des nuages où elles apparaissent (plusieurs dizaines d'années lumière).

Au sein de ces tornades, la vitesse du "vent" atteint parfois 10.000 km/h et cette énergie supplémentaire permet de chauffer le gaz suffisamment pour y allumer de multiples réactions chimiques. Ces bouffées intermittentes de chauffage renouvellent en permanence le réservoir en molécules du nuage, en dépit de conditions globalement hostiles.

"CHIMIE TURBULENTE". Les capacités uniques de l'instrument HIFI à bord d'Herschel ont permis d'apporter une confirmation éclatante de ce modèle original de "chimie turbulente". Bien que les tornades restent individuellement invisibles aux télescopes les plus performants, HIFI a été capable de mesurer leur impact collectif sur la chimie du gaz. Un grand nombre de molécules a pu être observé avec une précision inédite, et leurs abondances dans le gaz diffus sont en excellent accord avec les prédictions du modèle.

Cette découverte modifie profondément notre vision de la chimie interstellaire qui se révèle être hautement hétérogène et hors-équilibre. Réussir à observer l'une de ces structures est donc bien plus qu'un défi technologique; il s'agit à présent d'un enjeu scientifique majeur pour comprendre l'évolution dynamique et chimique du milieu interstellaire. Ce sera un champ d'investigation idéal pour l'interféromètre ALMA, dont la résolution spatiale et la sensibilité inégalées devraient permettre la première détection d'une tornade interstellaire.

http://sciencesetavenir.nouvelobs.com/espace/20131031.OBS3513/tornades-interstellaires-des-usines-a-molecules.html