GAIA : Une année d'observations scientifiques
Publié par Redbran le 23/10/2015 à 12:00
Source: Observatoire de Paris
272 milliards de mesures astrométriques (positions), 54,4 milliards d'observations photométriques (luminosités apparentes) et 5,4 milliards de spectres: ceci est la moisson de Gaia en un an, depuis le démarrage, le 21 août 2014, de ses observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le...) scientifiques avec le mode de balayage normal (balayage systématique (En sciences de la vie et en histoire naturelle, la systématique est la science qui a pour objet de dénombrer et de classer les taxons dans un...) du ciel).

Après le lancement, le 19 décembre 2013 et une longue période d'étalonnage en orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.), Gaia a commencé ses opérations scientifiques le 25 juillet 2014 par des observations répétées des pôles écliptiques. Ces observations, pendant 28 jours consécutifs, des deux mêmes zones du ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.), avaient pour but d'accumuler de très nombreuses données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) sur les mêmes étoiles, dont un certain nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) avaient été au préalable soigneusement observées au sol, et d'obtenir ainsi une bonne base pour la calibration des différents instruments de Gaia. Ces observations répétées ont par ailleurs permis la mesure, mais aussi la découverte, de très nombreuses étoiles variables. Voir par exemple, les observations de Céphéides et de RR Lyrae dans le Grand Nuage (Un nuage est une grande quantité de gouttelettes d’eau (ou de cristaux de glace) en suspension dans l’atmosphère. L’aspect d'un nuage dépend...) de Magellan.


Figure 1: Les étoiles observées par Gaia pendant cette première année. La figure montre clairement le plan de notre Galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir...), la Voie Lactée (La Voie lactée (appelée aussi « notre galaxie », ou parfois simplement « la Galaxie », avec une majuscule) est le nom de la galaxie...), et ses deux voisines, les deux Nuages de Magellan. Cette image a été construite à partir des données d'opération du satellite (Satellite peut faire référence à :): elle montre le nombre total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition,...) d'étoiles détectées chaque seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde...) dans chacun des deux champs de vision du télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique permettant d'augmenter la luminosité ainsi...) de Gaia. Credit: Edmund Serpell, du Centre d'Opérations de l'ESA à Darmstadt, ©ESA/Gaia-CC BY-SA 3.0 IGO.

En un an, chaque étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche de la Terre.) a été observée environ 14 fois. Ceci n'est pas suffisant pour séparer les déplacements sur le ciel dus à la parallaxe (La parallaxe est l'incidence du changement de position de l'observateur sur l'observation d'un objet.) trigonométrique (qui donne la distance de l'étoile) de ceux qui viennent de son mouvement propre (En astronomie, on appelle mouvement propre le mouvement apparent des étoiles sur la sphère céleste. Il fut découvert en 1718 par Edmund Halley lorsqu'il remarqua que les positions de Sirius, Arcturus et Aldébaran s'écartaient de plus...) (mouvement de l'étoile par rapport au Soleil).

En attendant que Gaia aie pu accumuler un plus grand nombre de mesures, les astronomes ont combiné les positions observées par Gaia avec celles qui ont été obtenues entre 1989 et 1993 par l'expérience Tycho à bord d'Hipparcos (Le satellite Hipparcos (HIgh Precision PARallax COllecting Satellite, satellite de mesure de parallaxe à haute précision) fut un projet de l'agence spatiale européenne dédié à la...), le prédécesseur de la mission Gaia, pour deux millions d'étoiles. "Seulement" deux millions d'étoiles parmi les plus brillantes du milliard (Un milliard (1 000 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf millions neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999 999) et précède un milliard...) d'objets observés par Gaia, mais ce "petit" échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou d'une solution. Le mot est utilisé dans différents domaines :) permet d'avoir un premier aperçu de la qualité des données.


Figure 2: Premier diagramme H-R de Gaia, montrant la distribution des étoiles en fonction de leur luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.) propre (magnitude absolue) et de leur température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de...) (estimée ici d'après leur couleur). Credit: ESA/Gaia/DPAC/IDT/FL/DPCE/AGIS.

La figure 2 est le résultat de luminosités déterminées à partir des données de la première année d'observations Gaia combinées avec les données du Catalogue Tycho-2, et de couleurs obtenues à partir d'observations au sol dans l'infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que...) proche (relevé 2MASS) pour environ un quart des étoiles du Catalogue Tycho-2. L'accumulation de données avec Gaia permettra d'avoir un diagramme avec beaucoup plus d'étoiles (un milliard contre environ 500 000 ici), observées sur une beaucoup plus longue durée (5 ou 6 années contre 10 mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) ici), sur tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) le diagramme H-R (alors qu'ici, la sélection est celle des étoiles observées avec Tycho, donc essentiellement des étoiles de la séquence principale et de la branche des géantes), et des séquences beaucoup mieux définies grâce à la précision attendue de Gaia tant pour les parallaxes trigonométriques (donc les luminosités) que pour les couleurs (donc les températures) et l'extinction (D'une manière générale, le mot extinction désigne une action consistant à éteindre quelque chose. Plus particulièrement on retrouve ce terme dans plusieurs...) interstellaire.

Au cours de ses observations répétées du ciel, Gaia a aussi pu détecter quelques centaines d'objets dont la luminosité a subitement augmenté ou diminué. La plus spectaculaire a été la première supernova (Une supernova est l'ensemble des phénomènes conséquents à l'explosion d'une étoile, qui s'accompagne d'une augmentation brève...) découverte par Gaia le 30 août 2014. Ces détections sont régulièrement partagées avec la communauté sous forme d'alertes scientifiques. Une liste de ces alertes, mise à jour (Une mise à jour, souvent abrégé en MAJ ou MàJ, est l'action qui consiste à mettre « à jour », ou bien « à niveau », un outil informatique, un service ou une prestation...) régulièrement, ainsi que les procédures à suivre en cas d'utilisation est disponible sur la page Photometric Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour vrai au sens large....) Alerts (en anglais).

Récemment, Gaia a aussi mesuré le mouvement d'une binaire spectroscopique.Quand les deux composantes d'une étoile binaire sont assez brillantes et ont des luminosités comparables, les spectres du RVS peuvent montrer des raies d'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une transition entre deux niveaux d'énergie électronique. Le photon est...) qui se dédoublent pour une majorité des transits de CCDs: lorsque les vitesses radiales des deux composantes sont distinctes. Chaque transit de CCD dure 4 secondes et permet donc une analyse fine de rapides variations de vitesses radiales.


Figure 3: Spectres RVS de la binaire spectroscopique HIP 70674 à deux phases de son orbite. Credit: ESA/Gaia/DPAC/CU6 Yassine Damerdji, Observatoire d'Alger/Institut d'Astrophysique et de Géophysique de Liège)& Pasquale Panuzzo, GEPI, CNRS/Observatoire de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les confluents de la Marne et de la Seine en...).

La figure 3 montre les résultats obtenus pour HIP 70674, une binaire spectroscopique de magnitude V=7.99, composée de deux étoiles de magnitudes quasi identiques en orbite l'une autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5...) de l'autre sur une orbite circulaire de période 4 jours. HIP 70674 a été observée avec le RVS en août et décembre 2014, puis en mars 2015. Le graphique du haut montre le spectre de HIP 70674 observé lors de deux transits différents de l'un des CCDs du RVS à deux phases différentes de l'orbite. La courbe (En géométrie, le mot courbe, ou ligne courbe désigne certains sous-ensembles du plan, de l'espace usuels. Par exemple, les droites, les segments, les lignes polygonales et les cercles sont des courbes.) du haut correspond à une différence maximum entre les vitesses radiales des deux composantes. On voit clairement que les raies d'absorption sont dédoublées. La courbe du bas montre le spectre obtenu alors que les vitesses radiales des deux composantes sont presque identiques. Dans ce cas, les raies d'absorption sont superposées.Le graphique du bas montre les vitesses radiales des deux composantes obtenues par le RVS pour 6 transits différents (disques verts pour la composante A, cercles rouges pour la composante B), comparées aux valeurs prédites en fonction de la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) (courbe verte pour la composante A, courbe rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) pour la composante B) à partir du Catalogue SB9. Le très bon accord entre observations Gaia et valeurs prédites par le Catalogue SB9 valide l'algorithme développé dans le cadre de la CU6 et la capacité de détection de binaires spectroscopiques à partir de l'analyse d'un seul transit de l'étoile sur les CCDs du RVS.

Gaia observe aussi de nombreux astéroïdes: 50 000 en 8 mois ont été identifiés à partir de 418 000 observations associées à des astéroïdes.
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