GAIA découvre des absorptions de bandes diffuses (DIB), qui permettent de sonder le milieu interstellaire
Publié par Isabelle le 06/02/2015 à 00:00
Source: Observatoire de Paris
Des chercheurs de l'Observatoire de Paris ont mis en évidence pour la première fois dans les spectres de GAIA des absorptions de bandes interstellaires diffuses (DIB). L'intensité de ces bandes, mesurée dans diverses directions de la Voie lactée (La Voie lactée (appelée aussi « notre galaxie », ou parfois simplement « la Galaxie », avec une majuscule) est le nom de la galaxie dans laquelle se situent le...), qui contiennent des étoiles cibles à des distances variées, peut être utilisée pour localiser des nuages denses sur la ligne de visée, et tester leur cinématique (En physique, la cinématique est la discipline de la mécanique qui étudie le mouvement des corps, en faisant abstraction des causes du mouvement (celles-ci sont généralement modélisées par des...). Une équipe internationale comprenant des chercheurs de l'Observatoire de Paris (L'Observatoire de Paris est né du projet, en 1667, de créer un observatoire astronomique équipé de bons instruments permettant d'établir des cartes pour la navigation. Il vient en...) a utilisé le survey spectral GAIA-ESO (GES) en cours sur le VLT de l'ESO au Chili, et notamment les spectres de 225 étoiles pour sonder des lignes de visée entre 2 et 10kpc de long dans la Voie lactée. Ils montrent que l'intensité des DIBs est corrélée avec 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 domaines :), et permet de localiser les bras spiraux, et leur cinématique.

Les galaxies (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la...) ne sont pas seulement composées d'étoiles. Entre les étoiles (et aussi entre les galaxies) se trouve de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide,...), le milieu interstellaire (En astronomie, le milieu interstellaire est le gaz raréfié qui, dans une galaxie, existe entre les étoiles et leur environnement proche. Ce gaz est habituellement extrêmement ténu, avec des densités typiques allant de 10 à 100...) composé de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à...) et de poussières. Ce milieu interstellaire, comme le brouillard (Le brouillard est le phénomène météorologique constitué d’un amas de fines gouttelettes ou de fins cristaux de glace, accompagné de fines particules hygroscopiques saturées d'eau, souvent de taille...) sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par...), absorbe la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet)...) provenant des étoiles: les étoiles vont paraître plus faibles ou plus lointaines qu'elles ne sont en réalité: c'est l'extinction interstellaire. Cet effet est fortement chromatique: la lumière bleue est plus absorbée que la lumière rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) et on parle de rougissement interstellaire: les étoiles apparaissent plus rouges qu'elles ne sont en réalité et il faut corriger cet effet pour déterminer les caractéristiques de leurs atmosphères. Enfin, ces atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner...) ou molécules de gaz ou de poussière produisent des raies, en 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...) ou en émission, dans les spectres des étoiles.


Figure 1
La figure 1 montre des exemples de matière interstellaire absorbant la lumière d'éventuelles étoiles situées plus loin en distance (le cône en bas de la figure) et de matière diffusant la lumière d'étoiles bleues très lumineuses (Cliché ESO).


Figure 2
La figure 2 (© ESA/Gaia/DPAC/CU6/Observatoire de Paris-Meudon/Olivier Marchal, Carine Babusiaux & David Katz) montre les spectres obtenus par le spectrographe de Gaia, le Radial Velocity Spectrometer (RVS), en une seule observation (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 plaisir procuré explique la très...) (il y en aura environ 40 par 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.) au cours de la mission) et sur une seule des trois bandes de CCDs, pour trois étoiles chaudes (températures entre environ 9000 et 20000 K). De nombreuses raies d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) (H), de calcium (Ca), d'hélium (L'hélium est un gaz noble ou gaz rare, pratiquement inerte. De numéro atomique 2, il ouvre la série des gaz nobles dans le tableau périodique des éléments. Son point d'ébullition est le plus...) (He) ou d'azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de numéro atomique 7. Dans le langage courant, l'azote désigne le gaz diatomique diazote N2, constituant majoritaire de l'atmosphère...) (N) y sont bien visibles. Ces raies sont produites dans l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) des étoiles et reflètent la présence et l'abondance de ces éléments dans les atmosphères de ces étoiles supergéantes de types B1,5, A2 et B2. D'autres raies, indiquées par des flèches rouges, sont dues à la présence de matière interstellaire entre les étoiles observées et Gaia. Ces raies sont de la famille des bandes interstellaires diffuses (Diffuse Interstellar Bands, ou DIBs, en anglais), dont on ne sait pas actuellement par quelles molécules elles sont crées. La force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les articles « force...) (profondeur et largeur) de ces raies est corrélée à la quantité de matière (La quantité de matière est une grandeur de comptage d'entités chimiques ou physiques élémentaires. L'unité qui lui correspond est la mole.) interstellaire présente entre les étoiles observées et Gaia. Les spectres sont rangés par ordre d'extinction croissante de haut en bas. L'extinction y est caractérisée par le rougissement produit sur la lumière des étoiles par la traversée du milieu interstellaire: l'excès de couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).), E(B-V), croit de haut en bas, de même que la force des DIBs. Par comparaison la figure 3 montre des spectres obtenus au sol pour des étoiles de plus en plus lointaines: la force des DIBs augmente régulièrement avec la distance des groupes d'étoiles considérées, de moins de 1 kpc en haut à 4-6 kpc en bas (Puspitarini, Lallement, Babusiaux et al 2015).


Figure 3
La combinaison (Une combinaison peut être :) des distances très précises attendues de Gaia et des mesures de l'intensité des raies DIB permettra la construction d'une carte en 3D du milieu interstellaire d'une précision sans précédent. En effet, la force de la DIB dépend de la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de...) de matière interstellaire entre l'étoile et Gaia. La distance de l'étoile donne une borne supérieure à la distance de la matière qui contribue à la raie d'absorption DIB. En combinant les mesures de nombreuses étoiles distribuées à des distances différentes, on peut obtenir, par inversion, la distribution de la matière le long de la ligne de visée (méthode équivalente à la tomographie).

La comparaison avec les estimations de l'extinction obtenues à partir des observations du spectro-photomètre de Gaia permettra non seulement de produire une cartographie (La cartographie désigne la réalisation et l'étude des cartes géographiques. Le principe majeur de la cartographie est la représentation de...) 3D sans précédent du milieu interstellaire galactique, mais aussi d'apporter de nouvelles contraintes sur les porteurs potentiels des DIBs.

Réference

- Puspitarini, L., Lallement, R., Babusiaux, C., Chen, H.-C., Bonifacio, P., Sbordone, L., Caffau, E., Duffau, S., Hill, V., Monreal-Ibero, A., Royer, F., Arenou, F., Peralta, R., Drew, J. E., Bonito, R., Lopez-Santiago, J., Alfaro, E. J., Bensby, T., Bragaglia, A., Flaccomio, E., Lanzafame, A. C., Pancino, E., Recio-Blanco, A., Smiljanic, R., Costado, M.T., Lardo, C., de Laverny, P., Zwitter, T.: 2015, The Gaia-ESO Survey: Extracting diffuse interstellar bands from cool star spectra. DIB-based interstellar medium line-of-sight structures at the kpc scale Astronomy & Astrophysics, 573, A35
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