Lancées en 1977, les sondes Voyager 1 et 2 de la NASA sortent du Système solaire et pénètrent dans le gaz ambiant de notre galaxie. À plus de quinze milliards de kilomètres de la Terre, elles continuent de transmettre des données inédites. Une équipe internationale, dirigée par Rosine Lallement de l'Observatoire de Paris, et incluant des chercheurs du CNRS et de l'Institut Pierre-Simon Laplace, obtient ainsi un résultat de premier plan: la détection de l'émission ultraviolette des atomes d'hydrogène de la Galaxie. Cette découverte a été publiée en ligne le 1er décembre par la revue Science.
Les sondes Voyager 1 et 2 sortent petit à petit du Système solaire, l'héliosphère (à gauche) où s'exerce l'influence du Soleil, pour entrer dans les abords du milieu interstellaire de la Galaxie. Elles perçoivent maintenant l'émission ultraviolette en provenance des régions de formation d'étoiles (à droite) dans la Galaxie.
(Observatoire de Paris / CNRS / GEPI / Science)
Une équipe internationale dirigée par Rosine Lallement (médaille d'argent CNRS 2004) du Laboratoire Galaxies, Étoiles, Physique et Instrumentation - GEPI de l'Observatoire de Paris, et incluant des chercheurs du CNRS et du Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales LATMOS de l'Institut Pierre Simon Laplace IPSL annonce la première détection dans notre galaxie de l'émission ultraviolette des atomes d'hydrogène, constituant essentiel de la matière interstellaire. Grâce à une analyse raffinée des observations des sondes spatiales Voyager 1 et 2 qui s'échappent du Système solaire, les chercheurs ont mis en évidence ce rayonnement dans la direction de la Voie lactée et de ses jeunes étoiles chaudes. Il s'agirait de la fameuse émission, tant recherchée et jusqu'ici introuvable. Son étude détaillée va maintenant permettre de mieux comprendre le comportement des galaxies lointaines.
L'émission Lyman alpha, du nom du physicien américain Theodore Lyman qui l'a découverte et étudiée de 1906 à 1914, est la signature principale des atomes d'hydrogène dans l'Univers. Elle se produit à 121,6 nanomètres de longueur d'onde, dans l'ultraviolet. C'est l'équivalent, avec un autre atome émetteur, de la couleur jaune-orangée des lampes à vapeur de sodium qui illuminent nos autoroutes et cités urbaines. Mais comme sa longueur d'onde se situe dans l'ultraviolet lointain, l'atmosphère de la Terre y est totalement opaque. On ne peut percevoir cette émission caractéristique que depuis l'espace. Jusqu'à présent, on n'avait pas encore pu détecter l'émission Lyman alpha associée à la Galaxie: elle est complètement masquée par une émission intense dont la source est le Soleil. Notre étoile produit une profusion de photons ultraviolets, qui sont absorbés et rediffusés par les atomes d'hydrogène interstellaire qui proviennent de la Galaxie et coulent en permanence à l'intérieur du Système solaire. Les deux vaillantes sondes Voyager 1 et 2 s'éloignent de plus en plus du Soleil. Vue des sondes, dont les distances à notre étoile sont passées de 6 à 13 milliards de kilomètres (40 à 90 Unités Astronomiques, distance moyenne Soleil-Terre), la lueur Lyman alpha est devenue vingt fois moins intense que près de l'orbite de la Terre. L'équipe de Rosine Lallement a comparé la lumière ultraviolette résiduelle captée par les sondes Voyager à un modèle théorique de la lueur interplanétaire en fonction de la direction sur le ciel. Elle a ainsi mis en évidence un petit excès de rayonnement d'environ 10% dans la direction de la Voie lactée et de ses jeunes étoiles chaudes émettrices d'un rayonnement«rouge» caractéristique, H alpha à 656,3 nanomètres de longueur d'onde. C'est le fameux rayonnement Lyman alpha recherché.
En perspective se profile la possibilité de comparer l'émission de notre galaxie à une modélisation complète. On connait bien les sources locales, (étoiles jeunes et chaudes), et le contenu en gaz et poussières de notre galaxie. Il sera donc possible de tester localement les modèles développés pour interpréter le rayonnement Lyman alpha des galaxies de l'Univers primordial et le traduire en taux de formation stellaire. Pour ces galaxies, c'est souvent la seule raie observable, mais la façon dont les photons se propagent est extrêmement complexe, et par conséquent le lien entre l'émission et le taux de formation d'étoiles l'est également.
Cependant, les sondes Voyager ne pourront pas obtenir une cartographie complète de l'émission ultraviolette de la Galaxie. Leur générateur nucléaire d'électricité vieillit, et produit de moins en moins d'énergie. Ceci a conduit à l'arrêt de la plateforme de pointage, puis à l'arrêt du spectromètre ultraviolet qui faisait les mesures. Il faudra une mission spatiale dédiée pour obtenir une cartographie plus complète de l'émission Lyman alpha de notre galaxie.
Référence
Voyager Measurements of Hydrogen Lyman-a Diffuse Emission from the Milky Way, à paraître en ligne le 1er décembre 2011 sur Science ExpressRosine Lallement, Eric Quémerais, Jean-Loup Bertaux Bill R. Sandel, Vlad Izmodenov
