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Espadon - Narval : le spectropolarimètre stellaire de nouvelle génération

Dossier - Col du Tourmalet et ses environs
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Nous nous arrêterons au col du Tourmalet, sans vélo, avec d’un côté le pic du Midi et de l’autre la réserve naturelle de Néouvielle qui constitueront nos deux ballades dans la région : l’une de nature, l’autre d’histoire et d’astrophysique !

  
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Détection du champ magnétique au coeur du disque d'accrétion d'une protoétoile (d'après des articles du CNRS et de l'INSU).

Le Soleil, les étoiles et les planètes qui les entourent, se forment à partir de l'effondrement d'un nuage de gaz et de poussières cosmiques, effondrement au cours duquel naît un "disque d'accrétion". Les observations indiquent que ces disques émettent souvent des jets de matière, suivant un mécanisme physique qui pourrait avoir un impact important, encore mal connu, dans la formation de l'étoile et des planètes. Les modèles théoriques suggèrent que le champ magnétique joue un rôle primordial dans ce processus.

Schéma de mise en forme du disque d’accrétion

Une équipe de chercheurs français du CNRS : JF Donati et F Paletou du LATT, ainsi que J Bouvier et J Ferreira du LAOG, a observé les régions centrales du disque d'accrétion de la protoétoile FU Orionis, avec le spectropolarimètre ESPaDOnS installé au Télescope Canada-France-Hawaii.

ESPaDOnS est un projet financé dans le cadre d'un partenariat entre la France (CNRS/INSU, Ministère de la Recherche, LATT - Observatoire Midi Pyrénées, Laboratoire d'Etudes Spatiales et d'Instrumentation en Astrophysique - Observatoire de Paris), le Canada (NSERC), le Télescope Canada-France-Hawaii et l'ESA (ESTEC/RSSD).

Camera d’Espadon

Les chercheurs ont pu mettre en évidence, pour la première fois, la présence au coeur du disque d'un fort champ magnétique, compatible avec les modèles. Ces observations font l'objet d'une publication dans Nature du 24/11/2005.

L'hypothèse formulée il y a 200 ans par le mathématicien français Pierre Simon Laplace semble donc se vérifier. Comprendre en détail la physique des disques d'accrétion, c'est dévoiler le secret de la naissance du Soleil.

Laplace

Ce qui n'a pas été prévu par Laplace, ce sont les faisceaux de matière très fins qui semblent s'échapper du centre des disques, dans une direction perpendiculaire à leur plan. Ces jets sont observés aussi bien au voisinage des étoiles en formation que des galaxies actives, et s'étendent sur des distances considérables, atteignant parfois plusieurs années-lumière dans le cas des étoiles en formation. On pense aujourd'hui que c'est grâce à ces jets que le disque parvient à évacuer une grande partie de sa masse et de son moment cinétique, avant de former les planètes. Pour produire de tels jets, les modèles invoquent un champ magnétique, qui jouerait le rôle principal.

Accrétion et éjection

Explication de l'image : Accrétion et éjection (Casse & Keppens 2004). La rotation du disque (au centre de l'image) torsade le champ magnétique (représenté ici en jaune) initialement vertical, ce qui conduit à l'expulsion de matière perpendiculairement au disque (cylindre bleu sur l'image) et à la formation d'un jet collimaté. Ce résultat a été obtenu par simulation numérique.

La technique de spectropolarimétrie consiste à mesurer la polarisation de la lumière émise par un objet astrophysique, et sa variation à travers les raies spectrales de l'objet observé. Cette technique, utilisée couramment en physique solaire est relativement nouvelle dans les autres domaines de l'astrophysique. ESPaDOnS est aujourd'hui l'instrument le plus performant au monde pour ce genre d'étude, et le seul capable de détecter les signaux polarimétriques très faibles émis par les disques d'accrétion.

Télescope Bernard Lyot

Les scientifiques français de l'équipe de Toulouse, se sont forgés une solide place de leader mondial dans le domaine de la spectropolarimétrie stellaire, tant au niveau scientifique que technique. Une copie d'ESPaDOnS, baptisée NARVAL, est installée au Télescope Bernard Lyot du Pic du Midi et utilisée en conjonction avec ESPaDOnS. Un partenariat industriel pour la fabrication de copies supplémentaires pour la Chine et l'Inde est également en cours de négociation.