Image composite de la position et la luminosité de près de 1,7 milliard d’étoiles dans la Voie lactée mesurées avec précision par le satellite Gaia. © ESA, Gaia, DPAC

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Le satellite Gaia nous offre la carte la plus détaillée de la Voie lactée

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Les données se bousculent dans la deuxième édition du catalogue du satellite Gaia. Les astronomes ont les yeux qui brillent de tous ces trésors d'informations sur des centaines de millions d'étoiles, et donc sur notre Galaxie, son histoire, etc. Il y en a pour tout le monde et plein de surprises en perspective !

L'ESA vient de publier le Data Release 2 de son satellite Gaia (lancé en 2013). Ce deuxième catalogue d'objets, fruit d'une collaboration de plusieurs centaines de scientifiques, est d'une richesse considérable, sans commune mesure avec les précédents. Il y a une trentaine d'années, le célèbre Hipparcos, pionnier dans l'astrométrie spatiale de précision, cartographiait 118.000 étoiles. En 2016, dans une première mouture, Gaia nous dévoilait à l'issue de sa première année d'observation, les mouvements et distances de quelque deux millions d'étoiles... Un bel avant-goût, déjà étourdissant et qui bien sûr aiguisait l'appétit de la communauté des astronomes de ce qui allait advenir. Et ça n'a pas manqué...

Deux ans plus tard, le 25 avril 2018 à midi, place à l'opulence... Le catalogue est désormais riche des mesures de 1.692.919.135 étoiles. Sachez qu'il vous faudrait plus de 50 ans pour toutes les compter, à raison d'une par seconde. C'est énorme, n'est-ce pas ? Et cela l'est, face aux premiers relevés dans l'Antiquité (quelques dizaines d'étoiles sur des tablettes babyloniennes) - la cartographie du ciel est une histoire bien ancienne - et même de son vénérable prédécesseur Hipparcos (lancé en 1989) : il y en a plus de 10.000 fois plus ! Et la précision est stupéfiante : 3 à 40 fois supérieure. Pourtant, cela représente moins d'un pour cent de la population totale des étoiles de notre Galaxie, la Voie lactée !

Orbites des astéroïdes cartographiés par Gaia. © ESA, Gaia, DPAC

Gaia gâte tous les astronomes

Toutes ces données compilées par Gaia à l'issue de 22 mois d'observations, entre le 25 juillet 2014 et le 23 mai 2016, ont de quoi régaler et occuper les chercheurs dans de multiples spécialités, et ce, pour plusieurs années. En plus des 1,7 milliard d'étoiles, dont les mesures de positions, luminosité, mouvements sont pour beaucoup d'une précision inégalée, astronomes et astrophysiciens disposent d'une somme colossale de données sur des objets célestes proches ou lointains de notre petite planète. Il y en a en effet pour tout le monde.

Ainsi, pour parler des objets tout proches de nous, Gaia offre-t-elle des mesures très précises sur les positions de 14.000 astéroïdes. Et plus loin, autour et au-delà de notre Galaxie, les mouvements de la moitié des amas globulaires de la Voie lactée - et aussi le déplacement des étoiles en leurs seins -, d'une douzaine de galaxies naines qui flirtent avec la nôtre, et même des milliers de quasars... Bref, c'est inouï ce que Gaia apporte à l'astronomie et l'astrophysique.

Les données précises de Gaia permettent d’explorer en 3D les Hyades, amas ouvert de jeunes étoiles relativement proche du Système solaire et qui compose la tête de la constellation du Taureau. Dans cette animation, on peut voir la distribution des étoiles dans l’amas et leurs mouvements futurs dans la galaxie. © ESA, Gaia, DPAC

Gaia ouvre une nouvelle ère dans l’archéologie galactique

Toutes les données collectées par le satellite, dans leurs diversités, vont donc permettre aux chercheurs de faire de l'archéologie galactique, d'approfondir nos connaissances sur la structure de notre Galaxie, sur ses interactions avec ses voisines, sur l'évolution stellaire : « nous avons construit le diagramme Hertzsprung-Russell le plus détaillé des étoiles jamais réalisé sur le ciel et nous pouvons déjà voir quelques tendances intéressantes, se réjouit Antonella Vallenari de l'Inaf (Istituto Nazionale di Astrofisica) et de l'Observatoire astronomique de Padoue, une des 450 scientifiques et ingénieurs qui ont participé au traitement des données. C'est comme si nous inaugurions une nouvelle ère de l'archéologie galactique ».

Les chercheurs, et on les comprend, ne tarissent pas d'éloges à l'encontre du satellite et de cette impressionnante compilation de données. « Gaia fera progresser considérablement notre compréhension de l'univers à toutes les échelles cosmiques », déclare Timo Prusti, un des chercheurs de la mission. Et son directeur, Fred Jansen ajoute : « Gaia est l'astronomie à son meilleur. Les scientifiques seront occupés avec ces données pendant de nombreuses années, et nous sommes prêts à être surpris par l'avalanche de découvertes qui permettront de percer les secrets de notre Galaxie ». Après des années de patience, les astronomes commencent à récolter les fruits. La récolte, et les suivantes s'annoncent abondantes.

  • L’ESA a publié les données acquises par Gaia entre juillet 2014 et mai 2016. Le volume est considérable.
  • Les astronomes disposent des mesures précises de près de 1,7 milliard d’étoiles. Mais il n’y a pas que cela : Gaia livre aussi des données sur des astéroïdes, galaxies voisines, quasars…
  • Les astronomes en ont pour des années à étudier ce catalogue sans précédent. De nombreuses surprises sont à prévoir dans les domaines de l’archéologie galactique, de l’évolution stellaire, etc.
Pour en savoir plus

Le satellite Gaia nous offre la carte d'un milliard d'étoiles de la Voie lactée

Article du CNRS publié le 14 septembre 2016

Grâce au satellite Gaia, les scientifiques ont catalogué en mille jours les positions de 1,15 milliard d'étoiles. Ce bel instrument a fourni, en prime, la vitesse et la distance par rapport au Soleil pour deux millions d'entre elles. L'ESA et le consortium de chercheurs et techniciens européens DPAC rendent publics les premiers résultats de cette mission. Rien de moins que la cartographie du ciel la plus précise et détaillée jamais réalisée.

Le satellite Gaia, lancé le 19 décembre 2013, tourne sur lui-même et autour du Soleil (avec la Terre, au point de Lagrange L2), tout en scrutant l'espace avec ses deux télescopes. Équipé de 106 capteurs qui forment l'équivalent d'un appareil photo d'une résolution d’un milliard de pixels, il observe ainsi quotidiennement 50 millions d'étoiles, avec dix mesures à chaque passage, ce qui représente une masse de 500 millions d'éléments chaque jour.

Cette quantité énorme de données a permis la présentation, le 14 septembre 2016, d'un catalogue des positions dans le ciel avec une précision qui va de 0,5 à 15 millièmes de seconde de degré de 1,142 milliard d'étoiles. À qu'un millième de seconde de degré correspond à l'angle sous lequel on verrait une pièce de 1 euro située à 4.000 km...

Les petits points blancs disséminés un peu partout sur la carte correspondent à des sources connues, des galaxies, des amas globulaires et des amas galactiques dont le nom le plus commun est indiqué au-dessus ou à côté de la source. Les deux galaxies très étendues dans l’hémisphère sud sont les Nuages de Magellan. Dans un petit point comme Messier 5 au milieu de la carte, Gaia a détecté plusieurs milliers d’étoiles. © ESA, Gaia, DPAC

Mieux comprendre l'histoire des étoiles de notre Voie lactée

Pourvu de 200 millions d'étoiles de plus qu'initialement prévu, ce catalogue va permettre aux chercheurs d'établir de précieuses statistiques sur les différents types d'astres qui seraient inexploitables sans un inventaire aussi vaste.

« Gaia est à la pointe de l'astrométrie, cartographiant le ciel avec une précision qui n'a jamais été atteinte auparavant » a souligné Alvaro Giménez, directeur scientifique à l'Esa.

Pour reprendre l'image de Jean-Pierre Luminet au sujet de cette ambitieuse mission, on peut comparer notre Galaxie, la Voie lactée, à une forêt, sauf qu'« au lieu d'avoir des arbres vous avez des étoiles ». Le botaniste qui les observe « va reconstituer l'histoire individuelle des arbres, puis l'histoire de l'ensemble de la forêt grâce à cet échantillon significatif des arbres à tous les degrés de leurs existences ». Tel est le travail de Gaia.

Animation montrant comment opère le satellite Gaia pour scanner la voûte céleste. © ESA

Un œil nouveau sur de lointaines étoiles en train de s'échapper

Dans cet échantillon, on y retrouve des données pour 250.000 quasars et 3.194 étoiles variables de type Céphéides et RR Lyrae, dont la plupart sont dans la galaxie naine voisine du Grand Nuage de Magellan. Pour ces étoiles, dont la luminosité varie et qui sont précieuses pour déterminer des distances cosmiques, la mission Gaia a livré leurs courbes de luminosité à dessein de mieux comprendre les phénomènes physiques qui les régissent.

« Ceci n'est que le début : nous avons mesuré la distance au Grand Nuage de Magellan pour tester la qualité des données et nous avons eu un avant-goût des améliorations spectaculaires que Gaia va bientôt apporter quant à notre compréhension des distances cosmiques », assure Gisella Clementini, de l'Istituto Nazionale di Astrofisica et de l'Observatoire astronomique de Bologne.

Les positions de deux millions d'étoiles ont également été combinées aux mesures effectuées il y a 23 ans par le satellite Hipparcos (ESA). La différence a permis de calculer la vitesse et la distance de ces astres par rapport à notre Système solaire. Ajoutons que les chercheurs du consortium se sont intéressés à plusieurs groupes d'étoiles jeunes de la Voie lactée afin d'évaluer les améliorations de la mission.

« Avec Hipparcos, nous ne pouvions analyser que la structure 3D et la dynamique des étoiles dans les Hyades, l'amas ouvert le plus proche du Soleil [les étoiles les plus brillantes de l'amas composent la tête du Taureau, NDLR], et mesurer les distances pour environ 80 essaims jusqu'à 1.600 années-lumière de nous, commente Antonella Vallenari de l'INAF (Istituto Nazionale di Astrofisica) et de l'Observatoire astronomique de Padoue. Mais avec les premières données de Gaia, il est maintenant possible de mesurer les distances et les mouvements des étoiles d'environ 400 groupes jusqu'à 4.800 années-lumière. Pour les 14 amas ouverts les plus prochesles nouvelles données révèlent de nombreuses étoiles étonnamment éloignées du centre de la grappe-parent, probablement en train de s'échapper pour aller peupler d'autres régions de la Galaxie. »

Reportage sur la mission Gaia. © ESA

Une vaste collaboration de 450 chercheurs, ingénieurs et informaticiens européens

La moisson des données utilisées dans ce catalogue s'est arrêtée en septembre 2015 mais, comme Gaia continue toujours d'en amasser, les chercheurs comptent comparer de la même manière les futures positions des étoiles à celles présentées ici. Ils devraient ainsi obtenir, vers fin 2017, la vitesse et la distance de ce milliard d'étoiles (représentant 1 % de la population galactique).

Les organismes français — principalement le CNRS, l'Observatoire de Paris, l'Observatoire de la Côte d'Azur avec la participation majeure du Cnes — jouent un rôle de premier plan dans cette mission et sont représentés par une centaine de chercheurs, ingénieurs et techniciens au sein du DPAC (Data Processing and Analysis Consortium) qui en compte au total 450, issus de 25 pays européens.

Ils participent aux nombreuses missions indispensables au succès de la mission : organisation des observations au sol nécessaires pour le traitement des données, fourniture des éphémérides du Système solaire, observation quotidienne du satellite Gaia lui-même par des moyens optiques (afin de connaître sa position et sa vitesse avec une précision extrême), validation des traitements des données, etc.

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