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Construction de la cartographie 3D la plus détaillée de la Voie lactée : des astronomes belges contribuent à la publication de nouveaux résultats obtenus par Gaia

10 oct 23

Construction de la cartographie 3D la plus détaillée de la Voie lactée : des astronomes belges contribuent à la publication de nouveaux résultats obtenus par Gaia


Bruxelles, le 10 octobre 2023 — Aujourd’hui, l’Agence spatiale européenne (ESA) et les équipes de collaboration Gaia publient de nouvelles données sous la forme de cinq « Focused Product Releases ». Les résultats sont très prometteurs, de telle sorte que ces publications ciblées donnent un bon aperçu de ce que sera la quatrième version du catalogue Gaia (Gaia DR4), attendue pour la fin de l’année 2025.

Vue d’artiste du satellite Gaia avec en arrière-plan la Voie Lactée. Crédits: ESA/ATG medialab – ESO/S. Brunjev.

Vue d’artiste du satellite Gaia avec en arrière-plan la Voie Lactée. Crédits: ESA/ATG medialab – ESO/S. Brunjev.

Le satellite Gaia cartographie le ciel depuis 2014, et sa carte inclut des étoiles un million de fois moins lumineuses que ce que l’on peut voir à l’œil nu. Publiée en juin 2022, la troisième version du catalogue d’étoiles Gaia (Gaia DR3) est le plus complet et le plus détaillé disponible à ce jour. Il constitue une étape importante de la recherche en astronomie. La précision exceptionnelle des distances, des mouvements et des paramètres fondamentaux des étoiles, ainsi que la classification des quasars et l’astrométrie précise des astéroïdes font désormais partie du quotidien et des travaux de recherche de la plupart des astronomes.

L’amas globulaire Omega Centauri est l’une des pièces maîtresses de ces nouvelles données. L’amas contient environ 10 millions d’étoiles rassemblées de façon très compacte dans le ciel, mettant Gaia au défi de les résoudre spatialement. En vue de la publication du catalogue Gaia DR4, diverses techniques sont prévues pour traiter les données dans les régions les plus intéressantes et les plus densément peuplées. Le retraitement des données de l’amas Omega Centauri, avec ces techniques adaptées, a permis d’obtenir l’astrométrie et la photométrie de 526 587 étoiles supplémentaires situées dans son noyau.

Alors que Gaia observe les mêmes étoiles plusieurs fois à des époques différentes, l’ESA n’a publié jusqu’à présent que des mesures moyennées. Cela n’a pas empêché Gaia d’identifier des étoiles variables, mais les caractéristiques telles que leur photométrie instantanée et les vitesses radiales utilisées dans le processus de classification ne sont pas encore publiées. En attendant Gaia DR4, lorsque toutes les observations (mesures instantanées et moyennes) seront disponibles, une publication partielle des séries temporelles des données les plus précises acquises pour 9164 Variables à Longue Période (voir l’image relative aux « variables Mira » ci-dessous) fait partie de ces « Focused Product Releases ». Elle aidera la communauté scientifique à se préparer à la richesse et à l’énorme quantité de données que Gaia fournira en 2025.

Le satellite Gaia de l’ESA a observé de multiples fois le spectre d’un nombre inégalé d’étoiles géantes froides variables nommées « variables Mira ». Les étoiles Mira se dilatent et se contractent régulièrement sur des périodes relativement longues pouvant atteindre une année. Cette vue d’artiste d’une étoile Mira montre comment la vitesse de mouvement de la surface et sa variation dans le temps sont mesurées très précisément par le décalage Doppler des raies sombres détectées dans les spectres Gaia. Une video sur le sujet est également disponible : http://aa.oma.be/GaiaFPR_fr.

Le satellite Gaia de l’ESA a observé de multiples fois le spectre d’un nombre inégalé d’étoiles géantes froides variables nommées « variables Mira ». Les étoiles Mira se dilatent et se contractent régulièrement sur des périodes relativement longues pouvant atteindre une année. Cette vue d’artiste d’une étoile Mira montre comment la vitesse de mouvement de la surface et sa variation dans le temps sont mesurées très précisément par le décalage Doppler des raies sombres détectées dans les spectres Gaia. Une video sur le sujet est également disponible : http://aa.oma.be/GaiaFPR_fr.

L’espace entre les étoiles n’est pas complètement vide. Il est rempli de gaz de faible densité composé d’atomes, d’ions et de molécules, ainsi que de poussières. Cette matière interstellaire absorbe et diffuse la lumière, produisant un rougissement et un affaiblissement continus du flux stellaire. D’autres absorptions plus localisées, appelées bandes interstellaires diffuses, apparaissent également dans les spectres des étoiles. Elles sont dues à l’absorption que l’on pense associée à des molécules très complexes présentes dans le milieu interstellaire dans certaines directions. Ces bandes interstellaires diffuses sont présentes dans la gamme de longueurs d’onde du spectromètre Gaia mesurant les vitesses radiales des étoiles, et sont utilisées pour retracer sa formation dans le disque de la Voie lactée et de ses bras spiraux.

Pour 3 quasars gravitationnellement lentillés (de gauche à droite: H1413+117, J2240+0321 et J1310-1714), les images du haut montrent les positions Gaia DR3 (sans traitement particulier tenant compte de l'environnement du quasar) des mirages gravitationnels superposées aux images obtenues au sol par l'observatoire PanSTARRS. Les images du bas ont été reconstruites numériquement à partir des données issues de la publication ciblée en tenant compte de l'environnement des quasars. Les observations au sol sont souvent un peu floues à cause de la présence de l’atmosphère terrestre. Gâce à la précision exceptionnelle de Gaia, les différentes images qui composent ces mirages gravitationnels sont résolues. Crédits: "Gaia Focused Product Release: A catalogue of sources around quasars to search for strongly lensed quasars" by Gaia Collaboration, A. Krone-Martins , et al. 2023. Plus d’informations sur le même sujet sont disponibles https://www.cosmos.esa.int/web/gaia/fpr-gravitational-lens-search.

Pour 3 quasars gravitationnellement lentillés (de gauche à droite: H1413+117, J2240+0321 et J1310-1714), les images du haut montrent les positions Gaia DR3 (sans traitement particulier tenant compte de l’environnement du quasar) des mirages gravitationnels superposées aux images obtenues au sol par l’observatoire PanSTARRS. Les images du bas ont été reconstruites numériquement à partir des données issues de la publication ciblée en tenant compte de l’environnement des quasars. Les observations au sol sont souvent un peu floues à cause de la présence de l’atmosphère terrestre. Gâce à la précision exceptionnelle de Gaia, les différentes images qui composent ces mirages gravitationnels sont résolues. Crédits: « Gaia Focused Product Release: A catalogue of sources around quasars to search for strongly lensed quasars » by Gaia Collaboration, A. Krone-Martins , et al. 2023. Plus d’informations sur le même sujet sont disponibles https://www.cosmos.esa.int/web/gaia/fpr-gravitational-lens-search.

À la limite de notre univers observable et à l’une des extrémités de son échelle de distance, Gaia détecte des quasars. Dans le ciel, certains quasars peuvent se situer près d’une galaxie de très grande masse. Le trajet de leur lumière est alors courbé par le puits gravitationnel formé par cette galaxie, et tout se passe comme si leur lumière traversait une lentille. Le phénomène de lentille produit un mirage gravitationnel qui peut être utilisé pour estimer directement l’âge et le taux d’expansion de l’Univers. Au cours des derniers mois, les équipes Gaia ont identifié 381 nouveaux candidats de lentilles gravitationnelles.

À l’autre bout de l’échelle de distance, les équipes Gaia ont retravaillé les observations obtenues pour 156 764 astéroïdes. Ils ont utilisé 66 mois de données au lieu des 34 mois disponibles pour la constitution du catalogue Gaia DR3. Ainsi, les observations de la plupart des astéroïdes de la ceinture principale couvrent désormais une révolution complète autour du Soleil, ce qui conduit à une augmentation spectaculaire de la précision des orbites.

L’expertise des astrophysiciens de la KU Leuven, de l’Observatoire royal de Belgique, de l’Université libre de Bruxelles, de l’Universiteit Antwerpen et de l’Université de Liège joue un rôle important dans le traitement et l’analyse des données Gaia en général, et dans la mise en œuvre des produits ciblés (Gaia Focused Product Releases) en particulier. Ils sont soutenus dans leurs efforts par la Politique scientifique fédérale de Belgique (BELSPO) via le programme PRODEX de l’ESA. En plus de fournir de nouvelles données pour compléter la troisième version du catalogue Gaia, les « Gaia Focused Product Releases » sont une preuve d’efficacité des nouvelles fonctionnalités prévues pour la production du catalogue Gaia DR4. Ils offrent une vue d’ensemble nécessaire et utile de toutes les promesses que la quatrième version du catalogue remplira avec deux fois plus de données.

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