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Gaia crée la plus riche carte d’étoiles de notre Galaxie - et au-delà

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La mission Gaia de l’ESA a produit le catalogue d’étoiles le plus riche à ce jour, comprenant des mesures de haute précision de près de 1,7 milliards d’étoiles et révélant des détails inédits de notre propre galaxie, la Voie Lactée.

Une multitude de découvertes sont à l’horizon après cette sortie tant attendue, basée sur 22 mois de cartographie du ciel.

La carte de Gaia, en couleurs - Credit : ESA/Gaia/DPAC.

Les nouvelles données comprennent les positions, les indicateurs de distance et les mouvements de plus d’un milliard d’étoiles, ainsi que des mesures de haute précision des astéroïdes au sein de notre système solaire, et des étoiles au-delà de notre propre galaxie.

L’analyse préliminaire de ces données phénoménales révèle de petits détails sur la composition de la population stellaire de la Voie lactée et sur la façon dont les étoiles se déplacent, des informations essentielles pour étudier la formation et l’évolution de notre galaxie natale.

Gaia : le recensement galactique prend forme - Crédit : ESA / Gaia/DPAC

« Les observations recueillies par Gaia redéfinissent les fondements de l’astronomie », explique Günther Hasinger, directeur scientifique de l’ESA.

"Gaia est une mission ambitieuse qui s’appuie sur une vaste collaboration humaine pour donner corps à un volume important de données hautement complexes, et cette mission prouve la nécessité de projets à long terme pour garantir les progrès de la science et de la technologie spatiales et mettre en œuvre des missions scientifiques encore plus audacieuses les prochaines décennies. "

Gaia a été lancé en décembre 2013 et a entamé ses activités scientifiques l’année suivante. La première diffusion de données, basée sur un peu plus d’un an d’observations, a été publiée en 2016 ; elle contenait des distances et des mouvements de deux millions d’étoiles.

La nouvelle publication, qui couvre la période du 25 juillet 2014 au 23 mai 2016, fixe les positions de près de 1,7 milliard d’étoiles, et avec une précision beaucoup plus grande.

Pour certaines des étoiles les plus brillantes de la scrutation, le niveau de précision équivaut à des observateurs situés sur Terre qui seraient capables de repérer une pièce de monnaie d’un euro qui se trouverait à la surface de la Lune.

Avec des mesures si précises, il est possible de séparer la parallaxe des étoiles - un déplacement apparent sur le ciel causé par l’orbite annuelle de la Terre autour du Soleil - de leurs véritables mouvements à travers la Galaxie.

Le nouveau catalogue répertorie la parallaxe et la vitesse à travers le ciel, ou le mouvement réel, pour plus de 1,3 milliards d’étoiles. À partir des mesures de parallaxe les plus précises - environ dix pour cent du total - les astronomes peuvent estimer directement les distances aux étoiles individuelles.

"La deuxième publication de Gaia représente un énorme bond en avant par rapport au satellite Hipparcos de l’ESA, prédécesseur de Gaia et première mission spatiale d’astrométrie, qui a recensé quelque 118 000 étoiles il y a près de trente ans", explique Anthony Brown de l’Université de Leiden.

Anthony est le responsable exécutif du consortium de traitement et d’analyse des données Gaia, supervisant la large collaboration d’environ 450 scientifiques et ingénieurs logiciels chargés de produire le catalogue Gaia à partir des données satellitaires.

"Rien que le nombre d’étoiles, avec leurs positions et leurs mouvements, rendrait déjà le nouveau catalogue de Gaia assez étonnant", ajoute Anthony.

"Mais il y a plus : ce catalogue scientifique unique comprend de nombreux autres types de données, avec des informations sur les propriétés des étoiles et d’autres objets célestes, rendant cette édition vraiment exceptionnelle."

Quelque chose d’accessible à chacun

L’ensemble complet des données fournit un large éventail de sujets pour la communauté astronomique.

En plus des positions, les données comprennent des informations sur la luminosité de toutes les étoiles étudiées et des mesures de couleurs de presque leur intégralité, ainsi que des informations sur la façon dont la luminosité et la couleur d’un demi-million d’étoiles variables évoluent avec le temps. Ces données contiennent également les vitesses le long de la ligne de visée d’un sous-ensemble de sept millions d’étoiles, les températures de surface d’une centaine de millions d’autres et l’effet de la poussière interstellaire sur 87 millions d’entre elles.

Gaia observe également des objets dans notre système solaire : la deuxième version de données comprend les positions de plus de 14 000 astéroïdes connus, ce qui permet une détermination précise de leurs orbites. Un échantillon d’astéroïdes beaucoup plus grand sera compilé dans les prochaines versions de Gaia.

En allant un peu plus loin, Gaia s’est attaché à saisir des informations sur plus d’un demi-million de quasars lointains, des galaxies brillantes alimentées par l’activité des trous noirs supermassifs de leurs noyaux. Ces sources sont utilisées pour définir un cadre de référence pour les coordonnées célestes de tous les objets du catalogue Gaia, quelque chose qui est couramment fait dans la gamme des ondes radio mais qui est maintenant disponible pour la première fois aux longueurs d’onde optiques.

Les échelles cosmiques de Gaia - Credit : ESA/Gaia/DPAC

Des découvertes majeures devraient survenir une fois que les scientifiques commenceront à explorer la nouvelle version de Gaia. Un premier examen effectué par le consortium de données pour valider la qualité du catalogue, a déjà dévoilé quelques surprises prometteuses - y compris de nouvelles perspectives sur l’évolution des étoiles.

Archéologie galactique

Selon Antonella Vallenari de l’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) et de l’Observatoire astronomique de Padoue, Italie, vice-présidente du conseil d’administration du consortium de traitement des données, "les nouvelles données de Gaia sont si puissantes que des résultats passionnants nous sautent aux yeux."

Diagramme de Hertzsprung-Russell de Gaia - Credit : ESA/Gaia/DPAC

"Par exemple, nous avons construit le diagramme Hertzsprung-Russell des étoiles le plus détaillé jamais réalisé sur le ciel, et nous pouvons déjà voir quelques tendances intéressantes : nous avons l’impression d’inaugurer une nouvelle ère de l’archéologie galactique".

Nommé ainsi d’après les deux astronomes qui l’ont conçu au début du XXe siècle, le diagramme de Hertzsprung-Russell compare la luminosité intrinsèque des étoiles avec leur couleur et constitue un outil fondamental pour étudier les populations d’étoiles et leur évolution.

Une nouvelle version de ce diagramme, basée sur quatre millions d’étoiles à cinq mille années-lumière du Soleil sélectionnées dans le catalogue Gaia, révèle pour la première fois de nombreux détails fins.

Cela inclut la signature de différents types de naines blanches - les restes morts d’étoiles comme notre Soleil - de sorte qu’une différenciation peut être faite entre ceux avec des noyaux riches en hydrogène et ceux qui sont dominés par l’hélium.

Combiné aux mesures Gaia des vitesses des étoiles, le diagramme permet aux astronomes de distinguer différentes populations d’étoiles d’âges différents situées dans différentes régions de la Voie Lactée, telles que le disque et le halo, et qui se forment de différentes manières.

Un examen plus poussé suggère que les étoiles rapides qui appartiendraient au halo, englobent deux populations stellaires issues de deux scénarios de formation différents, poussant ainsi à des investigations plus détaillées.

"Gaia fera progresser considérablement notre compréhension de l’Univers à toutes les échelles cosmiques", explique Timo Prusti, chercheur au projet Gaia à l’ESA.

"Même dans le voisinage du Soleil, qui est la région que nous pensions comprendre le mieux, Gaia révèle de nouvelles questions très intéressantes."

Notre Galaxie en 3D

Pour un sous-ensemble d’étoiles à quelques milliers d’années-lumière du Soleil, Gaia a mesuré la vitesse dans les trois dimensions, révélant des motifs dans les mouvements des étoiles qui tournent à des vitesses similaires autour de la galaxie.

Des études futures confirmeront si ces motifs sont liés aux perturbations produites par la barre Galactique, une concentration plus dense d’étoiles de forme allongée au centre de la Galaxie, ou par l’architecture en spirale de la Voie Lactée ou par l’interaction avec de plus petites galaxies. qui ont fusionné avec la voie Lactée il y a des milliards d’années.

À la précision qui est celle de Gaïa, il est également possible de voir les mouvements des étoiles à l’intérieur de quelques amas globulaires - d’anciens systèmes d’étoiles reliés par la gravité et trouvés dans le halo de la Voie lactée - et dans nos galaxies voisines, les petits et grands nuages magellaniques.

Les données Gaia ont été utilisées pour identifier les orbites de 75 amas globulaires et de 12 galaxies naines qui gravitent autour de la Voie Lactée, fournissant des informations importantes pour étudier l’évolution passée de notre Galaxie et de son environnement, les forces gravitationnelles en jeu, et la distribution de la matière noire - jusqu’ici non identifiée - dans laquelle baignent les galaxies.

"Gaia est l’astronomie à son meilleur niveau", explique Fred Jansen, directeur de mission Gaia à l’ESA.

"Les scientifiques seront occupés avec ces données pendant de nombreuses années, et attendons-nous à être surpris par l’avalanche de découvertes qui permettront de percer les secrets de notre Galaxie."

Parallaxe et mouvement propre sur le ciel. Cliquez ici pour les détails et de plus larges versions de la vidéo.
Crédit : ESA/Gaia /DPAC


Traduction de l’article : Gaia creates richest star map of our Galaxy – and beyond

Lire également : Présentation du projet Gaia