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Le satellite Gaia envoie sa première carte postale du ciel

La plus grande carte du ciel vient d'être livrée par le satellite Gaia. Elle compte plus d'un milliard d'étoiles. Caroline Soubiran, astrophysicienne au Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux qui participe à la mission, nous aide à la décrypter.

 

Carte postale de Gaia

Le premier catalogue d'étoiles réalisé grâce aux mesures du satellite Gaia, a été publiée il y a quelques jours, en septembre 2016. La position et la magnitude de 1,15 milliards d’étoiles ont été mesurées avec une extrême précision. « On voit en détail le plan galactique avec les zones de poussière qui assombrissent les étoiles ou encore les structures du grand nuage de Magellan », se réjouit Caroline Soubiran. La chercheuse du Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux (LAB) participe à la mission coordonnée par l’Agence spatiale européenne, comme 450 autres scientifiques européens. « C’est d’ores et déjà la plus grande carte du ciel jamais réalisée. Elle est vingt fois plus grande et trois fois plus précise que celle d’Hipparcos », résume-t-elle.

Le catalogue des étoiles définitif est prévu pour 2022. « On savait que ce serait assez démotivant de ne rien avoir à se mettre sous la dent pendant tout ce temps. Il a donc été décidé de produire des catalogues de données intermédiaires pour que les spécialistes fassent petit à petit de la science avec. » D’autres catalogues seront ainsi publiés chaque année jusqu’en 2019.  

Bonne nouvelle, le satellite a fourni certaines informations en avance par rapport à ce qui était prévu initialement. En effet, Gaia n’avait pas assez de temps en 14 mois pour distinguer l’ellipse parallactique de l’étoile de son mouvement propre (voir encadré ci-dessous). « Certains chercheurs ont eu l’ingénieuse idée combiner les positions mesurées par Gaia avec celles mesurées dans les années 1990 à bord du satellite Hipparcos et publiées dans le grand catalogue astrométrique, Tycho-2. » Résultat, le mouvement propre des deux millions d’étoiles communes a été déterminé, rendant possible la mesure de leur parallaxe.

 

Résoudre les problèmes techniques à distance

Pourtant le satellite a provoqué quelques frayeurs au consortium pendant les phases de test dans les premiers mois après le lancement. « De la vapeur d’eau s’était déposée sur les miroirs, donc on perdait en sensibilité », se souvient Caroline Soubiran. La parade : faire chauffer les miroirs. « La vapeur d’eau s’est évaporée, puis revenue en moindre quantité. » Après trois opérations de chauffage, l’humidité semble s’être dissipée pour de bon.

L’équipe a également constaté que le satellite captait plus de lumière parasite que prévu. « La lumière diffuse du fond de ciel avait été sous-estimée, mais aussi la lumière du soleil qui se répercute sur les miroirs via de petites irrégularités sur les boucliers thermiques. » Cette lumière parasite, impossible à éviter, gène les calculs de la spectroscopie pour les objets les plus faiblement lumineux, à cause du manque de contraste. 

Enfin, dernier souci, l’angle de base entre les deux miroirs primaires est moins stable que prévu. « Normalement, les deux miroirs primaires sont séparés d’un angle de base de 106,5°, mais cet angle varie plus que ce qu’il devrait », précise la chercheuse. Ce léger mouvement étant très régulier, les chercheurs l’ont modélisé et ont rectifié leurs logiciels pour intégrer ce décalage périodique. 

Des observations au sol

De son côté, le Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux participe à un programme d’observation au sol. Le but : définir une liste d’étoiles suffisamment stables en vitesse radiale pour servir de référence à l’instrument spectroscopique à bord de Gaia, le RVS. « Nous avions déjà 1400 étoiles, mais en 2013, on s’est aperçu qu’il en faudrait plus. » Après une recherche dans les archives de nouvelles étoiles stables, la phase d’observation de 1000 étoiles supplémentaires à l’observatoire de Haute Provence a commencé en septembre 2015.

Cependant, il faut parfois batailler pour avoir accès au télescope, en justifiant l’importance des observations auprès d’un comité spécial. « Nous sommes en concurrence avec d’autres équipes qui font des recherches tout aussi intéressantes, en particulier les recherches de planètes extrasolaires, et qui elles aussi ont besoin de temps de télescope », explique Caroline Soubiran.

En pratique, un membre du LAB vient de temps en temps faire des observations du ciel pendant une, deux ou trois nuits d’affilée. Il communique les coordonnées de chaque étoile au technicien, qui pointe le télescope dans la bonne direction. S’en suit tout un processus d’acquisition du spectre, d’analyse en ligne, et le résultat final apparaît immédiatement.

Distinguer l’ellipse parallactique de l’étoile de son mouvement propre

La vitesse radiale d'une étoile n'est autre que sa vitesse d’éloignement ou de rapprochement par rapport au point d’observation. Son mouvement propre correspond à son déplacement sur la sphère céleste (dû à sa vitesse par rapport l’observateur). Mais la Terre n'étant pas un point d'observation fixe, les étoiles semblent décrire une ellispe sur la voûte céleste, correspondant à l'ellispse de la planète autour du Soleil. Grâce à cette ellipse parallactique et la mesure de la parallaxe, on peut calculer la distance précise de l'étoile. Toutes ces données permettent de réaliser une carte du ciel dynamique et en 3D. Le satellite Gaia va aussi déduire les propriétés physiques de millions d’étoiles, comme leur température et leur composition chimique.

 

 

Crédits Image : CENTRA, Université de Lisbonne, DPAC.