BOITES A BIJOUX

Ouverture d’une Boite à Bijoux cosmique colorée
29 octobre 2009

La combinaison d’images prises par trois télescopes exceptionnels - le très grand télescope de l’ESO au Cerro Paranal, le télescope MGP/ESO de 2,2 mètres de diamètre à l’Observatoire de La Silla de l’ESO et le télescope spatial NASA/ESA Hubble – a permis de révéler pleinement le magnifique amas d’étoiles de la Boîte à Bijoux

Les amas d’étoiles font partie des objets célestes les plus séduisants à regarder et les plus fascinants d’un point de vue astrophysique. L’un des plus spectaculaires se blottit profondément dans le ciel austral, dans la constellation de la Croix du Sud.

L’amas de Kappa Crucis aussi connu sous le nom de NGC 4755 ou simplement "la Boîte à Bijoux" est juste assez brillant pour être vu à l'œil nu. Son surnom lui a été donné par l'astronome anglais John Herschel dans les années 1830 car les saisissants contrastes des couleurs bleu pâle et orange de ses étoiles, observées avec un télescope, lui ont rappelé un bijou exotique.

Les amas ouverts [1] comme NGC 4755 sont généralement composés de quelques étoiles à plusieurs milliers qui sont légèrement maintenues ensemble par la gravité. Les étoiles s’étant toutes formées ensemble à partir du même nuage de gaz et de poussière, leur âge et leur composition chimique sont similaires ce qui en fait des laboratoires idéaux pour étudier la manière dont se développent les étoiles.

L’emplacement de cet amas parmi le riche champ d’étoiles et les nuages de poussière de la partie Sud de la Voie Lactée est ici montré dans le très grand champ obtenu à partir des données du Digitized Sky Survey 2. Cette image comprend également une des étoiles de la Croix du Sud qui fait aussi partie du gigantesque nuage sombre de la Nébuleuse du Sac à Charbon [2].

Une nouvelle image prise par la caméra grand champ WFI (Wide Field Imager) du télescope de 2,2 mètres de diamètre de l’Observatoire de La Silla de l’ESO au Chili montre cet amas et ses riches alentours dans toute leur splendeur multicolore. Le grand champ de la caméra WFI montre un grand nombre d’étoiles qui se trouvent pour beaucoup derrière les nuages de poussière de la Voie Lactée et apparaissent donc rouges [3].

L’instrument FORS1 du très grand télescope de l’ESO (le VLT), permet de regarder l’amas de plus près. Le très grand miroir du télescope et l’excellente qualité de l’image ont permis d’obtenir une toute nouvelle et très nette photo malgré un temps de pose total d'à peine 5 secondes. Cette nouvelle image est une des meilleures images de cet amas jamais réalisées depuis le sol.

La Boîte à Bijoux apparaît certes très colorée sur les images prises depuis la Terre, mais en observant depuis l’espace, le télescope spatial Hubble (NASA/ESA) a pu saisir la lumière des plus courtes longueurs d’onde, invisibles pour les télescopes au sol. Cette nouvelle image du cœur de l’amas prise par Hubble représente la première image complète, de l’ultraviolet lointain au proche infrarouge, d’un amas ouvert. Cette vue a été réalisée à partir d’images prises avec sept filtres, permettant de distinguer des détails encore jamais vus. Elle a été prise dans les derniers jours de la longue vie de la Wide Field Planetary Camera 2 – la caméra multitâche de Hubble jusqu’à la dernière mission d’entretien à l’occasion de laquelle elle a été retirée et rapportée sur Terre. Plusieurs étoiles super-géantes bleues pâle très brillantes, un rubis super-géant solitaire et une variété d’autres étoiles aux couleurs éclatantes sont visibles sur l’image d’Hubble, tout comme de nombreuses autres moins lumineuses. Les couleurs intrigantes de nombreuses étoiles viennent de leur différence d’intensité à différentes longueurs d’onde dans l’ultraviolet.

La très grande variété de luminosité des étoiles dans l’amas est due au fait que les étoiles les plus brillantes ont une masse comprise entre 15 et 20 masses solaire, alors que les moins brillantes ont une masse inférieure à la moitié de celle du Soleil. Les étoiles les plus massives brillent de manière plus éclatante. Elles vieillissent aussi plus rapidement et évoluent en étoiles géantes beaucoup plus rapidement que leurs sœurs moins brillantes et moins massives.

L’amas de la Boîte à Bijoux se trouve à environ 6400 années-lumière de la Terre et est âgé approximativement de 16 millions d’années.

SQUELETTE COSMIQUE

Un nouvel éclairage sur le squelette cosmique
3 novembre 2009

Des astronomes ont découvert un gigantesque regroupement de galaxies inconnu jusqu’alors, situé à pratiquement sept milliards d’années-lumière de la Terre. Cette découverte, rendue possible grâce à l’utilisation de deux des plus puissants télescopes au sol de la planète, est la première observation d’une telle structure galactique proéminente dans l’Univers lointain, fournissant des informations complémentaires sur la toile cosmique et sur la manière dont elle s’est formée.

« La matière n’est pas distribuée de manière uniforme dans l’Univers » explique Masayuki Tanaka scientifique à l’ESO et pilote de cette nouvelle étude. « Dans notre voisinage cosmique, les étoiles forment des galaxies qui se regroupent généralement en groupes et amas de galaxies. La théorie cosmologique la plus largement acceptée prédit qu’à plus grande échelle la matière se regroupe également dans ce que nous appelons la toile cosmique, dans laquelle les galaxies, imbriquées dans des filaments s’étirant entre des zones vides, créent une gigantesque structure fine ».

Ces filaments s’étendent sur des millions d’années-lumière et constituent le squelette de l’Univers : les galaxies se rassemblent autour d’eux et d’immenses amas de galaxies se forment à leurs intersections, se cachant telles des araignées géantes attendant d’absorber plus de matière. Les scientifiques tentent de comprendre avec acharnement comment ces filaments évoluent au cours du temps. Bien que des structures massives de filaments aient été souvent observées à des distances relativement peu éloignées de la Terre, des preuves solides de leur existence dans l’Univers plus lointain n’avaient jamais été apportées jusqu’à maintenant.

Masayuki Tanaka et son équipe ont découvert une grande structure autour d’un amas de galaxies lointain sur des images qu’ils ont obtenues précédemment. Ils ont donc utilisé deux grands télescopes terrestres pour étudier cette structure en détail et en ont réalisé une image tridimensionnelle en mesurant les distances de toutes ses galaxies. Ces observations spectroscopiques ont été réalisées avec l’instrument VIMOS sur le très grand télescope de l’ESO (le VLT) et l’instrument FOCAS sur le télescope Subaru, exploité par l’Observatoire Astronomique National du Japon.

Grâce à ce programme ainsi qu’à d’autres observations, ils ont été capables de réaliser une véritable étude démographique de cette structure et ont identifié plusieurs groupes de galaxies autour du principal amas de galaxies. Ils ont pu distinguer des dizaines de groupes de ce genre, chacun globalement dix fois plus massif que notre Voie Lactée - certains même mille fois plus massifs – alors qu’ils estiment que la masse de l’amas s’élève au moins à dix mille fois la masse de la Voie Lactée. Certains des groupes ressentent la fatale attraction gravitationnelle de l’amas et pourraient bien tomber dedans.

« C’est la première fois que nous avons observé une telle structure riche et proéminente dans l’Univers lointain, » précise Masayuki Tanaka. « Nous pouvons maintenant passer de la démographie à la sociologie et étudier comment les propriétés des galaxies dépendent de leur environnement, à une époque où l’Univers n’avait que les deux tiers de son âge actuel ».

Le filament est situé à environ 6,7 milliards d’années-lumière de la Terre et s’étend sur au moins 60 millions d’années-lumière. Cette structure qui vient d’être découverte s’étend très certainement plus loin, au-delà du champ exploré par cette équipe. Aussi, de prochaines observations ont d’ores et déjà été programmées afin d’obtenir une mesure précise de sa taille.

EXOPLANETES

Les exoplanètes percent le mystère de la curieuse chimie du Soleil
11 novembre 2009

Une étude révolutionnaire portant sur 500 étoiles, parmi lesquelles 70 sont entourées de planètes, a permis de révéler le lien entre le « mystère du Lithium » observé depuis longtemps dans le Soleil et la présence de planètes. En utilisant HARPS, le très fameux spectrographe de l’ESO, une équipe d’astronomes a mis en évidence que les étoiles semblables au Soleil hébergeant des planètes ont détruit leur lithium beaucoup plus efficacement que les étoiles sans planètes. Cette découverte n’apporte pas seulement un éclairage sur le manque de lithium de notre étoile, elle offre également aux astronomes une méthode très efficace pour découvrir des étoiles avec des systèmes planétaires.

« Nous essayons depuis près de dix ans de comprendre ce qui distingue les étoiles avec des systèmes planétaires des autres étoiles », explique Garik Israelian, premier auteur de l’article publié cette semaine dans la revue Nature. « Nous venons de découvrir que la quantité de lithium dans les étoiles semblables au Soleil dépend de la présence, ou non, de planètes. »

Le faible taux de cet élément chimique dans le Soleil en comparaison à celui des étoiles similaires a été constaté depuis plusieurs décennies et les astronomes étaient incapables d’expliquer cette anomalie. La découverte d’une tendance parmi des « étoiles à planètes » offre une explication naturelle à ce mystère de longue date. « Pour nous, l’explication de ce « puzzle » non résolu depuis 60 ans est assez simple. » ajoute Garik Israelian. « Le Soleil manque de lithium car il héberge des planètes. »

Cette conclusion est basée sur l’analyse de 500 étoiles parmi lesquelles 70 hébergent des planètes. La plupart de ces étoiles a été observée pendant plusieurs années avec le « High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher » de l’ESO. Ce spectrographe, mieux connu sous le nom de HARPS, installé au foyer du télescope de 3,6 mètres de l’ESO, est le meilleur chasseur de planètes au monde. « C’est le meilleur échantillon disponible jusqu’à présent permettant de comprendre pourquoi les « étoiles à planètes » sont uniques » précise Michel Mayor, un des coauteurs de l’article.

Les membres de cette équipe ont plus particulièrement observé des étoiles semblables au Soleil, ce qui représente pratiquement un quart de l’échantillon. Ils ont constaté que la quantité de lithium de la majorité des « étoiles à planètes » ne dépassait pas 1% de la quantité observée dans les autres étoiles. « Comme dans le cas de notre Soleil, ces étoiles ont été très efficaces pour détruire le lithium dont elles ont hérité à la naissance » déclare Nuno Santos, un des membres de l’équipe. «  En utilisant notre seul grand échantillon, nous pouvons aussi prouver que la raison de cette réduction de lithium n’est due à aucune autre caractéristique de l’étoile comme par exemple son âge.

Contrairement à la plupart des éléments plus légers que le fer, les noyaux légers du lithium, du béryllium et du bore ne sont pas produits en quantité importante dans les étoiles. En revanche, les astronomes pensent que le lithium, composé de simplement trois protons et de quatre neutrons, a été principalement produit juste après le Big Bang, il y a 13,7 milliards d’années. Les étoiles, dans leur majorité, devraient ainsi avoir la même quantité de lithium, à moins que cet élément ait été détruit à l’intérieur même de l’étoile.

Ce résultat révèle également aux astronomes une nouvelle et efficace méthode pour chercher des systèmes planétaires : en vérifiant la quantité de lithium d’une étoile, les astronomes pourront décider si elle est digne de faire l’objet d’une observation approfondie.

Maintenant que le lien entre la présence de planètes et le taux étonnamment faible de lithium a été établi, les astronomes vont tenter de comprendre les mécanismes physiques mis en cause dans ce processus. «  Une planète peut perturber les mouvements internes de matière de son étoile de plusieurs manières et ainsi modifier la distribution des différents éléments chimiques et probablement causer la destruction du lithium.  C’est maintenant aux théoriciens de découvrir quel est le scénario le plus probable », conclut Michel Mayor.

ETOILE VAMPIRE

Le tic-tac d’une bombe à retardement stellaire détecté
Des astronomes ont trouvé un premier suspect pour une supernova de Type Ia
17 novembre 2009

En utilisant le très grand télescope de l’ESO (le VLT) et sa capacité à obtenir des images aussi précises que si elles étaient prises depuis l’espace, des astronomes ont réalisé le premier film accéléré d’une enveloppe plutôt peu ordinaire éjectée par une « étoile vampire » qui, en novembre 2000 est entrée en éruption après avoir dévoré une partie de la matière de son compagnon. Les astronomes ont ainsi pu déterminer la distance et la luminosité intrinsèque de l’objet en éruption. Il apparaît que ce système d’étoiles double est le premier candidat à être l’un des « géniteurs », longtemps recherchés, de ces étoiles qui explosent et que l’on appelle des supernovae de Type Ia, essentielles pour étudier l’énergie noire.

« Un des plus importants problèmes de l’astronomie moderne est le fait que nous ne sachions toujours pas quelles sortes de systèmes stellaires donneront, en explosant, des supernovae de type Ia » déclare Patrick Woudt de l’Université de Cape Town et premier auteur de l’article présentant ces résultats. « Comme ce type de supernovae joue un rôle crucial pour montrer que l’expansion de l’Univers est actuellement en accélération, poussée par une mystérieuse énergie noire, c’est relativement embarrassant ».

Les astronomes ont étudié de manière très détaillée l’objet appelé V445 dans la constellation de la Poupe (Puppis). V445 Puppis est la première nova et jusque là la seule, à ne montrer aucune trace d’hydrogène. Elle fournit le premier témoignage d’une éruption à la surface d’une naine blanche dominée par l’hélium. « C’est essentiel, étant donné que nous savons que les supernovae de type Ia n’ont pas d’hydrogène, » précise Dany Steeghs, de l’Université de Warwick, au Royaume Uni, un des auteurs de l’article, « et le compagnon stellaire, dans le système V455 Pup, est en parfaite adéquation car il ne présente également aucune trace d’hydrogène et, à la place, déverse principalement de hélium sur la naine blanche. »

En novembre 2000, ce système est devenu une nova en éruption, devenant 250 fois plus lumineux qu’auparavant et éjectant une grande quantité de matière dans l’espace.

Cette équipe d’astronomes a utilisé l’instrument d’optique adaptative NACO du très grand télescope (le VLT) de l’ESO pour obtenir des images très précises de V445 Puppis, sur une durée s’étalant sur deux ans. Les images montrent une enveloppe bipolaire, avec une ceinture très étroite au centre et deux lobes de chaque côté. Deux nœuds sont également visibles à chaque extrémité de l’enveloppe. Ils semblent se déplacer à environ 30 millions de kilomètres par heure. L’enveloppe, contrairement à tout ce qui a été observé précédemment pour une nova, est elle-même en mouvement à environ 24 millions de kilomètres par heure. Un épais disque de poussière, qui a du être produit lors de la dernière éruption, obscurcit les deux étoiles centrales.

« Si l’on peut voir des détails aussi incroyables que cela à une si petite échelle – environ cent milliarcsecondes, ce qui correspond à la taille apparente d’une pièce de un euro vue à environ quarante kilomètres- c’est uniquement grâce à la technologie de l’optique adaptative disponible sur les télescopes au sol comme le VLT de l’ESO,» dit Dany Steeghs.

Une supernova est une des façons pour une étoile de terminer sa vie, en explosant dans un déploiement de magnifiques feux d’artifice. Une famille de supernovae, appelée les supernovae de type Ia, présente un intérêt tout particulier en cosmologie car elles peuvent être utilisées comme des « chandelles standards » pour mesurer les distances dans l’Univers ainsi que pour évaluer l’accélération de l’expansion de l’univers générée par l’énergie noire.

Une caractéristique déterminante des supernovae de Type Ia est de ne pas avoir d’hydrogène dans leur spectre. Toutefois, l’hydrogène est l’élément chimique le plus répandu dans l’Univers. De telles supernovae se produisent généralement dans des systèmes composés de deux étoiles, une des deux étant le stade final de la vie d’une étoile semblable au Soleil, ou encore une naine blanche . Quand de telles naines blanches agissent comme des « vampires stellaires », suçant la matière de leur compagnon et devenant plus lourde qu’une certaine limite, elles deviennent instables et explosent .

Le processus de formation n’est pas simple. Alors que la naine blanche cannibalise sa proie, la matière s’accumule à sa surface. Si cette couche devient trop dense, elle devient instable et explose en nova. Ces minis-explosions contrôlées ré-éjectent dans l’espace une partie de la matière accumulée. La question cruciale est donc de savoir si la naine blanche peut arriver à grossir malgré l’éruption et, si elle conserve une partie de la matière prise à son compagnon, si elle pourra alors finalement devenir suffisamment lourde pour exploser en supernova.

En combinant les images de l’instrument NACO, avec les données obtenues avec plusieurs télescopes , les astronomes ont pu déterminer la distance du système, soit à environ 25 000 années-lumière du Soleil – et sa luminosité intrinsèque – plus de 10 000 fois celle du Soleil. Ceci implique que la naine blanche « vampire » de ce système a une masse importante, proche de sa limite fatale et qu’elle continue simultanément à se nourrir de son compagnon à un rythme important. « Il est encore difficile de savoir si V445 Puppis va finalement exploser en supernova, ou si l’actuelle nova en éruption a anticipé cette situation en éjectant suffisamment de matière dans l’espace, » précise Patrick Woudt. « Mais nous avons ici un suspect magnifique pour une future supernova de type Ia ! »

GALAXIE CANNIBALE

Regarder le dîner d’une galaxie cannibale géante
20 novembre 2009

Une nouvelle technique utilisant des images prises dans le proche infrarouge, avec le « New Technology Telescope » (NTT) de 3,58 mètres de diamètre de l’ESO, a permis à des astronomes de voir à travers les bandes opaques de poussière de la galaxie cannibale géante Centaurus A, dévoilant son « dernier repas » avec une précision inégalée – une petite galaxie spirale, aujourd’hui tordue et déformée. Cette étonnante image montre également des milliers d’amas d’étoiles, éparpillés tels des pierres précieuses scintillantes, tournoyant à l’intérieur de Centaurus A.

Centaurus A (NGC 5128) est la galaxie elliptique géante la plus proche de la Terre, à une distance d’environ 11 millions d’années-lumière. C’est un des objets les plus étudiés du ciel austral. En  1847, son apparence unique a immédiatement attiré l’attention du célèbre astronome anglais John Herschel, qui a répertorié le ciel austral et réalisé une large liste de nébuleuses.

Toutefois, Herschel ne pouvait pas savoir que cette magnifique et spectaculaire apparence est due à une bande opaque de poussière qui couvre la partie centrale de la galaxie. On pense que cette poussière est le reste d’une fusion cosmique entre une galaxie elliptique géante et une plus petite galaxie spirale pleine de poussière.

Il y a entre 200 et 700 millions d’années, cette galaxie aurait consommé une plus petite galaxie spirale riche en gaz dont le contenu semble tournoyer dans le cœur de Centaurus A, engendrant de nouvelles générations d’étoiles.

Le premier aperçu des restes de ce dîner a été obtenu grâce aux observations du satellite ISO (Infrared Space Observatory) de l’ESA, qui révéla une structure large de 16 500 années-lumière très semblable à celle d’une petite galaxie barrée. Plus récemment, le télescope spatial Spitzer de la NASA a révélé la forme de parallélogramme de cette structure, qui peut être expliquée comme étant le reste d’une galaxie spirale riche en gaz tombant dans une galaxie elliptique et se tordant et se déformant dans le processus. La fusion de galaxies est le mécanisme le plus couramment utilisé pour expliquer la formation de telles galaxies elliptiques géantes.

Les nouvelles images de SOFI, obtenues avec le « New Technology Telescope » (NTT) de 3,58 mètres de diamètre de l’Observatoire de la Silla de l’ESO, ont permis aux astronomes d’avoir une vue encore plus précise de la structure de cette galaxie, sans aucune poussière obscurcissante. Les images originales, obtenue en observant dans le proche infrarouge à travers trois filtres différents (J,H,K), ont été combinées en utilisant une nouvelle technique qui supprime l’effet d’écran sombre de la poussière, fournissant une vue claire du centre de cette galaxie.

Ce que les astronomes ont trouvé était surprenant «  Il y a un anneau clair d’étoiles et d’amas caché derrière les bandes de poussière et nos images nous en offrent une vue d’une précision inégalée, » déclare Jouni Kainulainen, premier auteur de l’article présentant ces résultats. « Les prochaines analyses de cette structure vont fournir d’importants indices pour expliquer comment le processus de fusion s’est produit et quel a été le rôle de la formation stellaire durant ce processus. »

L’équipe scientifique est enthousiasmée par les possibilités qu’apporte cette nouvelle technique. « Ce sont les premiers pas dans le développement d’une nouvelle technique qui a le potentiel d’observer les nuages de gaz géants dans d’autres galaxies en haute résolution et efficacement ». explique João Alves, un des co-auteurs de l’article. « Savoir comment ces nuages géants se forment et évoluent c’est comprendre comment les étoiles se forment dans les galaxies. »

Les nouveaux télescopes en cours de réalisation, aussi bien au sol que dans l’espace, sont attendus avec impatience, « cette technique est très complémentaire des données radio qu’ALMA collectera dans les galaxies proches et, en même temps, elle donne des pistes intéressantes de recherche pour les populations d’étoiles extragalactiques avec le futur télescope géant européen (European Extremely Large Telescope) et le télescope spatial James Webb (James Webb Space Telescope), puisque la poussière est omniprésente dans les galaxies » déclare Yuri Beletsky un des co-auteurs.

Les observations précédentes réalisées avec l’instrument ISAAC sur le VLT (ESO 04/01) avaient révélé qu’un trou noir super-massif se cache dans Centaurus A. Sa masse est d’environ 200 millions de fois la masse de notre Soleil, ou 50 fois plus massif que celui qui se trouve au centre de notre Voie Lactée. Contrairement à notre propre galaxie, le trou noir super-massif de Centaurus A est nourri en permanence par de la matière qui s’y déverse, rendant cette galaxie très active. Centaurus A est en fait une des sources radio les plus lumineuses dans le ciel (d’où le « A » dans son nom). Des jets de particules de haute énergie provenant du centre sont également observés sur les images radio et en rayons X.

Cette nouvelle image de Centaurus A est un excellent exemple pour montrer comment la recherche de pointe peut être combinée avec des aspects esthétiques. De magnifiques images ont été obtenues par le passé avec le très grand télescope de l’ESO (le VLT) (ESO PR Photo 05b/00) et avec la caméra WFI (Wide Field Imager) du télescope MPG/ESO de 2,2 mètres à La Silla.

FOUILLE COSMIQUE

Une fouille cosmique révèle les vestiges de blocs élémentaires primordiaux de la Voie Lactée
25 novembre 2009

En scrutant au travers des épais nuages de poussière du « bulbe » de notre Galaxie (les myriades d’étoiles entourant son centre) et en révélant un nombre étonnant de détails, une équipe d’astronomes a dévoilé des étoiles d’une diversité peu habituelle dans le groupe d’étoiles appelé Terzan 5. Ce curieux cocktail d’étoiles, encore jamais observé dans le bulbe, laisse supposer que Terzan 5 est en fait un des blocs élémentaires primordiaux du bulbe, très probablement le vestige d’une galaxie naine ayant fusionné avec la Voie Lactée durant ses tous premiers jours.

« L’histoire de la Voie Lactée est encodée dans ses plus vieux fragments, amas globulaires et autres systèmes d’étoiles, qui ont été témoins de toute l’évolution de notre Galaxie » déclare Francesco Ferraro, premier auteur de l’article publié dans l’édition du journal Nature de cette semaine. « Notre nouvelle étude ouvre une nouvelle fenêtre sur encore un autre pan de notre passé galactique. »

Tels des archéologues, qui fouillent dans la poussière amoncelée sur les restes d’anciennes civilisations et déterrent des pièces cruciales de l’histoire de l’humanité, les astronomes ont concentré leur regard au travers des épaisses bandes de poussière interstellaire obscurcissant le bulbe de la Voie Lactée et ont dévoilé un vestige cosmique extraordinaire.

La cible de l’étude est l’amas d’étoiles Terzan 5. Les nouvelles observations montrent que cet objet, contrairement à la plupart des amas globulaires, n’héberge pas que des étoiles formées en même temps – ce que les astronomes appellent une « population unique » d’étoiles. Au lieu de cela, la multitude d’étoiles qui brillent dans Terzan 5 s’est formée au cours d’au moins deux périodes différentes, la première il y a probablement 12 milliards d’années, puis une seconde il y a six milliards d’années.

« Seul un autre amas globulaire avec une histoire aussi complexe de formation stellaire a été observé dans le halo de la Voie Lactée : Oméga du Centaure » précise Emanuele Dalessandro, membre de l’équipe. « C’est la première fois que nous voyons cela dans le bulbe. »

Le bulbe galactique est la région la moins accessible de notre galaxie pour les observations astronomiques : seule la lumière infrarouge permet de pénétrer les nuages de poussière et révéler ses myriades d’étoiles. « C’est uniquement grâce aux instruments exceptionnels installés sur le très grand télescope de l’ESO (le VLT) » déclare Barbara Lanzoni, une des co-auteurs de l’article, « que nous avons finalement été capables de « dissiper le brouillard » et d’obtenir une perspective nouvelle sur les origines du bulbe galactique lui-même. »

Un joyau technique se cache derrière cette découverte, à savoir, le « Multi-conjugate Adaptive optics Demonstrator » (MAD), un instrument de pointe qui permet au VLT de faire des images superbement détaillées dans l’infrarouge. L’Optique Adaptative est la technique avec laquelle les astronomes peuvent corriger les déformations provoquées par les turbulences atmosphériques de la Terre sur les images astronomiques réalisées avec des télescopes au sol. MAD est un prototype, encore plus puissant, des instruments d’optique adaptative de prochaine génération [1].

Grâce à l’œil perçant du VLT, les astronomes ont également découvert que Terzan 5 est plus massif que ce que l’on pensait : Il semblerait que ce système, avec sa composition complexe et l’histoire agitée de sa formation stellaire, soit les restes survivants d’une galaxie naine bouleversée qui a fusionné avec la Voie Lactée durant ses tous premiers stades, contribuant ainsi à former le bulbe galactique.

« Ce résultat pourrait être le premier d’une série de découvertes à venir qui nous permettra d’apporter des réponses à la question toujours vivement débattue de l’origine des bulbes galactiques » conclue Francesco Ferraro. « Plusieurs systèmes similaires peuvent être cachés derrière la poussière du bulbe : c’est dans ces objets que l’histoire de la formation de notre Voie Lactée est écrite. »

UN TROU NOIR ...

Un trou noir pris sur le fait en train de former la galaxie qu’il va habiter?
30 novembre 2009

Qui est le premier, les trous noirs super-massifs qui dévorent frénétiquement de la matière ou les énormes galaxies où ils résident ? Un tout nouveau scénario est apparu suite à une récente série de remarquables observations d’un trou noir « sans toit » : les trous noirs pourraient « construire » leur propre galaxie hôte. Ce résultat pourrait être le chainon manquant longtemps recherché pour comprendre pourquoi la masse des trous noirs hébergés par des galaxies contenant plus d’étoiles est plus importante.

« La question de « la poule et de l’œuf », qui de la galaxie ou de son trou noir était là le premier, est un des sujets de l’astrophysique contemporaine les plus débattus » déclare David Elbaz, premier auteur de l’article scientifique présentant ce résultat. «  Notre étude suggère que les trous noirs super-massifs peuvent déclencher la formation d’étoiles, « construisant ainsi leur propre galaxie hôte». Ce lien pourrait aussi permettre d’expliquer pourquoi les galaxies hébergeant les plus grands trous noirs ont plus d’étoiles. »

Pour obtenir une conclusion aussi extraordinaire, l’équipe d’astronomes a mené une importante campagne d’observation sur un curieux objet : le très proche quasar HE0450-2958 (voir le communiqué ESO PR 23/05 sur une précédente étude de cet objet), qui est le seul trou noir pour lequel les astronomes n’ont pas détecté de galaxie hôte [1]. HE0450-2958 est situé à quelques 5 milliards d’années-lumière de la Terre.

Jusqu’à maintenant, les astronomes supposaient que la galaxie hôte de ce quasar était cachée derrière une grande quantité de poussière. Aussi, les astronomes l’ont observé dans l’infrarouge moyen avec un instrument du très grand télescope (le VLT) de l’ESO [2]. A ces longueurs d’onde, les nuages de poussière brillent vivement et sont facilement détectables. « En observant à ces longueurs d’onde nous aurions pu détecter la poussière supposée cacher la galaxie hôte, » déclare Knud Jahnke, le responsable du programme d’observation réalisé au VLT. « Toutefois, nous n’en avons pas trouvé. A la place, nous avons découvert qu’une galaxie, apparemment sans aucun rapport, dans le voisinage immédiat du quasar, produisait des étoiles à un rythme effréné. »

Ces observations nous ont offert un nouveau regard surprenant sur ce système. Alors qu’aucune trace d’étoiles n’apparaît autour du trou noir, sa galaxie voisine est très riche en lumineuses et très jeunes étoiles. Elle forme des étoiles à un taux équivalent à environ 350 soleils par an, cent fois plus que dans les galaxies typiques de l’Univers local.

De précédentes observations avaient montré que cette galaxie se faisait en fait tirer dessus : le quasar est en train de déverser un jet de particules de très haute énergie sur la galaxie, accompagné par un flot de gaz très rapide. L’injection de matière et d’énergie dans la galaxie indique que le quasar lui-même doit provoquer la formation d’étoiles et ainsi créer sa propre galaxie hôte. Dans un tel scénario, les galaxies auraient évolué à partir de nuages de gaz frappés par les jets d’énergie émergeant des quasars.

« Ces deux objets vont fatalement fusionner dans le futur : le quasar se déplace à une vitesse de seulement quelques dizaines de milliers de kilomètres par heure par rapport à la galaxie et ils sont éloignés d’à peine 22 000 années-lumière. » précise David Elbaz. « Bien que le quasar soit encore « nu », il finira par être « vêtu » quant il fusionnera avec sa galaxie riche en étoiles. Il résidera finalement à l’intérieur d’une galaxie comme tous les autres quasars. »

De ce fait, cette équipe a identifié les jets des trous noirs comme des moteurs possibles de la formation des galaxies et pourraient également être le lien longtemps recherché expliquant pourquoi la masse des trous noirs est plus importante dans les galaxies contenant plus d’étoiles [3].

« Un prolongement logique de notre recherche est de trouver des objets similaires dans d’autres systèmes » déclare Knud Jahnke.

Les prochains instruments, comme ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), l’E-ELT (le télescope géant européen) et le télescope spatial NASA / ESA / CSA James Web seront capables de chercher de tels objets, à des distances encore plus lointaines de la Terre, prouvant le lien entre les trous noirs et la formations des galaxies dans les parties les plus lointaines de l’Univers.

FAMILLE STELLAIRE

Le portrait d’une famille stellaire repousse les limites des techniques d’imagerie
3 décembre 2009

Une nouvelle image éblouissante de l’ESO dévoile le jeune amas d’étoiles Trumpler 14. Cette image, où de nombreux et très précis détails révèlent magnifiquement la vie d’une importante famille d’étoiles, a été obtenue grâce à l’instrument MAD (Multi-conjugate Adaptive optics Demonstrator) du très grand télescope (le VLT) de l’ESO. C’est la première fois qu’un pan de ciel aussi grand a été photographié en utilisant l’optique adaptative [1], une technique qui permet aux astronomes de corriger la plupart des effets « brouillants » provoqués par l’atmosphère.

L’impressionnante nébuleuse de la Carène, bien connue car elle héberge l’étoile Eta Carinae, une des étoiles les plus grandes et les plus massives de notre Galaxie, héberge également une poignée d’amas massifs de jeunes étoiles. La plus jeune de ces « familles stellaires » est l’amas d’étoiles Trumpler 14, dont l’âge n’atteint pas le million d’années – un clin d’œil dans l’histoire de l’Univers. Ce grand amas ouvert est situé à quelques 8 000 années-lumière de la Terre vers la constellation de la Carène.

Une équipe d’astronomes, dirigée par Hugues Sana, a obtenu des images incroyables de la partie centrale de Trumpler 14 en utilisant l’instrument MAD (Multi-conjugate Adaptive optics Demonstrator) [2] installé sur le très grand télescope (le VLT) de l’ESO. Grâce à MAD, les astronomes ont été capables de corriger la plupart des effets « brouillants » de l’atmosphère et ils ont ainsi obtenu une image très précise. MAD effectue cette correction  sur un champ de ciel beaucoup plus large que n’importe quel autre instrument d’optique adaptative, permettant aux astronomes de réaliser de plus grandes images, d’une très grande netteté.

Grâce à la grande qualité des images réalisées avec MAD, cette équipe d’astronomes a pu obtenir un magnifique portrait de famille. Ils ont découvert que Trumpler 14 n’est pas seulement le plus jeune – avec une nouvelle estimation de son âge d’à peine 500 000 ans – mais aussi l’un des amas d’étoiles les plus peuplés de la nébuleuse. Les astronomes ont compté environ 2 000 étoiles sur leur image, couvrant toute la gamme des types d'étoiles connus, allant de moins d’un dixième à plusieurs dizaines de fois la masse de notre Soleil. Et tout cela dans une région large de seulement six années-lumière environ, ce qui correspond à moins de deux fois la distance entre le Soleil et sa voisine stellaire la plus proche.

L’étoile super-géante HD 93129A, une des étoiles les plus lumineuses de la Galaxie, est celle qui ressort le mieux sur l'image. La masse de ce titan est estimée à environ 80 fois celle du Soleil et il est approximativement deux millions et demi de fois plus brillante ! Elle forme un couple stellaire – une étoile binaire- avec une autre étoile massive lumineuse. Les astronomes ont constaté que les étoiles massives avaient tendance à se « mettre en couple » plus fréquemment que les étoiles de plus faibles masses et de préférence avec des étoiles plus massives.

L’amas Trumpler 14 est incontestablement un spectacle remarquable à observer : Cet éblouissant pan de ciel  contient plusieurs étoiles massives chaudes dans les tons blancs-bleus, dont le puissant rayonnement ultra-violet et les vents stellaires embrasent et réchauffent les nuages de gaz environnants. De telles étoiles massives brûlent très rapidement leurs importantes réserves d’hydrogène – plus l’étoile est massive, plus courte est sa vie. Ces géantes finiront leur courte vie d’ici à peine quelques millions d’années dans des explosions brutales appelées supernovae.

Quelques étoiles oranges sont apparemment dispersées au travers de Tumpler 14, dans un charmant contraste avec leurs voisines bleuâtres. En fait, elles sont situées derrière Trumpler  14.  Leur couleur tirant sur le rouge est due à l’absorption de la lumière bleue par les vastes voiles de poussière et de gaz du nuage.

La technologie utilisée par MAD pour corriger les effets de l’atmosphère terrestre sur une grande zone de ciel jouera un rôle crucial dans le succès du futur télescope géant européen –l’E-ELT).

VARIATIONS DE LUMINOSITE

Les variations de luminosité des étoiles semblables au Soleil : un mystère de plus en plus obscur
Les astronomes confrontés à l’ignorance socratique
7 décembre 2009

Une importante étude réalisée avec le très grand télescope (le VLT) de l’ESO ne fait qu’accentuer encore plus un mystère de longue date dans l’étude des étoiles semblables au Soleil. Les peu courantes - et inexpliquées !- variations de luminosité, au long de l’année, d’environ un tiers de toutes les étoiles de cette catégorie dans les dernières phases de leur vie se retrouvent donc sans explication. Au cours des dernières décennies, les astronomes ont proposés de nombreux scénarios possibles, mais une nouvelle et très poussée campagne d’observation les contredit tous et ne fait qu’approfondir le mystère. La recherche d’une interprétation valable est donc ouverte…

« Les astronomes sont plongés dans l’obscurité et, pour une fois, nous n’aimons pas ça » déclare Christine Nicholls de l’Observatoire du Mont Stromlo en Australie, auteur principal de l’article présentant cette étude. « Nous avons réalisé la série d’observations la plus complète à ce jour pour étudier ce type d’étoiles semblables au Soleil et les données obtenues montrent clairement que toutes les explications possibles de leur comportement insolite s’écroulent. »

Le  mystère étudié par cette équipe date des années 30 et concerne environ un tiers des étoiles semblables au Soleil dans la Voie Lactée et dans les autres galaxies. Toutes les étoiles ayant une masse similaire à celle de notre Soleil deviennent, vers la fin de leur vie, rouges, froides et extrêmement grandes, juste avant de « prendre leur retraite » sous la forme d’une naine blanche. Aussi connues sous le nom de géantes rouges, ces vieilles étoiles montrent de très fortes variations périodiques de leur luminosité sur des périodes pouvant aller jusqu’à deux ans.

« On pense que de telles variations sont causées par ce que l’on appelle des pulsations stellaires, » précise Christine Nicholls, « en gros, une étoile géante gonfle et rétrécit, sa luminosité devenant plus forte puis plus faible, de manière cyclique et régulière. Toutefois, un tiers des ces étoiles révèle une variation périodique additionnelle de luminosité inexpliquée, même sur de plus  longues périodes pouvant aller jusqu’à cinq ans. »

Afin de découvrir l’origine de ce comportement secondaire, les astronomes ont observé, pendant deux ans et demi, 58 étoiles de notre voisin galactique, le Grand Nuage de Magellan. Ils ont obtenu des spectres en utilisant le spectrographe de haute résolution FLAMES/GIRAFFE, installé sur le très grand télescope de l’ESO et les ont combinés avec des images prises par d’autres télescopes [1], réunissant une impressionnante base de données sur les propriétés de ces étoiles variables.

Les importantes bases de données comme celle obtenue par Christine Nicholls et ses collègues apportent souvent des indications sur la manière de résoudre un puzzle cosmique en limitant le nombre pléthorique d’explications possibles proposées par les théoriciens. Dans ce cas pourtant, les observations sont incompatibles avec tous les modèles conçus précédemment et réouvrent ainsi une question qui avait été profondément débattue. Grâce à cette étude, les astronomes sont maintenant conscients de leur propre « ignorance » - un véritable moteur du processus de quête de connaissance, tel que le philosophe grec Socrate est supposé avoir pensé.

« Cette nouvelle collecte de données montre que les pulsations sont une explication extrêmement différente de ces variations additionnelles » précise Peter Wood, le responsable de l’équipe. « Un autre mécanisme possible, pouvant produire des variations de luminosité d’une étoiles, serait que l’étoile elle-même se transforme en système binaire. Pourtant, nos observations sont également totalement incompatibles avec cette hypothèse. »

Grâce à des analyses plus récentes, cette équipe a découvert que quelle que soit la cause de ces variations inexpliquées, elle provoque également les éjections de masse, en blocs ou sous la forme de disques en expansion, des géantes rouges. « Nous avons besoin d’un Sherlock Holmes pour résoudre ce très frustrant mystère » conclue Christine Nicholls.

E-ELT

Le Télescope Géant Européen
L'œil le plus puissant scrutant le ciel
Les télescopes géants sont considérés dans le monde entier comme l'une des plus importantes priorités de l'astronomie terrestre. Ils feront considérablement progresser les connaissances astrophysiques en permettant une étude détaillée d'objets tels que les exoplanètes (planètes gravitant autour d'autres étoiles que le Soleil), les premiers objets de l'Univers, les trous noirs super-massifs, ainsi que la nature et la distribution de la matière noire et de l'énergie noire qui dominent l'Univers.

Depuis fin 2005, l'ESO a travaillé avec sa communauté d'astronomes et d'astrophysiciens européens afin de définir le nouveau télescope géant attendu d'ici le milieu de la prochaine décennie. Plus de 100 astronomes de tous les pays européens ont été impliqués tout au long de 2006, assistant les bureaux d'études de l'ESO pour produire un concept novateur dans lequel les coûts, le planning et les risques ont été soigneusement évalués.

Appelé E-ELT (European Extremely Large Telescope), ce télescope terrestre révolutionnaire fera 42 mètres de diamètre et sera le plus grand télescope mondial dans le domaine optique/proche infrarouge : « l'œil le plus puissant scrutant le ciel ».

Avec un début des opérations prévu en 2011, l'E-ELT va s'attaquer aux plus grands défis scientifiques de notre époque et il visera un certain nombre de premières, incluant la recherche de planètes similaires à la Terre gravitant dans la « zone habitable » d'autres étoiles, une zone où la vie pourrait exister - l'un des Saint Graals de l'astronomie moderne. Il réalisera aussi de « l'archéologie stellaire » dans les galaxies voisines, il apportera également des contributions fondamentales à la cosmologie en mesurant les propriétés des premières étoiles et des galaxies et il sondera la nature de la matière sombre et de l'énergie sombre. Au delà de ces aspects, les astronomes prévoient également l'inattendu — des questions nouvelles et imprévisibles émergeront certainement des découvertes faites avec l'E-ELT.

NOUVELLE SUPER TERRE

Découverte d’une nouvelle super-Terre… au cœur de glace et à l’atmosphère inhospitalière
16 décembre 2009

Des astronomes ont découvert la seconde exoplanète de type super-Terre [1] pour laquelle ils ont pu déterminer la masse et le rayon et obtenir ainsi des indications essentielles sur sa structure. Il s’agit également de la première super-Terre connue avec une atmosphère. Cette exoplanète, en orbite autour d’une petite étoile située à seulement 40 années-lumière de la Terre, ouvre ainsi de nouvelles et importantes perspectives dans la quête de mondes habitables. La planète GJ1214b a une masse d’environ six fois celle de la Terre et son cœur est probablement composé en majeure partie de glace d’eau. Sa surface se révèle être très chaude et elle est entourée d’une atmosphère épaisse qui la rend inhospitalière pour la vie telle que nous la connaissons sur Terre.

Dans l’édition du magazine Nature de cette semaine, une équipe d’astronomes annonce la découverte d’une planète en orbite autour de la très proche étoile de faible masse GJ1214 [2]. Après la récente découverte de la planète CoRoT-7b [3], c’est la deuxième fois que le transit d’une super-Terre a pu être détecté. Un transit se produit quand l’orbite de la planète est alignée avec l’observateur de telle sorte que l’on peut voir la planète passer devant son étoile. Par rapport à la Terre, cette nouvelle planète a une masse environ 6 fois supérieure et un rayon 2,7 fois plus grand. Elle a ainsi une taille comprise entre celle de la Terre et celle des planètes géantes glacées du système solaire, Uranus et Neptune.

Bien que la masse de GJ1214 soit similaire à celle de CoRoT-7b, son rayon est beaucoup plus grand, ce qui laisse supposer que la composition des deux planètes est vraiment différente. Alors que CoRoT-7b a probablement un cœur rocheux couvert de lave, les astronomes pensent que GJ1214b est composée à 75% de glace d’eau et que les 25% restant seraient constitués de fer et de silice.

GJ1214b fait le tour de son étoile en 38 heures à une distance de seulement deux millions de kilomètres – 70 fois plus proche de son étoile que la Terre du Soleil. « Etant si proche de son étoile, sa température en surface doit être d’environ 200 degrés Celsius, ce qui est trop chaud pour que l’eau soit liquide, » déclare David Charbonneau, premier auteur de l’article présentant cette découverte.

En comparant le rayon mesuré pour GJ1214b avec les modèles théoriques de planètes, les astronomes ont trouvé que ce rayon dépasse les prédictions des modèles : il y a quelque chose en plus de la surface solide de la planète qui occulte la lumière de l’étoile – une atmosphère de 200 kilomètres d’épaisseur. « Cette atmosphère est bien plus épaisse que celle de la Terre, aussi la forte pression et l’absence de lumière devraient empêcher toute forme de vie telle que nous la connaissons, » précise David Charbonneau, « mais ces conditions restent très intéressantes car elles peuvent permettre le développement d’une chimie complexe. »

« GJ1214b est trop chaude pour avoir pu garder une atmosphère pendant longtemps. Elle nous offre donc la première opportunité d’étude d’une atmosphère récemment formée, enveloppant un monde en orbite autour d’une autre étoile, » ajoute Xavier Bonfils, un des membres de l’équipe. « De plus, cette planète étant si proche de nous, il sera possible d’étudier son atmosphère, même avec des équipements courants ».

Cette planète a été détectée dans un premier temps comme un objet en transit par le projet MEarth qui observe environ 2000 étoiles de faible masse pour détecter des transits d’exoplanètes [4]. Afin de confirmer la nature planétaire de GJ1214b et obtenir sa masse (en se servant de la méthode dite des vitesses radiales qui utilise l'effet Doppler), les astronomes ont eu besoin de la précision du spectrographe HARPS, installé au foyer du télescope de 3,6 mètres de diamètre de l’ESO à La Silla. Cet  instrument de grande précision, d’une stabilité inégalée, est le meilleur des chasseurs de petites exoplanètes au monde.

« C’est la seconde super-Terre pour laquelle il a été possible d’obtenir la masse et le rayon, nous permettant ainsi de déterminer sa densité et d’en déduire sa structure interne, » ajoute Stéphane Udry, un des co-auteurs de l’article. «  Dans les deux cas, les données obtenues avec HARPS on été essentielles pour caractériser la planète. »

« Les différences dans la composition de ces deux planètes sont utiles pour la quête de mondes habitables, » conclut David Charbonneau. Si les super-Terres en général sont enveloppées par une atmosphère similaire à celle de GJ1214b, elles pourraient bien ne pas être propices au développement de la vie telle que nous la connaissons sur notre planète.