Mise à jour le 5 Sept 2019
CONFÉRENCE
« LA MISSION GAIA, À LA RECHERCHE DU PRÉSENT ET
DU PASSÉ DE LA VOIE LACTÉE »
Par Paola Di Matteo GEPI Obs de Paris
Organisée par l'IAP
98 bis Bd Arago, Paris 14ème
Le Mardi 3 Septembre 2019 à 19H30
Photos : JPM pour l'ambiance (les photos avec plus de résolution peuvent
m'être demandées directement)
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur.
Voir les crédits des autres photos
Vidéos des conférences proposées par l’IAP
sur Canal U
BREF COMPTE RENDU
Paola
Di Matteo est astronome à l’Observatoire de Paris.
Après avoir fait ses études en Italie, à l’université de Rome La Sapienza sur la
dynamique des amas globulaires, sujet de sa thèse en 2005.
Elle rejoint ensuite l’Observatoire de Paris où elle travaille sur les
phénomènes de fusion de galaxies. Elle fait partie do Consortium GAIA.
Ses travaux actuels portent sur les mécanismes dynamiques de redistribution des
étoiles dans les disques de galaxies, comme la formation de barres ou la
migration radiale, qu’elle étudie notamment à l’aide de simulations numériques.
L’étude de ces phénomènes a permis d’approfondir notre compréhension de la
formation et de l’évolution de la Voie Lactée dans une série d’études publiées
ces dernières années.
Je m’inspire aussi de
CR précédents pour élaborer celui-ci.
Quelques mots d’introduction à cette mission tout d’abord (NdlR) :
La mission astrométrique Gaia, lancée par l’Agence Spatiale Européenne en fin
2013, est en train de cartographier en 3D plus d’un milliard d’objets de notre
Galaxie, avec une précision inégalée.
Pour la première fois, nous avons accès aux mouvements de plusieurs millions
d’étoiles, bien au-delà du voisinage solaire, alors que jusqu’à présent ces
mesures n’étaient possibles qu’à proximité de notre étoile, le Soleil.
Le mercredi 25 Avril 2018, la presse scientifique était convoquée à
l’Observatoire de Paris, pour l’annonce de la publication du deuxième catalogue
d’étoiles du satellite Gaia de l’ESA.
Le cap du milliard d'étoiles en 3 dimensions est franchi.
C’est un travail colossal pour lequel la France a joué un rôle prépondérant.
Très attendu par les chercheurs du monde entier pour son potentiel scientifique
considérable, il représente une étape fondamentale pour l'astrophysique.
On rappelle le principe de mesure :
Comme pour Hipparcos, c'est l'astrométrie, cette méthode s'appuie sur le
principe de l'observation simultanée de 2 champs stellaires, dans 2 directions
faisant entre elles un angle fixé et très précisément connu : 106,5° c'est
l'angle de base.
Comme un compas sert à repérer des distances, de proche en proche les positions
relatives des objets sont fixées les unes par rapport aux autres.
Gaia va scanner le ciel suivant un schéma prédéterminé, le satellite tourne sur
lui-même à la vitesse de 60 arcsecondes par seconde (6 heures pour une rotation
complète donc) mais il est affecté d'un mouvement de précession fixe de 45° par
rapport au Soleil.
Ceci permet aux instruments qui sont dans les deux lignes de visée (line of
sight) d'effectuer des mesures de parallaxe,
la base de l'astrométrie.
Un document pdf en anglais est publié sur ce
principe de mesure et sur l'instrument lui-même.
Gaia possède donc deux télescopes (angle 0,7° par 0,7°) associés à chaque
direction de visée, les deux champs de vision sont combinés sur un plan focal
recouvert de CCD. Gaia mesure simultanément la séparation angulaire de milliers
d'étoiles présentes dans le champ. Le mouvement continu du satellite permet
ainsi une analyse complète du ciel.
L'opération se déroulant sur plusieurs années on établit ainsi un catalogue
astrométrique des étoiles étudiées.
La limite en magnitude de Gaia est la magnitude 20.
Seule une petite partie du ciel (approx 1%) est étudiée par Gaia, mais c’est un
progrès énorme par rapport aux données précédentes.
Fin de l’intro.
NOTRE VOIE LACTÉE.
Quelques rappels sur la
Voie Lactée : galaxie spirale barrée, barre de 3,5kpc et orientée de 30°
par rapport à la direction de la Galaxie. Diamètre approx 200.000 al.
|
|
|
Le bulbe de notre Galaxie à une forme cacahouète, due à son évolution au cours
du temps.
AUTOUR DE NOTRE GALAXIE : LE GROUPE LOCAL.
|
|
Le groupe local auquel la Voie Lactée appartient.
La Voie Lactée et Andromède sont les plus massives du Groupe Local.
Les nuages de Magellan (MMC et SMC) sont en fait des galaxies
satellites de la nôtre. |
|
|
Nuages de Magellan en imagerie radio.
La Voie Lactée et les nuages de Magellan sont en bleu et blanc.
Les nuages d’Hydrogène sont en rouge.
Gaia s’est aussi intéressé aux nuages de Magellan.
Crédit : Nidever 2010 |
Évidemment, le grand problème est de pouvoir reconstruire le mouvement des
étoiles étudiées par Gaia.
Pour étudier plus avant le mouvement des étoiles dans la Galaxie on a besoin de
connaitre certains paramètres listés sur la slide ci-contre.
Comment accéder à ces informations : grâce à Gaia, la mission astrométrique de
l’ESA, qui vient de publier son deuxième catalogue d’étoiles et dont nous avons
informé longuement nos amis de
cet évènement.
Ce catalogue contient la position et la luminosité de 1,692 milliards d’étoiles
(chaque étoile a été mesurée plus de 200 fois !), ainsi que la parallaxe et le
mouvement propre de 1,331 milliards d’étoiles. De même la couleur de plus de 1,3
milliards d’étoiles et la vitesse radiale de 7,2 millions d’étoiles. Ces données
permettront l’élaboration d’une carte 3D de notre Galaxie.
HIPPARCOS ET GAIA.
Gaia a photographié une portion de notre Galaxie (apparait en rose et rouge)
alors que le prédécesseur Hipparcos n’a pus cataloguer que la portion en vert.
Hipparcos avait catalogué (seulement !) 100.000 étoiles.
Depuis la publication du deuxième catalogue, plus de 200 articles scientifiques
ont été publiés.
En fait Gaia comme il vient d’être dit, a eu un prédécesseur : Hipparcos lancé
en 1989, il a montré le chemin.
Comparons ces deux sondes, toutes deux de l’ESA.
|
HIPPARCOS |
GAIA |
|
Fonctionnement : 1989-1993 |
Lancée en 2013 en principe devrait fonctionner jusqu’en 2024 |
|
Première mission spatiale ESA pour : mesurer les positions,
distances, mouvements luminosité et couleur des étoiles. |
Elle va
étudier
chacune de ses cibles quelques 70 fois pendant une période de 5 ans
: leurs positions, distances, mouvements et changements de
luminosité. |
|
A mesuré la distance à 120000 étoiles avec la méthode de la
parallaxe, de façon 200 fois plus précise que jamais ! |
Découverte de centaines de milliers de nouveaux objets, comme des
exoplanètes et naines brunes.
Ses mesures de position sont 200 fois plus précises qu’Hipparcos. |
|
Précision : 1 milli arcsec |
Précision : 25 micro arcsec ! |
(D’après document OCA)
Gaia vient de publier
ses deux premiers catalogues d’objets.
Ce deuxième catalogue contient la position et la luminosité de 1,692 milliards
d’étoiles (chaque étoile a été mesurée plus de 200 fois !), ainsi que la
parallaxe et le mouvement propre de 1,331 milliards d’étoiles. De même la
couleur de plus de 1,3 milliards d’étoiles et la vitesse radiale de 7,2 millions
d’étoiles. Ces données permettront l’élaboration d’une carte 3D de notre
Galaxie.
De plus Gaia s’est aussi intéressé aux petits corps du Système Solaire, les
astéroïdes, et mesuré la position de 14.000 d’entre eux.
QUELQUES RÉSULTATS.
Carte cinématique de la Galaxie.
Carte des vitesses radiales.
Slide tirée de la collaboration Gaia Katz
et al 2018.
Cette carte a des structures : des étoiles vont ver l’extérieur (régions rouges)
certaines vont vers l’intérieur (régions bleues).
Le Soleil (flèche) se trouve au milieu.
Comment expliquer ces divers mouvements : il semble bien que ce soit la présence
de la barre centrale, il y a des régions de tension et de compression. Cela a
été mis au jour à l’aide de simulations.
Il y a bien mouvement non axisymétrique des étoiles dans le disque.
Beaucoup d’informations contenues dans ces cartes.
Le deuxième résultat caractéristique :
Il y a des mouvements verticaux, comme des oscillations produites par le passage
de la Galaxie satellite du Sagittaire au travers du disque.
Probablement dans un passé récent : 500Ma.
Cela a produit des trainées de marée (en couleur sur la slide).
Les oscillations
verticales du disque stellaire.
Le
satellite Gaia montré que notre galaxie a subi les effets d’une presque
collision qui a chamboulé des millions d’étoiles et les a fait vibrer comme un
caillou jeté à la surface d’un étang. Cela se serait produit comme dit plus haut
il y aurait 500 Ma.
On s’en est aperçu car Gaia mesure aussi la vitesse et la direction des étoiles.
On pense que ce pourrait être aussi dû à une oscillation du bulbe.
Dernier point : les courants stellaires (stellar streams en anglais).
Notre Galaxie comporte plus d’une centaine d’amas globulaires, amas qui orbitent
autour de la Galaxie.
Lors de ces orbites certaines étoiles des amas s’échappent et par effet de marée
sont attirées par le potentiel galactique. Mais il reste prisonnier de l’orbite
de leur amas respectif.
En étudiant ces courants stellaires, on peut avoir des informations sur le
potentiel galactique.
L’analyse des données de Gaia dévoile l’existence d’une dizaine de courants
stellaires, issus de la désagrégation des amas globulaires proche de notre
Galaxie.
Ce pourrait être une découverte fondamentale pour contraindre la distribution
spatiale de la
matière noire.
Le mouvement des étoiles dans notre Galaxie résulte de l’action de la barre et
des bras spiraux, mais aussi des perturbations dues au passage de galaxies
satellites.
Ces mouvements nous renseignent sur la distribution et la granularité de la
matière sombre dans notre Galaxie.
À ce moment P Di Matteo nous passe une simulation sur ces courants stellaires.
Voici son URL :
https://www.obspm.fr/IMG/mp4/evolution.mp4
Gaia et les courants stellaires. Crédit : ESA/Gaia/DPAC
Les accrétions passées.
On pense que notre Galaxie a la forma actuelle due à des collisions au moment de
sa phase originelle il y aurait 10 milliards d’années.
Deux galaxies se seraient rencontrées : une naine Gaia Enceladus et une autre
beaucoup plus massive qui est devenue notre Voie Lactée actuelle. Ce choc aurait
contribué à créer de nouvelles étoiles et à former le halo actuel.
CONCLUSION.
La mission GAIA apporte et continue à apporter un très grand nombre
d’informations sur notre propre Galaxie.
Ceci permet d’en étudier sa structure, sa cinématique, son origine et sa future
évolution.
Le mouvement des étoiles résulte non seulement de l’action de la barre centrale
te des bras spiraux, mais aussi des rencontres passées avec d’autres galaxies.
Ces mouvements nous donnent des informations sur la distribution de matière
noire.
Mission prévue au moins jusqu’en 2024.
POUR ALLER PLUS LOIN :
De Hipparcos à Gaia : CR de la conférence de C Turon à la SAF du 10 Avril
2008. (19/04/2008)
Structure et évolution de la Voie Lactée avec la mission spatiale Gaia par
A. Robin UTI NAM
Gaia Data
Release 2 Mapping the Milky Way disc kinematics
L’écho de la
formation de la barre stellaire dans notre Galaxie capturé par Gaia
GAIA: the sky is littered with undigested galaxies
A new panoramic sky
map of the milky way's stellar streams
Catastrophic tale of the most massive globular cluster of the Milky Way par
K Malhan.
Probing the nature of dark
matter particles with stellar streams
What mechanism causes oscillations of the solar system's orbit about the
galactic plane?
Gaia hints at our Galaxy’s turbulent life par l’ESA.
Interactions et fusions de galaxies : à la recherche du passé de la voie lactée
par P Di Matteo.
Voie lactée : Gaia confirme une collision géante il y a 10 milliards d'années
Site de la mission Gaia à
l’ESA.
Bon ciel à tous !
Jean Pierre Martin. Commission de Cosmologie de la SAF.
Les autres CR des conférences IAP.
Abonnez-vous gratuitement aux astronews
du site en envoyant votre nom et e-mail.
