Faits marquants 2016

30 septembre 2016
Du nouveau sur la formation des galaxies géantes

Des observations de Malin 1, une galaxie voisine et un prototype parfait des "galaxies géantes avec une faible luminosité de surface», ont permis à une équipe internationale comprenant un chercheur du Service d'Astrophysique-Laboratoire AIM du CEA-IRFU de faire une découverte inattendue qui remet en question les hypothèses sur le processus de formation des galaxies de ce type. Il suggère que le disque géant de Malin-1, le plus grand connu dans l'univers, n'est pas la conséquence d'une collision, mais est en place depuis plusieurs milliards d'années, et les étoiles y sont formés de façon modérée mais  stable sur un long terme. En raison de leur aspect diffus et leur très faible brillance, ces galaxies massives sont difficiles à observer et demeurent mal connues aujourd'hui. Elles pourraient être une fraction importante des galaxies dans l'univers, car de nombreux objets semblables à Malin 1 pourraient avoir échappé à notre vigilance.
L'article, publié dans la revue Astronomy and Astrophysics, présente pour la première fois des images de Malin 1 obtenues à six longueurs d'onde différentes - de l'ultraviolet par le projet GUViCS1 à l'optique et proche infrarouge par le biais du projet NGVS1 avec la caméra MegaCam développée au CEA et installée sur le Télescope Canada-France-Hawaii (CFHT) [1]. Initialement prévu pour étudier l'amas de galaxies de la Vierge, ces grandes campagnes d'observation permettent également de travailler sur d'autres objets dans l'arrière-plan de cet amas, comme cela est le cas dans cette étude.

28 septembre 2016
Observations les plus profondes jamais réalisées dans le domaine millimétrique de l’Univers jeune

Une équipe internationale d’astronomes a utilisé le Vaste Réseau (Sub-)Millimétrique de l’Atacama (ALMA) pour explorer l’un des recoins de l’Univers révélé par le Champ Ultra Profond du satellite Hubble (HUDF). Ces nouvelles observations d’ALMA sont sensiblement plus profondes et mieux résolues que les sondages antérieurs effectués dans le domaine millimétrique. Elles mettent clairement en évidence l’existence d’une étroite relation entre le taux de formation stellaire dans les galaxies jeunes et leur masse stellaire totale. Elles révèlent par ailleurs l’abondance ainsi que la distribution spatiale du gaz à partir duquel naissent les étoiles, offrant ainsi un nouvel aperçu de cet “Age d’Or” de la formation galactique daté de quelque 10 milliards d’années.

Ces nouveaux résultats des observations d’ALMA font l’objet d’une série d’articles à paraitre dans l’Astrophysical Journal et les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Ils seront par ailleurs dévoilés lors du colloque “Les Cinq Ans d’ALMA”, organisé cette semaine à Palm Springs, Californie, Etats-Unis.

12 juillet 2016
Sondage à petite échelle de la structure du milieu interstellaire par imagerie obtenue au CFHT

En combinant des observations multi-longueur d'ondes obtenues depuis l'espace avec les satellites Planck et WISE et au sol avec le CFHT, une équipe de chercheurs notamment du CNRS et du CEA est parvenu à sonder la structure de la matière interstellaire avec une finesse inégalée. L'étude a en particulier permis de déterminer les propriétés de la turbulence interstellaire sur une gamme d'échelles spatiales encore jamais atteinte: de 10 pc à  0.01 pc. L’innovation principale de ces travaux est l’utilisation d’un télescope optique (le CFHT) pour étudier la structure de la matière à très grande résolution spatiale, ce que ne permettent pas les observations classiques du milieu interstellaire effectuées dans l'infrarouge. Ces travaux sont publiés dans la revue Astronomy and Astrophysics.

07 août 2016
Découverte d’un vaste nuage d’hydrogène ionisé par deux quasars dans un amas de galaxies de l’Univers distant

Une équipe internationale menée par des chercheurs du Service d’Astrophysique/ Laboratoire AIM du CEA-Irfu a découvert une gigantesque nébuleuse de gaz ionisé, plus  de 300 000 années-lumière, au sein de l’amas de galaxies distant CL J1449+0856. Elle a été détectée à partir de l’émission d’une raie de l’hydrogène provenant d’un énorme réservoir de gaz chaud, probablement ionisé par les radiations de deux quasars lumineux de l’amas. C’est la première fois qu’une telle émission est observée dans un milieu où est également présent un plasma chaud détecté en rayons X. Les chercheurs pensent que l’interaction entre ces deux composantes gazeuses provoque une évaporation très rapide de la nébuleuse observée, ce qui implique des mécanismes très efficaces pour l’alimenter de manière continue. Cette découverte suggère aussi l’existence d’un lien physique très fort entre les nébuleuses géantes Lyman alpha et les premières étapes de l’évolution des plus grandes structures gravitationnellement liées de l’Univers. Ces travaux sont publiés par Francesco Valentino et ses collaborateurs dans la revue The Astrophysical Journal.

07 juillet 2016
La dynamique du milieu intra-amas mesurée en rayons X avec une précision inégalée par le satellite Hitomi

L’étude de la dynamique du gaz des amas de galaxies est un outil majeur pour comprendre la formation et l’évolution de ces grandes structures de l’Univers.
Effets de la gravitation exercée par la matière noire de l’amas et de l’activité de ses galaxies, les mouvements du plasma  sont un ingrédient pour la compréhension de ces systèmes. Grâce à ses performances sans précédent en spectroscopie des rayons X, l’instrument SXS à bord du satellite Hitomi a permis de mesurer très précisément la vitesse de plusieurs éléments chimiques du milieu intra-amas dans la région centrale de l’amas de galaxies de Persée. Malgré la présence dans cette région du très actif noyau de galaxie NGC1275, les mouvements du gaz indiquent de manière surprenante que le milieu intra-amas est relativement calme et que la turbulence ne joue pas un rôle majeur. Ce travail est publié dans la revue Nature du 7 juillet 2016 par la collaboration Hitomi à laquelle participe des chercheurs du Service d’Astrophysique du CEA-Irfu de Saclay. Il résulte d’observations effectuées par le satellite Hitomi avant sa défaillance fin mars 2016.

23 juin 2016
Une instabilité pour déclencher la rotation initiale d’une étoile à neutrons

La vitesse de rotation d’une étoile à neutrons à sa naissance est un paramètre important pour mieux comprendre la nature du progéniteur et les processus dynamiques liés à l’effondrement du cœur de l’étoile massive. Néanmoins,  la distribution des vitesses de rotation initiale des pulsars est loin d’être connue. Une étude menée par R. Kazeroni du Service d’Astrophysique/laboratoire AIM (SAp) du CEA-Irfu et ses collaborateurs vient, via des simulations numériques, de souligner l’efficacité de l’instabilité hydrodynamique appelée « SASI » pour impulser une vitesse de rotation à l’étoile à neutrons. De manière surprenante, les simulations montrent que dans certains cas, la rotation de l’objet compact est de sens opposé à la perturbation qui lui donne naissance. Ces travaux sont publiés dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

13 juin 2016
Modèle réduit en laboratoire de la chute de matière sur une étoile dense magnétique

Une collaboration internationale de chercheurs (Oxford, AWE, CEA, LULI, Observatoire de Paris, Université du Michigan, Université de York et STFC Rutherford Appleton Laboratory) a réussi pour la première fois à générer en laboratoire l'analogue d'un choc violent qui est produit quand de la matière tombe à très grande vitesse sur la surface d'étoiles extrêmement denses appelées naines blanches. Comprendre la physique de ces objets astrophysiques est crucial car ils sont considérés comme les progéniteurs possibles des supernovae thermonucléaires, des supernovae utilisés dans la cosmologie pour mesurer l'accélération de l'expansion de l'univers liée à l'énergie sombre. Pour effectuer cette expérience d'astrophysique, les scientifiques ont utilisé  le laser de puissance Orion, basé à Aldermaston (Royaume-Uni) pour bombarder une cible de taille millimétrique et produire un flux de plasma chaud pour une durée extrêmement courte (moins de 100 nanosecondes) [1].
Des travaux théoriques récents ont montré, à l'aide de lois d'échelle adaptées, que cette expérience à très petite échelle est équivalente à son homologue cosmique ce qui en fait une réplique valable. Les lasers de puissance peuvent donc être utilisés comme des microscopes pour explorer, au cours de quelques nanosecondes, les processus de rayonnement de haute énergie venant de régions largement non résolues par les télescopes les plus puissants. L'expérience Orion, qui est la première expérience académique sur cette installation, confirme que ces chocs d'accrétion, qui jusqu'ici ne pouvaient pas être accessibles au laboratoire il y a quelques années à l'échelle exacte, peuvent maintenant y être produits couramment. Ces résultats sont publiés dans Nature Communications du 13 juin 2016.

29 mars 2016
Le satellite INTEGRAL à la recherche de la source des ondes gravitationnelles

Un des instruments du satellite INTEGRAL qui surveille le ciel en permanence était actif au moment de la découverte de la première onde gravitationnelle GW150914 résultant de la fusion de deux trous noirs, mesurée par l'instrument LIGO. Il a permis de rechercher l'existence d'une source de lumière de haute énergie associée à cet événement exceptionnel. Grâce à un détecteur couvrant la quasi totalité du ciel, INTEGRAL a permis de conclure qu'au moment exact du passage de l'onde gravitationnelle dans l’environnement de la Terre, aucune émission forte de rayons gamma n'est apparue. En théorie, la fusion de deux trous ne s'accompagne d'aucune émission lumineuse et cette observation conforte ce scénario. La capacité du satellite INTEGRAL à détecter des évènements brefs et soudains dans le ciel (comme pour ses multiples détections de sursauts gamma) pourra s'avérer en revanche très précieuse pour d'autres événements d’ondes gravitationnelles telle que la fusion d'étoiles à neutrons ou les explosions d’étoiles très massives, sources potentielles d’ondes gravitationnelles et de rayonnement gamma. Ces résultats sont publiés dans la revue Astrophysical Journal Letters du 30 mars 2016.

29 février 2016
Exceptionnelle activité d’un trou noir galactique révélée par le satellite INTEGRAL

L’analyse de l’émission X et gamma du microquasar V404 Cygni a conduit à la découverte d'intenses bouffées de plasma constitué d’électron et de son antiparticule le positron. Ce résultat, basé sur l'étude par le spectromètre INTEGRAL/SPI d'un remarquable épisode d'activité de la source en juin 2015 désigne les microquasars comme des pourvoyeurs efficaces de plasmas de paires, des « usines à antimatière » en quelque sorte. La source V404 Cygni montre une variété de sursauts, certains atteignant des records de brillance en rayons gamma. Cette diversité est décrite en détail dans une étude complémentaire qui conclut que dans le système, des éjections de matière à très grande vitesse ont lieu dans des jets. Ces différentes observations et leurs implications soulignent le rôle clé joué par les microquasars pour expliquer l’émission diffuse de photons d’annihilation observée dans le bulbe galactique et l’origine encore mal connue du fond diffus gamma galactique. Ces travaux sont l’objet de deux publications, l’une placée sous la direction d’une équipe du Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) de Garching en Allemagne et publiée dans la revue Nature du 29 février 2016 et la seconde pilotée par les chercheurs du Service d’Astrophysique/laboratoire AIM (SAp) du CEA-Irfu et parue dans le journal Astronomy and Astrophysics fin 2015. Dans les deux cas, les chercheurs du MPE et du SAp se sont associés pour exploiter avec d'autres collaborateurs les données du satellite Integral, seul observatoire actuellement en opération permettant de mener à bien de telles études.

17 février 2016
Lancement du satellite d’astronomie X japonais Astro-H

Le satellite d’astronomie X Astro-H a été lancé avec succès par l’agence spatiale japonaise JAXA le 17 février à 17h45 (9h45 à Paris) depuis le centre spatial de Tanegashima au Japon. La mise à poste du satellite sur son orbite nominale s’est effectuée 14 min plus tard et les premières étapes de vérification des différents systèmes ont débuté. ASTRO-H est une mission JAXA/NASA avec un leadership japonais et une participation de l’ESA. Cet observatoire de nouvelle génération a pour objectif scientifique l’observation et l’étude de l’Univers chaud et énergétique. Astro-H embarque plusieurs instruments qui combinés couvrent la gamme d’énergie 0.3-600 keV. Parmi les instruments, le plan de détection du spectromètre SXS est équipé de matrices de microcalorimètres X, une première dans ce domaine. Ces détecteurs, refroidis à une température proche du zéro absolu, permettront d’atteindre des performances inégalées en terme de résolution spectrale, supérieure d’un ordre de grandeur aux instruments actuellement en opération. Le CEA participe à la mission via la contribution de l’ESA et du CNES, tant du point de vue expérimental que scientifique.

 

Une fois le satellite placé sur son orbite et selon une tradition japonaise, la JAXA a dévoilé le nom maintenant d'usage de la mission, "Hitomi".

 

08 janvier 2016
Changement de polarisation optique et gamma observé au centre de la nébuleuse du Crabe

La nébuleuse du Crabe, longtemps considérée comme une source étalon, a vu récemment ce statut remis en cause par l’observation en gamma de haute énergie de brefs et intenses épisodes d’activité. Une équipe franco-irlandaise (Service d’Astrophysique du CEA–Irfu et du centre for Astronomy de l'Université de Galway) vient de renforcer ce constat en mettant en évidence pour la première fois un changement de polarisation de la lumière visible et gamma de la région centrale de la nébuleuse entre 2005 et 2012. Ce résultat est le fruit d’un programme combinant des observations menées au télescope de 5 mètres du mont Palomar avec le polarimètre GASP de l’Université de Galway, par le satellite d’astronomie gamma Integral et provenant de données d’archives du télescope spatial Hubble. Le changement de polarisation observé pourrait être lié selon les chercheurs à des processus de réarrangement du champ magnétique et leurs effets sur un flux de particules énergétiques dans une région proche du pulsar central. Ces travaux sont publiés dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society et objet de l’image du mois sur le site Integral de l’Agence spatiale européenne (ESA).

10 novembre 2016
Des chercheurs français améliorent la qualité des images radio pour le télescope SKA

De nouvelles techniques de traitement de l'image ont été discutées le 10 novembre 2016 à la conférence scientifique du radiotélescope SKA (Square Kilometer Array) à Goa, en Inde, lorsque des chercheurs français ont communiqué à la communauté astronomique des travaux prometteurs entrepris en France pour développer de nouveaux procédés d’analyse d’image en radioastronomie avec de nombreuses applications potentielles. Des équipes françaises de l'Observatoire de Paris, de l'Observatoire de la Côte d'Azur, du Laboratoire AIM (Astrophysique-Instrumentation-Modélisation), Labex UnivEarthS, de l'ENS Cachan et de l'Université Paris X travaillent activement sur des algorithmes de pointe pour l'étalonnage et la déconvolution des images de la radioastronomie.

18 novembre 2016
Première mise en évidence de la déformation de Saturne par les effets de marées

En utilisant plusieurs milliers d’images des lunes de Saturne délivrées par la sonde Cassini (NASA/ESA), une équipe internationale menée par un astronome de l’Observatoire de Paris au sein de l’Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides (Observatoire de Paris/CNRS/UPMC/Université Lille 1), en collaboration avec des chercheurs du CEA, est parvenu à mettre en évidence de toutes petites fluctuations du champ gravitationnel de la planète. Ces résultats d’une extrême finesse sont issus d’une série de travaux menés par la même équipe sur l’écosystème de Saturne et devraient permettre de mieux mesurer les propriétés du coeur de Saturne. Ces résultats sont sous presse dans la revue Icarus et font l'objet d'un film d'animation

12 juillet 2016
Sondage à petite échelle de la structure du milieu interstellaire par imagerie obtenue au CFHT

En combinant des observations multi-longueur d'ondes obtenues depuis l'espace avec les satellites Planck et WISE et au sol avec le CFHT, une équipe de chercheurs notamment du CNRS et du CEA est parvenu à sonder la structure de la matière interstellaire avec une finesse inégalée. L'étude a en particulier permis de déterminer les propriétés de la turbulence interstellaire sur une gamme d'échelles spatiales encore jamais atteinte: de 10 pc à  0.01 pc. L’innovation principale de ces travaux est l’utilisation d’un télescope optique (le CFHT) pour étudier la structure de la matière à très grande résolution spatiale, ce que ne permettent pas les observations classiques du milieu interstellaire effectuées dans l'infrarouge. Ces travaux sont publiés dans la revue Astronomy and Astrophysics.

06 juillet 2016
Instabilités et chocs perturbent l'atmosphère des exoplanètes

En collaboration avec l’observatoire de Bordeaux et l’université de Berne en Suisse, un chercheur du Service d’Astrophysique-Laboratoire AIM du CEA-Irfu a mis en évidence l'existence d'instabilités importantes dans les vents supersoniques à la surface  de planètes géantes très proches de leur étoile, qualifiées de "jupiters chauds". En utilisant des simulations hydrodynamiques en 3D idéalisées mais à haute résolution spatiale, l’équipe a montré que le vent équatorial violent des Jupiter chauds est déstabilisé par des instabilités dites de Kelvin-Helmoltz, bien connues en hydrodynamique de laboratoire. Ces instabilités provoquent des oscillations de la trajectoire du vent autour de l’équateur et pourraient être à l’origine de  l’apparition de chocs dans les couches supérieures de l’atmosphère. Ces phénomènes peuvent influer de façon notable l'émission infrarouge de ces planètes. Ces résultats sont publiés dans la revue Astronomy & Astrophysics.

23 juin 2016
Une instabilité pour déclencher la rotation initiale d’une étoile à neutrons

La vitesse de rotation d’une étoile à neutrons à sa naissance est un paramètre important pour mieux comprendre la nature du progéniteur et les processus dynamiques liés à l’effondrement du cœur de l’étoile massive. Néanmoins,  la distribution des vitesses de rotation initiale des pulsars est loin d’être connue. Une étude menée par R. Kazeroni du Service d’Astrophysique/laboratoire AIM (SAp) du CEA-Irfu et ses collaborateurs vient, via des simulations numériques, de souligner l’efficacité de l’instabilité hydrodynamique appelée « SASI » pour impulser une vitesse de rotation à l’étoile à neutrons. De manière surprenante, les simulations montrent que dans certains cas, la rotation de l’objet compact est de sens opposé à la perturbation qui lui donne naissance. Ces travaux sont publiés dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

13 juin 2016
Modèle réduit en laboratoire de la chute de matière sur une étoile dense magnétique

Une collaboration internationale de chercheurs (Oxford, AWE, CEA, LULI, Observatoire de Paris, Université du Michigan, Université de York et STFC Rutherford Appleton Laboratory) a réussi pour la première fois à générer en laboratoire l'analogue d'un choc violent qui est produit quand de la matière tombe à très grande vitesse sur la surface d'étoiles extrêmement denses appelées naines blanches. Comprendre la physique de ces objets astrophysiques est crucial car ils sont considérés comme les progéniteurs possibles des supernovae thermonucléaires, des supernovae utilisés dans la cosmologie pour mesurer l'accélération de l'expansion de l'univers liée à l'énergie sombre. Pour effectuer cette expérience d'astrophysique, les scientifiques ont utilisé  le laser de puissance Orion, basé à Aldermaston (Royaume-Uni) pour bombarder une cible de taille millimétrique et produire un flux de plasma chaud pour une durée extrêmement courte (moins de 100 nanosecondes) [1].
Des travaux théoriques récents ont montré, à l'aide de lois d'échelle adaptées, que cette expérience à très petite échelle est équivalente à son homologue cosmique ce qui en fait une réplique valable. Les lasers de puissance peuvent donc être utilisés comme des microscopes pour explorer, au cours de quelques nanosecondes, les processus de rayonnement de haute énergie venant de régions largement non résolues par les télescopes les plus puissants. L'expérience Orion, qui est la première expérience académique sur cette installation, confirme que ces chocs d'accrétion, qui jusqu'ici ne pouvaient pas être accessibles au laboratoire il y a quelques années à l'échelle exacte, peuvent maintenant y être produits couramment. Ces résultats sont publiés dans Nature Communications du 13 juin 2016.

18 novembre 2016
Première mise en évidence de la déformation de Saturne par les effets de marées

En utilisant plusieurs milliers d’images des lunes de Saturne délivrées par la sonde Cassini (NASA/ESA), une équipe internationale menée par un astronome de l’Observatoire de Paris au sein de l’Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides (Observatoire de Paris/CNRS/UPMC/Université Lille 1), en collaboration avec des chercheurs du CEA, est parvenu à mettre en évidence de toutes petites fluctuations du champ gravitationnel de la planète. Ces résultats d’une extrême finesse sont issus d’une série de travaux menés par la même équipe sur l’écosystème de Saturne et devraient permettre de mieux mesurer les propriétés du coeur de Saturne. Ces résultats sont sous presse dans la revue Icarus et font l'objet d'un film d'animation

01 novembre 2016
Les variations de la structure et de la rotation des étoiles bouleversent les orbites des planètes

Dans un volume spécial de la revue internationale Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy de novembre 2016 consacré à l’étude des interactions de marées, deux chercheurs de l’Université de Namur et du Service d’Astrophysique-Laboratoire AIM du CEA-Irfu viennent de calculer l’évolution des orbites de planètes de différentes masses, proches d’une étoile centrale de petite masse. Leur modèle est le premier à prendre en compte simultanément l’évolution au cours du temps de la structure et de la rotation de l’étoile centrale et son impact sur les interactions de marées entre étoile et planète. Ils démontrent que les orbites de planètes proches peuvent être fortement influencées par les changements de la structure et de la rotation de l’étoile qui peuvent conditionner ainsi la survie ou la disparition de la planète.

 

19 janvier 2016
Une découverte qui révolutionne les théories de l'évolution des étoiles

Une collaboration internationale, impliquant le Service d'Astrophysique-Laboratoire AIM du CEA-Irfu, est parvenue à déterminer, à partir des techniques d’astérosismologie, que jusqu'à 65% des étoiles plus massives que le Soleil (entre 1.6 et 2 masses solaires) possèdent un champ magnétique interne très élevé. Jusqu'ici seulement 5 à 10% de ces étoiles étaient soupconnées avoir un champ magnétique pouvant atteindre jusqu'à 10 milions de fois celui de la Terre. Cette découverte inattendue démontre l'importance d'un effet "dynamo" capable de maintenir des champs intenses à l'intérieur des étoiles. Ces résultats, obtenus grâce aux données du satellite Kepler [1], sont publiés dans la revue Nature du 21 janvier 2016.

18 janvier 2016
Des simulations numériques pour comprendre le couplage magnétique d'une planète proche de son étoile hôte.

Les exo-planètes découvertes jusqu’à présent sont en majorité des planètes géantes en orbite très proche de leur étoile hôte conduisant à une  possible connexion magnétique entre les deux objets. Une collaboration internationale incluant A. Strugarek,  A.S. Brun et V. Réville du Service d’Astrophysique/Laboratoire AIM du CEA-Irfu a en utilisant des simultations numériques 3-D haute performance quantifié les énergies mises en jeu dans ces interactions magnétiques, et conclu qu’elles conduisent à des effets observables. Ces résultats préparent ainsi au mieux l’analyse des données des futurs instruments au sol tel le spectropolarimètre Spirou et dans l’espace comme le satellite Plato de l’Agence Spatiale Européenne dans lequel le CEA/Service d’Astrophysique est fortement impliqué. Les simulations montrent également  les effets à long terme de migration planétaire liés aux couples magnétiques. Ces résultats, tirant parti des grands calculateurs GENCI, PRACE et canadiens sont publiés dans la revue The Astrophysical Journal.

04 janvier 2016
Les vieilles étoiles ralentissent moins vite que prévu

Une équipe internationale de chercheurs, incluant le Service d’Astrophysique- Laboratoire AIM au CEA-Irfu, a établi que la mesure des âges stellaires calculés à partir du taux de rotation des étoiles, ou gyrochronologie, doit être revisée pour des étoiles plus âgées que le Soleil. Ces étoiles ralentissent moins vite que prévu au delà d’un certain âge, proche de celui du Soleil. Ces travaux sont publiés dans la revue Nature du 4 Janvier 2016.

 

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