Une nouvelle carte des amas de galaxies en trois dimensions vient d'être publiée par une équipe de chercheurs dirigée par Marguerite Pierre du Service d'Astrophysique-AIM du CEA-Irfu grâce à un sondage de deux régions du ciel, chacune couvrant chacune environ 25 degrés carrés, soit environ 100 fois la surface de la pleine Lune. Ce sondage, baptisé XXL, a été réalisé de 2011 à 2013 à l'issue de 543 observations en rayons X du satellite XMM-Newton, nécessitant plus de 6 millions de secondes d'exposition. Le sondage XXL a permis de localiser et d'identifier 450 amas de galaxies ainsi que 22 000 galaxies actives. Les amas de galaxies sont les plus grandes structures de l'Univers, pouvant atteindre des masses de plus de cent mille milliards de fois la masse du Soleil. Leur nombre et répartition ont pu être reconstitués jusqu'à des distances d'environ 7 milliards d'années-lumière où l'Univers n'a que la moitié de son âge actuel. Le sondage XXL a révélé une densité d'amas sensiblement moins élevée que celle prévue par les modèles cosmologiques et une quantité de gaz dans ces amas également plus faible qu'attendue. Il a aussi permis la découverte de 5 nouveaux super-amas ou amas d'amas de galaxies. Ces résultats préliminaires font l'objet d'une première série de 13 articles, publiés dans un numéro spécial de la revue Astronomy & Astrophysics (sous presse).
Dans un article de revue pour "Reports on Progress in Physics", Martin Kilbinger du Service d’Astrophysique/laboratoire AIM du CEA-Irfu présente un bilan complet des résultats obtenus à partir des observations des cisaillements cosmiques dans les 15 dernières années. L'effet de cisaillement cosmique, qui a été mesuré pour la première fois en 2000, se manifeste par des déformations des images des galaxies sous l'effet de la gravitation des amas de matière. Il permet notamment de cartographier la matière noire mais également de déterminer comment l'énergie sombre affecte la toile cosmique. L'article met en évidence les défis les plus importants pour transformer le cisaillement cosmique en un outil précis pour la cosmologie. Jusqu'à présent, la matière noire a été cartographiée pour seulement une minuscule fraction du ciel. Des observations à venir, comme celles de la future mission spatiale Euclid, couvriront la plupart des régions accessibles sur le ciel. La revue presente les progrès potentiels attendus de ces futures missions pour notre compréhension du cosmos.
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Dans le cadre d’un programme d’observations mené à l’aide du télescope spatial Hubble, une équipe du Service d’Astrophysique-Laboratoire AIM du CEA–IRFU conduite par Anita Zanella a découvert la naissance d’un super-amas d’étoiles au sein du disque d’une galaxie très lointaine. Ce gigantesque complexe d’étoiles est âgé de moins de 10 millions d’années, et c’est la toute première fois qu’une région de formation stellaire aussi jeune est observée dans l’Univers distant. Cette découverte apporte un éclairage nouveau sur la façon dont les étoiles se forment dans les galaxies lointaines. Les propriétés physiques de cet objet indiquent que les amas d’étoiles nouvellement formés au sein de telles galaxies résistent à l’action destructrice des vents stellaires et des supernovae, et qu’ils peuvent donc survivre plusieurs centaines de millions d’années contrairement aux prédictions de certains modèles théoriques. Leur grande durée de vie leur laisserait suffisamment de temps pour migrer vers les régions internes de la galaxie, contribuant ainsi à la masse totale du bulbe galactique et à la croissance du trou noir central. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature de mai 2015.
Une équipe internationale, dirigée par des astrophysiciens de l’Institut d’astrophysique spatiale à Orsay (CNRS/Université Paris-Sud) et de l’Institut de recherche en astrophysique et planétologie à Toulouse (CNRS/Université Paul Sabatier) et à laquelle ont contribué des chercheurs du Service d’Astrophysique-Laboratoire AIM du CEA-Irfu , ont découvert à l’aide des satellites Planck et Herschel de l’Agence Spatiale Européenne (ESA) de nouvelles et énigmatiques galaxies lointaines formant d’impressionnantes quantités d’étoiles. La plupart de ces galaxies présentent la propriété de se regrouper fortement et pourraient être des amas de galaxies en train de se former tant recherchés. Les scientifiques cherchent depuis longtemps à observer de telles formations qui peuvent aider à répondre à une question centrale de la cosmologie concernant la manière dont se forment les grandes structures dans l’Univers. Ces résultats signés par la collaboration Planck sont publiés dans la revue Astronomy & Astrophysics.
Une équipe internationale conduite par des chercheurs du Service d’Astrophysique-Laboratoire AIM du CEA-Irfu vient de mettre au point une nouvelle méthode permettant d’améliorer considérablement la reconstruction des images obtenues par les nouveaux radiotélescopes de très grande taille, consitués d'un réseau de multiples antennes. Fondée sur une nouvelle approche dérivée des mathématiques appliquées et inspirée d'une théorie d'échantillonnage récente basée sur la parcimonie du signal [1], cette méthode a permis de reconstruire des images de sources ponctuelles avec une résolution angulaire deux fois meilleure que celle obtenue par des méthodes classiques, ouvrant la voie à une "imagerie "super-résolue". Ces résultats sont publiés dans la revue Astronomy & Astrophysics de mars 2015.
Une collaboration internationale de chercheurs incluant Rafael A. García du Service d'Astrophysique du CEA-Irfu/laboratoire AIM est parvenue à déterminer la présence de forts champs magnétiques au coeur des étoiles géantes rouges qui vibrent comme le Soleil. En étudiant les ondes générées à la surface de centaines d’étoiles géantes rouges, les scientifiques ont pu sonder l’intérieur des astres et reconstituer leurs structures, caractérisant en particulier les phénomènes magnétiques internes. Ils ont pu découvrir ainsi l’existence d’un champ magnétique interne considérable. Ces résultats, obtenus par astérosismologie, analyse des faibles oscillations de luminosité d’une étoile, permettront aux chercheurs de mieux comprendre l’évolution des étoiles où le champ magnétique joue un rôle fondamental. Ces résultats sont publiés dans la revue Science du 23 octobre 2015.
Stéphane Mathis, chercheur du Service d'Astrophysique-Laboratoire AIM du CEA-Irfu vient de calculer pour la première fois l’énergie et la dissipation des ondes de marées produites dans l’enveloppe convective d’étoiles de différentes masses au cours de leur évolution. Ces ondes de marée ont une influence capitale lorsque l’étoile est entourée de planètes. Elles déterminent notamment l’évolution des orbites et de la vitesse de rotation de l'étoile. Ces travaux démontrent que la dissipation peut varier sur plusieurs ordres de grandeur en fonction de la masse, de l’âge et de la rotation des étoiles. Jusqu’ici, les effets des ondes de marée étaient considérés comme relativement constants. Cette étude amène donc à une profonde révision de l’évolution et de la dynamique des systèmes planétaires comme le Système solaire. Ces résulats sont publiés dans la revue Astronomy & Astrophysics.
Le Soleil et les étoiles de type solaire possèdent un cycle d’activité magnétique dont l’origine est encore mal comprise. L’irrégularité du cycle solaire de 11 ans ou le minimum de Maunder observé au 17-18ème siècle en sont les exemples les plus marquants. Une équipe franco-américaine comprenant S. Brun du Service d’Astrophysique/Laboratoire AIM du CEA-Irfu a pour la première fois obtenu grâce à des simulations numériques 3-D hautes performances plusieurs caractéristiques très similaires à la dynamo solaire. Ces simulations montrent à la fois une activité magnétique cyclique avec une période multi-annuelle, une propagation équatoriale de l’activité vers l’équateur formant un diagramme dit papillon similaire à celui du Soleil et une entrée et une sortie d’un grand minimum d’activité comme lors du minimum de Maunder. Les résultats de ces travaux, rendus possibles grâce à la puissance des ordinateurs des grands centres de calculs GENCI, PRACE et US, sont publiés dans la revue The Astrophysical Journal. Ils permettront de mieux préparer les futures missions d’observations des étoiles de type solaire.
Une équipe de chercheurs du Service d'Astrophysique-Laboratoire AIM du CEA-IRFU, vient d’apporter de nouvelles informations sur le cycle d’activité de 11 ans du Soleil. En effet, l’activité solaire, marquée notamment par le nombre de taches à sa surface, a changé de façon significative au cours des deux derniers cycles. Après un long et faible minimum à la fin du cycle 23, le cycle 24 contraste avec les cycles précédents par son activité réduite. L’étude des oscillations internes du Soleil, mesurées par l'instrument GOLF à bord du satellite SoHO sur plus de 18 ans a permis de montrer que seules les couches externes sous la surface ont été modifiées au cours du cycle 24, et que les caractéristiques magnétiques et structurelles des couches plus profondes sont restées comparables aux cycles précédents. Ces résultats sont publiés dans la revue Astronomy & Astrophysics de juin 2015.
Une équipe internationale de chercheurs, menée par le Service d’Astrophysique du CEA-Irfu, vient de mesurer avec précision la période de rotation et le degré d’activité magnétique de 310 étoiles de masses proches du Soleil, le plus grand échantillon jamais réuni. Ces mesures ont été obtenus par l’étude de faibles oscillations de luminosité des étoiles détectées par le satellite Kepler (NASA). Ces oscillations sont la manifestation d’ondes sismiques qui se propagent dans les intérieurs stellaires et leurs fréquences permettent d’évaluer l’âge et la vitesse de rotation des étoiles. L’étude a permis de confirmer avec précision le ralentissement des étoiles au fur et à mesure de leur évolution. Ces résultats, qui apportent un éclairage inédit sur cet aspect de l’évolution stellaire, sont publiés dans la revue Astronomy & Astrophysics de décembre 2014.
Le premier vol ballon du projet du CNES PILOT, un télescope dédié à la mesure de la polarisation du rayonnement submillimétrique émis par les poussières de la Galaxie, s'est déroulé avec succès depuis la base canadienne de Timmins. Embarquée sous un ballon stratosphérique de 800 000 m3, la charge utile de plus d'une tonne comprenant nacelle, télescope et instrument incluant le plan focal composé de matrices de bolomètres fournies par le CEA et héritées du projet Herschel, a décollé le dimanche 20 septembre 2015 à 21h00 avant d'atteindre son plafond 3 heures plus tard à une altitude de 40 km. Les mesures, rendues possibles à cette altitude car affranchies en grande partie de la barrière atmosphérique, ont pu alors commencé. Au cours des 24 heures de vol, plusieurs pointages du télescope ont permis de cartographier et de mesurer la polarisation de la lumière submillimétrique d'une grande partie de la Voie lactée. Ces données seront prochainement enrichies par des campagnes d'observations complémentaires. Hormis l'étude de l'émission polarisée de la poussière et des implications sur la nature du champ magnétique de la Galaxie, les données obtenues par le projet PILOT permettront de mieux soustraire cette composante agissant comme un avant-plan sur les mesures du fond diffus cosmologique.
PILOT (Polarized Instrument for Long-wavelength Observations of the Tenuous interstellar matter) est un projet développé par le CNES en collaboration avec des laboratoires du CNRS (l’IRAP et l’IAS), de l'Université Toulouse 3 Paul Sabatier, de l'Université Paris Sud 11 et du CEA, avec des contributions de l’Université La Sapienza de Rome et de l’Université de Cardiff, sous la direction scientifique de Jean-Philippe Bernard de l’IRAP.
Voir : Le communiqué de presse du CNES
Crédit photo: CNES/E. Grimault
Comment la température de l’atmosphère du Soleil peut-elle atteindre jusqu’à un million de degrés, alors que celle de la surface de l’étoile est d’environ 6 000°C ? En simulant l’évolution d’une partie de l’intérieur et de l’extérieur du Soleil, des chercheurs du Centre de physique théorique (CNRS/École Polytechnique) et du Service d’Astrophysique-Laboratoire AIM (CNRS/CEA/Université Paris Diderot) ont identifié les mécanismes apportant l’énergie capable de chauffer l’atmosphère solaire. Selon leur étude, une couche située sous la surface du Soleil, qui se comporte comme une casserole en ébullition, crée un champ magnétique à petite échelle comme réserve d’énergie qui, une fois sorti de l’étoile, chauffe les couches successives de l’atmosphère solaire via des réseaux de racines et de branches magnétiques [1], telle une mangrove. Ce chauffage de l’atmosphère, nécessaire à la création du vent solaire qui remplit l’héliosphère, pourrait concerner de nombreuses autres étoiles. Ce résultat parait dans la revue Nature du 11 juin 2015.
En analysant l’ensemble des données recueillies par le satellite XMM-Newton, une équipe internationale vient d’établir la carte la plus précise du gaz chaud de la région centrale de la Galaxie. Bulles, lobes et filaments sont recensés lors de cette étude dont certaines structures pour la première fois. Ce gaz de plusieurs millions de degré est la trace d’épisodes intenses d’activité au sein de cette région complexe. Supernova, vents d’étoiles massives et sursaut du trou noir central supermassif de la Galaxie sont évoqués pour rendre compte de l’émission X diffuse détectée par XMM-Newton. Ces travaux, auxquels ont contribué des chercheurs du Service d’Astrophysique du CEA–Irfu et du laboratoire Astroparticule et Cosmologie, ont conduit à l’élaboration d’un atlas des sources X diffuses de la région centrale de la Galaxie. Cette base de données sera extrêmement utile pour des études complémentaires, dans le domaine des rayons X et à d’autres longueurs d’onde. Ces résultats sont publiés dans la revue MNRAS.
Une équipe de chercheurs du CEA (Service d'Astrophysique-Laboratoire AIM et CEA-DAM) et du laboratoire Univers et Théories (LUTH) de l’Observatoire de Paris vient de publier une étude complète d’un phénomène énigmatique d’oscillations quasi-périodiques à la surface d’étoiles naines blanches fortement magnétiques, encore appelées « Polars ». Ces étoiles très denses sont en orbite autour d’un compagnon et capturent sa matière qui tombe en chute libre vers les pôles de la naine blanche. Fortement chauffé jusqu’à des millions de degrés, ce gaz chaud ou plasma émet alors principalement des rayons X. Grâce à des simulations numériques du comportement du plasma, les chercheurs ont pu reconstituer l’existence de fortes instabilités conduisant à des oscillations rapides de la luminosité en seulement quelques secondes. Pourtant, en utilisant la base de données du satellite XMM-Newton, ces oscillations ont été recherchées sans succès dans l’émission de rayons X de plus de 20 Polars.
Cette contradiction conduit aujourd’hui les chercheurs à proposer d’étudier le phénomène en laboratoire. En effet, des conditions physiques analogues peuvent être actuellement reproduites grâce aux lasers de grande puissance comme le LMJ (Laser Mégajoule) [1]. La maitrise des instabilités de plasma est un élément clé pour la fusion nucléaire par confinement magnétique (expérience ITER) ou inertiel (laser Mégajoule) et les instabilités de naines blanches pourraient contribuer à une meilleure compréhension de ce phénomène général. Ces résultats font l’objet de deux articles publiés dans la revue Astronomy & Astrophysics de juillet 2015.
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La cinquième version du catalogue de sources XMM-Newton (3XMM-DR5), le plus important catalogue de sources X jamais construit, contient 565 962 détections, allant d’objets proches de notre système solaire jusqu’aux trous noirs supermassifs aux confins de l’Univers. Chaque détection est accompagnée d’une foule d’informations permettant de mieux cerner la nature de ces objets. Ce catalogue, auquel ont contribué des chercheurs du Service d'Astrophysique du CEA-Irfu, devrait être à la base de nombreuses découvertes de nouvelles sources astrophysiques extrêmes.
Trois équipes du CEA (DSM/Irfu/Service d’Astrophysique, DRT/LIST/DM2I et DEN/MAR/DTEC) viennent de mettre au point, en partenariat avec des acteurs industriels et institutionnels, le prototype d’une caméra gamma ultra compacte de nouvelle génération pour la détection de sources radioactives. Réalisée dans le cadre du projet ORIGAMIX [1], cette caméra est équipée d’une matrice de détection en tellurure de cadmium (CdTe) couplée à une électronique frontale à hautes performances conçue et réalisée au CEA. Associé à un système d’imagerie à masque codé, le dispositif permet notamment de localiser avec précision les points chauds à forte radioactivité dans une zone affectée par un accident nucléaire. Un atout majeur de cette caméra réside dans sa portabilité et son excellente résolution spectrale qui permet de fournir des informations de premier plan sur l’identification et l’activité des radionucléides présents dans la zone contaminée. Ces travaux font l’objet d’une publication dans la revue Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 2015.