Actualités 2010

Une équipe internationale d’astronomes, comprenant plusieurs chercheurs français, vient de mesurer l’éloignement exact de cinq galaxies très lointaines, grâce à l'observatoire spatial Herschel de l'ESA et à des observations au sol, impliquant notamment l’interféromètre de l’Institut de radioastronomie millimétrique¹ . Les chercheurs ont ainsi démontré que la lumière de ces galaxies avait dû voyager pendant environ dix milliards d'années avant de nous atteindre. Pour parvenir à ces résultats, ils ont tout d’abord mis au point une nouvelle méthode qui utilise, pour la première fois dans le domaine submillimétrique² , un phénomène appelé « lentille gravitationnelle », sorte de loupe cosmique que détecte Herschel. Difficiles à observer jusqu’à aujourd’hui, ces galaxies lointaines en cours d’évolution rapide constituent l’une des clés pour mieux comprendre l’histoire des galaxies dans notre Univers. Ces résultats sont publiés dans la revue Science du 5 novembre 2010.

Des simulations numériques ‘haute résolution’ réalisées par des chercheurs  du Service d'Astrophysique du CEA-Irfu/AIM  viennent de révéler que la plus célèbre collision de galaxies, la collision des Antennes, produit beaucoup plus d'étoiles que ne le laissaient penser les observations. Lors d'une rencontre entre deux galaxies, la compression du gaz entraine l'allumage de nouvelles étoiles. Jusqu'ici, il semblait que ces nouvelles étoiles n'apparaissaient que dans les régions de forte densité, principalement vers le coeur de la collision. La reproduction sur ordinateur de la collision, avec une résolution permettant pour la première fois  de distinguer les plus petits nuages de gaz, montre au contraire que la flambée d'étoiles se répartit beaucoup plus uniformément à l'intérieur d'une myriade de super-amas d'étoiles dispersés à travers les disques des galaxies. Ce résultat important permet de mieux comprendre pourquoi dans certaines collisions près de 100 à 1000 étoiles par an peuvent apparaitre en même temps. Ces travaux sont publiés dans la revue Astrophysical Journal Letters.

Une  équipe internationale menée par des astrophysiciens de l'Observatoire de Lyon (CRAL, CNRS/INSU, Université Lyon 1) et du laboratoire AIM (CEA-Irfu,CNRS,Université Paris 7) vient de lever le voile sur l'origine de l'anneau de gaz géant du Lion. Les astrophysiciens ont pu détecter une contrepartie optique à ce nuage qui correspond à des étoiles en formation avec le télescope Canada-France-Hawaii (INSU-CNRS, CNRC, U. Hawaii). Par le biais de simulations numériques réalisées sur les supercalculateurs du CEA, les chercheurs ont ensuite proposé un scénario de formation de cet anneau. Il s'agit d'une violente collision entre deux galaxies. Ils ont pu identifier les coupables et dater l'impact. Cette découverte permet donc d'affirmer que ce gaz n'est pas primordial, mais bien d'origine galactique. Ces travaux sont publiés dans la revue Astrophysical Journal Letters.

Après son lancement le 14 mai 2009, le satellite Planck [1] observe en continu la voûte céleste et cartographie l'ensemble du ciel depuis le 13 août, pour obtenir la première image à très haute résolution de l'aube de l'Univers. Le satellite Planck vient de terminer son premier tour de ciel. Les premières images révèlent des détails insoupçonnés sur l'émission de gaz et de poussières dans notre propre galaxie. Des scientifiques du CEA-Irfu, au sein d'une large collaboration internationale, travaillent actuellement sur l'extraction et l'exploitation des catalogues d'objets détectés par Planck. Ces catalogues intermédiaires sont indispensables pour comprendre et soustraire les émissions parasites en avant plan de la lumière de fond de l'univers, trace fossile de ses premiers âges. Ils permettent également de mieux comprendre la formation des plus grandes structures de l'univers, les amas de galaxies. Les premiers catalogues devraient être publiés en janvier 2011. En revanche, les publications scientifiques définitives sur la première lumière de l'Univers ne devraient intervenir que vers la fin 2012.

Une large collaboration internationale [1], incluant des chercheurs du Service d'Astrophysique du CEA-Irfu, CEA-IRAMIS et le CEA-DAM, vient de mesurer pour la première fois les effets de l'absorption de la lumière par le nickel dans des plasmas à très hautes températures, similaires à ceux qui existent dans l'enveloppe de certaines étoiles variables de type Cépheïdes. Ces étoiles qui sont un des indicateurs importants de distance dans l'univers, présentent des pulsations périodiques créées par une brusque augmentation de l’absorption de la lumière par le gaz chaud de l'étoile. Elles sont dues à l’interaction sur des éléments spécifiques partiellement ionisés tels que l’hélium, l’oxygène, le fer et le nickel. Jusqu'ici, cette absorption ne pouvait être évaluée que par des modèles complexes de physique atomique et des plasmas. Grâce à des tirs lasers, les chercheurs ont pu recréer en laboratoire un plasma de nickel avec des températures de 116 000 à 440 000 degrés et des densités de l’ordre de quelques milligrammes par centimètre-cube qui reproduisent les distributions ioniques rencontrées dans les enveloppes d’étoiles. La mesure directe de l'opacité du nickel est une des validations essentielles qui permettent de vérifier l'exactitude des modèles actuels de la structure des étoiles.

Une  équipe internationale comprenant un chercheur du Service d'Astrophysique du CEA-Irfu  a obtenu grâce au télescope spatial Hubble (HST) récemment remis à neuf de nouvelles données de l’environnement  spectaculaire de la supernova SN1987A. Les mesures spectroscopiques tant attendues depuis la panne du spectrographe STIS en 2004 ont permis de poursuivre en 2010 l’étude de l’anneau, de ses points brillants et des  chocs induits par l’explosion. Les chercheurs observent, comme prédit, une augmentation de l'intensité des raies en émission, et mettent en évidence que le rayonnement de l'anneau vers le centre de la supernova est réfléchi par l'hydrogène qu'il rencontre. Ils ont aussi  découvert la présence d’ions d’azote quatre fois ionisé, lesquels sont très sensibles au champ magnétique, encore très mal connu. Ces travaux, publiés dans la revue Science datée du 2 septembre 2010, illustrent le succès de la dernière mission de maintenance du télescope Hubble.

Une  équipe internationale [1] menée par un astrophysicien du CEA (Laboratoire AIM- Service d'Astrophysique du CEA-Irfu) a observé pour la première fois le cycle d'activité magnétique dans une étoile en utilisant la technique de sismologie stellaire, étude des vibrations d'un astre. L'étude de HD49933 par le satellite CoRoT a ainsi révélé un cycle d'activité magnétique, identique à celui observé dans le Soleil mais beaucoup plus court.  Ce résultat ouvre la voie à l'étude via l'astérosismologie de nombreuses étoiles afin de mieux comprendre  les mécanismes responsables des cycles d'activité, celui du Soleil inclus. Ces travaux sont publiés dans la revue Science datée du 27 août 2010.

Des simulations numériques réalisées par une équipe d'astrophysiciens du laboratoire AIM-CEA Saclay (Université Paris Diderot, CEA, CNRS) et de l'observatoire de Nice montrent, à partir des observations effectuées avec la mission Cassini, comment certaines petites lunes de Saturne se forment encore actuellement à partir de la matière des anneaux de Saturne, plusieurs milliards d'années après la fin de la formation des planètes et satellites du Système solaire. Ces travaux sont publiés dans la revue Nature du 10 juin 2010 . 

Le Service d'Astrophysique du CEA-Irfu, responsable scientifique et technique de l'imageur MIRIM (pour Mid InfaRred IMager ou Imageur pour l'infrarouge Moyen) du spectro-imageur MIRI, un des instruments majeurs du prochain télescope spatial James Webb (JWST), vient de livrer le modèle final de l'imageur au laboratoire Rutherford à Appleton en Angleterre, chargé des derniers tests avant la livraison  pour intégration sur le JWST début 2011. Le JWST, une mission conjointe des agences spatiales étatsunienne (NASA), canadienne (CSA) et européenne (ESA), est un satellite de plus de six tonnes comportant un télescope de 6,5 mètres de diamètre dont le lancement est prévue pour mi 2014 par une fusée Ariane 5.

La caméra MIRIM est un instrument clef pour l'objectif principal du JWST qui consiste à explorer l'Univers tel qu'il était il y a  plus de 13 milliards d'années, au moment où se sont formés les tout premiers objets lumineux. MIRIM devrait permettre des découvertes majeures dans l'étude de la formation des galaxies et des étoiles et également dans le domaine de la recherche  de planètes lointaines grâce à un dispositif très novateur, un coronographe à masque de phase, qui permet "d'éteindre" la lumière d'une étoile pour voir plus facilement une planète proche de l'étoile.

 Voir l'animation de "l'extinction" d'une étoile dans le coronographe

Le satellite Planck vient de découvrir un superamas de galaxies grâce à son empreinte sur le rayonnement fossile, témoin des premiers instants de l’Univers. Il s’agit d’une première pour le satellite, qui a également révélé, avec une extrême précision, de nouveaux amas de galaxies.

Ces objets, qui abritent des centaines voire des milliers de galaxies, sont les plus grandes structures connues de l’Univers. Grâce à ces données, les scientifiques espèrent mieux comprendre comment la matière noire et la matière visible se rassemblent sous la forme de telles structures.

Après son lancement le 14 mai 2009, le satellite Planck [1] observe en continu la voûte céleste et cartographie l'ensemble du ciel depuis le 13 août, pour obtenir la première image à très haute résolution de l'aube de l'Univers. Le satellite Planck vient de terminer son premier tour de ciel. Les premières images révèlent des détails insoupçonnés sur l'émission de gaz et de poussières dans notre propre galaxie. Des scientifiques du CEA-Irfu, au sein d'une large collaboration internationale, travaillent actuellement sur l'extraction et l'exploitation des catalogues d'objets détectés par Planck. Ces catalogues intermédiaires sont indispensables pour comprendre et soustraire les émissions parasites en avant plan de la lumière de fond de l'univers, trace fossile de ses premiers âges. Ils permettent également de mieux comprendre la formation des plus grandes structures de l'univers, les amas de galaxies. Les premiers catalogues devraient être publiés en janvier 2011. En revanche, les publications scientifiques définitives sur la première lumière de l'Univers ne devraient intervenir que vers la fin 2012.

Les magnétars forment une classe d’étoiles à neutrons qui se distingue de celle des pulsars par un champ magnétique bien plus puissant, cent ou mille fois supérieur. Ce champ extrême explique selon la théorie actuelle leur soudaine et intense activité. Mais l’observation par une équipe internationale incluant un chercheur du laboratoire AIM/Service d'Astrophysique du CEA-Irfu du magnétar SGR0418+5729 vient de rendre cette classification moins tranchée.  En observant pendant plus d’une année sa période de rotation, les scientifiques ont  calculé que son champ magnétique de surface était bien plus faible et similaire en intensité à celui des pulsars ordinaires. L’activité type magnétar pourrait être ainsi un épisode dans la vie de certains pulsars et les magnétars potentiellement plus nombreux au sein de la Galaxie. Ces travaux sont publiés dans la revue Science express du 14 octobre 2010.

Une  équipe internationale comprenant un chercheur du Service d'Astrophysique du CEA-Irfu  a obtenu grâce au télescope spatial Hubble (HST) récemment remis à neuf de nouvelles données de l’environnement  spectaculaire de la supernova SN1987A. Les mesures spectroscopiques tant attendues depuis la panne du spectrographe STIS en 2004 ont permis de poursuivre en 2010 l’étude de l’anneau, de ses points brillants et des  chocs induits par l’explosion. Les chercheurs observent, comme prédit, une augmentation de l'intensité des raies en émission, et mettent en évidence que le rayonnement de l'anneau vers le centre de la supernova est réfléchi par l'hydrogène qu'il rencontre. Ils ont aussi  découvert la présence d’ions d’azote quatre fois ionisé, lesquels sont très sensibles au champ magnétique, encore très mal connu. Ces travaux, publiés dans la revue Science datée du 2 septembre 2010, illustrent le succès de la dernière mission de maintenance du télescope Hubble.

Le premier relevé complet du ciel par le satellite à rayons gamma Fermi vient d’être publié. Ce catalogue, résultat des onze premiers mois d’observation de la mission, contient 1451 objets, soit cinq fois plus que la mission précédente, le télescope EGRET, au cours de ses 10 ans de fonctionnement. Véritable outil pour la communauté scientifique, il fournit la position des sources, leur flux, distribution en énergie (spectre) et variabilité temporelle. Si la moitié des sources a pu être identifiée (galaxies actives, pulsars, restes de supernova...), la fraction restante est l’objet de nombreuses recherches dans tous les domaines de longueurs d’onde.

L’équipe du CEA de l’IRFU/SAp a été au cœur de l’élaboration de ce catalogue qui a nécessité la mise au point d’outils spécifiques, en particulier pour extraire les sources faibles de l’émission diffuse de la Galaxie. Ce rayonnement, interaction entre les rayons cosmiques et le milieu interstellaire, joue en effet le rôle de brouillard qui rend la détection des objets délicate.

Le relevé du ciel conduit par Fermi se poursuit pour une durée d’au moins 5 ans. Le catalogue est publié dans le numéro de Juin 2010 de la revue The Astrophysical Journal Supplement.

Le trou noir central de la Galaxie, aujourd'hui étonnamment calme, a connu il y a plusieurs centaines d'années un violent regain d'activité. C'est en étudiant l'émission à haute énergie des nuages moléculaires situés dans les régions centrales de la Galaxie, qu'une équipe internationale dirigée par des astrophysiciens du laboratoire APC et incluant des chercheurs du Service d'Astrophysique du CEA-Irfu est arrivée à cette conclusion. Les chercheurs ont découvert des variations étonnantes, dont certaines semblent se propager  par un effet d'optique à une vitesse supérieure à la vitesse de la lumière. Elles révèlent une éruption géante amorcée il y a environ 400 ans. Le puissant sursaut est visible aujourd'hui après sa réflexion sur des nuages moléculaires qui jouent le rôle de miroirs célestes. L'histoire récente ainsi retracée montre que le trou noir du centre galactique n'est pas aussi éloigné de la famille des trous noirs supermassifs des noyaux actifs de galaxies. Ces travaux, basés sur deux programmes à long terme sur les satellites XMM-Newton et Integral, font l'objet de deux publications complémentaires dans la revue The Astrophysical Journal.

Pour la première fois, la simulation en trois dimensions des suites d'une explosion d'étoile, en incluant l'importante contribution des particules accélérées par le choc produit par l'expansion, vient d'être réalisée par une équipe du Service d'Astrophysique du CEA-Irfu. Jusqu'ici ces simulations complexes se concentraient ou bien sur le calcul du mouvement d'expansion de la  matière éjectée, ou bien sur le calcul de l'accélération de particules. L'évolution de la structure issue de l'explosion de l'étoile, qui a pu être suivie sur 500 ans, montre que les particules accélérées diminuent sensiblement la taille de la zone choquée. Les résultats peuvent être comparés aux observations en rayons X réalisées en 2005 à la position de l'explosion d'étoile observée en 1572 par l'astronome danois Tycho Brahe. Ces simulations issues du programme de calcul COAST permettent de mieux comprendre les mécanismes complexes d'accélération des "rayons cosmiques", ces flots de particules parcourant la galaxie à des vitesses proches de celle de la lumière.

 Voir l'animation de l'expansion après l'explosion d'une étoile

Des chercheurs du Laboratoire d'Étude des Phénomènes Cosmiques de Haute Énergie et des experts en simulations numériques du groupe COAST, ont réalisé le couplage entre un code hydrodynamique 3D et un modèle d'accélération de particules, permettant pour la première fois d'étudier de façon réaliste les signatures morphologiques des protons accélérés par l'onde de choc d'un reste de supernova, en fonction de l'efficacité du mécanisme d'accélération, et en prenant en compte des instabilités qui affectent la zone choquée.