La nouvelle publication de Gaia révèle des lentilles rares,
des noyaux d’amas et des données scientifiques imprévues
ESA : 2023-10-10
Aujourd’hui, la mission Gaia de l’ESA libère une mine d’or de connaissances sur notre galaxie et au-delà. Entre autres découvertes, l’étude d’étoiles dépasse son potentiel prévu pour révéler un demi-million d’étoiles nouvelles et faibles dans un amas massif, identifier plus de 380 lentilles cosmiques possibles et localiser avec précision la position de plus de 150 000 astéroïdes dans le système solaire.
Gaia cartographie notre galaxie et au-delà avec des détails multidimensionnels extraordinaires, réalisant ainsi le recensement stellaire le plus précis jamais réalisé. La mission dresse un tableau détaillé de notre place dans l’Univers, nous permettant de mieux comprendre les divers objets qui s’y trouvent.
La dernière « version de produit ciblé » de la mission s’appuie davantage sur cela, fournissant de nombreuses informations nouvelles et améliorées sur l’espace qui nous entoure. Cette publication apporte une science passionnante et inattendue : des découvertes qui vont bien au-delà de ce que Gaia a été initialement conçu pour découvrir et approfondir notre histoire cosmique. Alors, quoi de neuf chez Gaia ?
Un demi-million de nouvelles étoiles : le mode d’observation de Gaia étendu pour débloquer les cœurs du cluster. La troisième publication de données de Gaia (DR3) contenait des données sur plus de 1,8 milliard d’étoiles, créant ainsi une vue assez complète de la Voie lactée et au-delà. Cependant, des lacunes subsistent dans notre cartographie. Gaia n’avait pas encore pleinement exploré les zones du ciel qui étaient particulièrement densément peuplées d’étoiles, les laissant relativement inexplorées – et surplombant des étoiles qui brillaient moins fort que leurs nombreuses voisines.
Les amas globulaires en sont un exemple clé. Ces amas font partie des objets les plus anciens de l’Univers, ce qui les rend particulièrement précieux pour les scientifiques qui étudient notre passé cosmique. Malheureusement, leurs noyaux brillants, remplis d’étoiles, peuvent submerger les télescopes qui tentent d’obtenir une vision claire. En tant que tels, ils restent des pièces manquantes du puzzle dans nos cartes de l’Univers.
Pour combler les lacunes de nos cartes, Gaia a sélectionné Omega Centauri, le plus grand amas globulaire visible depuis la Terre et un excellent exemple d’amas « typique ». Plutôt que de se concentrer uniquement sur des étoiles individuelles, comme c’est généralement le cas, Gaia a activé un mode spécial pour cartographier véritablement une zone de ciel plus large entourant le noyau de l’amas à chaque fois que l’amas est visible.
Aujourd’hui, la mission Gaia de l’ESA publie une mine d’or de connaissances sur notre galaxie et au-delà dans sa « version de produit ciblée ». Entre autres découvertes, l’astronome révèle plus d’un demi-million d’étoiles faibles dans un amas massif – des étoiles que le télescope n’avait jamais vues auparavant.
La troisième publication de données de Gaia (DR3) contenait des données sur plus de 1,8 milliard d’étoiles, créant ainsi une vue assez complète de la Voie lactée et au-delà. Cependant, des lacunes subsistent dans notre cartographie. Gaia n’avait pas encore entièrement étudié les zones du ciel qui étaient particulièrement densément peuplées d’étoiles, les laissant relativement inexplorées et surplombant les étoiles qui brillaient moins fort que leurs nombreuses voisines.
Pour combler les lacunes de nos cartes, Gaia a sélectionné Omega Centauri, le plus grand amas globulaire visible depuis la Terre et un excellent exemple d’amas « typique ». Plutôt que de se concentrer uniquement sur des étoiles individuelles comme il le ferait habituellement, Gaia a activé un mode spécial pour cartographier véritablement une zone de ciel plus large entourant le noyau de l’amas à chaque fois que l’amas est visible.
L’équipe a révélé 526 587 nouvelles étoiles Gaia provenant de ce seul amas, détectant les étoiles trop rapprochées pour être mesurées dans le pipeline régulier du télescope et celles du noyau de l’amas qui sont jusqu’à 15 fois plus faibles que celles observées précédemment. Les nouvelles données révèlent 10 fois plus d’étoiles dans Omega Centauri ; ces nouvelles connaissances permettront aux chercheurs d’étudier la structure de l’amas, la façon dont les étoiles qui le composent sont distribuées, comment elles se déplacent, et bien plus encore, créant ainsi une carte complète à grande échelle d’Omega Centauri. Gaia explore ainsi neuf régions surpeuplées, les résultats complets étant attendus dans la version 4 de Gaia Data.
L’image d’Omega Centauri dans cette infographie, dans le cercle en médaillon, montre l’amas observé par Gaia. Des étoiles de toutes luminosités sont visibles au sein de l’amas.
« Dans Omega Centauri, nous avons découvert plus d’un demi-million de nouvelles étoiles que Gaia n’avait jamais vues auparavant, à partir d’un seul amas ! » déclare l’auteur principal Katja Weingrill de l’Institut Leibniz d’astrophysique de Potsdam (AIP), en Allemagne, et membre de la collaboration Gaia.
« Il ne s’agit pas seulement de combler les lacunes de notre cartographie, même si cela est précieux en soi », ajoute Alexey Mints, co-auteur et membre de Gaia Collaboration, également de l’AIP. « Nos données nous ont permis de détecter des étoiles trop proches les unes des autres pour être correctement mesurées dans le pipeline régulier de Gaia. Avec les nouvelles données, nous pouvons étudier la structure de l’amas, la façon dont les étoiles qui le composent sont distribuées, comment elles se déplacent, et plus encore, créant une carte complète à grande échelle d’Omega Centauri. Elle utilise Gaia à son plein potentiel – nous avons déployé cet incroyable outil cosmique à sa puissance maximale. 10 fois plus d’étoiles avec la comparaison des deux vues d’Omega Centauri vers Gaia.
La mission d’observation des étoiles Gaia de l’ESA a publié un trésor de nouvelles données dans le cadre de sa « publication de produit ciblée ». Dans le cadre de cette publication de données, Gaia a exploré Omega Centauri, le plus grand amas globulaire visible depuis la Terre et un excellent exemple d’amas « typique ».
L’équipe a révélé 526.587 étoiles que Gaia n’avait jamais vues auparavant, détectant les étoiles trop rapprochées pour être mesurées dans le pipeline régulier du télescope et celles du noyau de l’amas qui sont jusqu’à 15 fois plus faibles que celles observées précédemment. Les nouvelles données révèlent 10 fois plus d’étoiles dans Omega Centauri ; ces nouvelles connaissances permettront aux chercheurs d’étudier la structure de l’amas, la répartition des étoiles qui le composent, leur mouvement, etc.
Ci-dessous : l’image de gauche provient de la version 3 des données de Gaia en 2022. L’image de droite provient de la publication des données d’aujourd’hui et montre combien de nouvelles sources ont été imagées au centre de l’amas. Seules les étoiles faibles d’Omega Centauri sont représentées sur les deux images.
Texte alternatif : cette image compare deux vues d’un amas d’étoiles, qui apparaît comme une collection d’étoiles brillantes sur un fond sombre. À gauche, l’amas à peu près circulaire apparaît comme un beignet avec un centre vide. À droite, ce vide a été comblé, avec tellement d’étoiles présentes que le noyau semble presque solidement brillant plutôt que composé d’étoiles individuelles.
Cette découverte non seulement atteint mais dépasse en réalité le potentiel prévu de Gaia. L’équipe a utilisé un mode d’observation conçu pour garantir le bon fonctionnement de tous les instruments de Gaia. « Nous ne pensions pas pouvoir l’utiliser à des fins scientifiques, ce qui rend ce résultat encore plus excitant », ajoute Katja. Les nouvelles étoiles révélées dans Omega Centauri marquent l’une des régions les plus peuplées explorées par Gaia jusqu’à présent.
Gaia explore actuellement huit autres régions de cette manière, dont les résultats seront inclus dans la version 4 de Gaia Data. Ces données aideront les astronomes à véritablement comprendre ce qui se passe au sein de ces éléments constitutifs cosmiques, une étape cruciale pour les scientifiques visant à confirmer l’âge de notre galaxie, localiser son centre, déterminer si elle a subi des collisions passées, vérifier comment les étoiles changent au cours de leur vie, contraindre nos modèles d’évolution galactique et, finalement, en déduire l’âge possible de l’Univers lui-même.
À la recherche de lentilles : Gaia la cosmologiste accidentelle Bien que Gaia n’ait pas été conçu pour la cosmologie, ses nouvelles découvertes explorent les profondeurs de l’Univers lointain, à la recherche d’objets insaisissables et passionnants qui contiennent des indices sur certaines des plus grandes questions de l’humanité sur le cosmos : les lentilles gravitationnelles.
La lentille gravitationnelle se produit lorsque l’image d’un objet lointain est déformée par une masse inquiétante – une étoile ou une galaxie, par exemple – située entre nous et l’objet. Cette masse intermédiaire agit comme une loupe géante, ou lentille, qui peut amplifier la luminosité de la lumière et projeter plusieurs images de la source lointaine sur le ciel. Ces configurations curieuses et rares sont visuellement intrigantes et possèdent une immense valeur scientifique, révélant des indices uniques sur les tout premiers jours et les habitants de l’Univers.
« Gaia est un véritable chercheur de lentilles », déclare la co-auteure Christine Ducourant du Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux, France, et membre de la collaboration Gaia. « Grâce à Gaia, nous avons découvert que certains des objets que nous voyons ne sont pas simplement des étoiles, même s’ils leur ressemblent. Ce sont en fait des quasars à lentilles très lointaines – des noyaux galactiques extrêmement brillants et énergétiques alimentés par des trous noirs qui forment désormais 381 candidats solides pour les quasars à lentilles, dont 50 que nous jugeons très probables : une mine d’or pour les cosmologistes, et le plus grand ensemble de candidats jamais publiés en même temps.
Gaia localise des centaines de candidats quasars à lentille dans une nouvelle publication de données
Aujourd’hui, la mission Gaia de l’ESA publie une mine d’or de connaissances sur notre galaxie et au-delà dans sa « version de produit ciblée ». Entre autres découvertes, l’arpenteur a identifié 381 lentilles cosmiques possibles : des objets insaisissables et passionnants qui contiennent des indices sur certaines des plus grandes questions de l’humanité sur le cosmos.
Les chercheurs de Gaia ont découvert que certains des objets que nous voyons dans le ciel qui nous entoure ne sont pas de simples étoiles, même s’ils leur ressemblent. Ce sont en fait des quasars à lentilles très lointaines – des noyaux galactiques extrêmement brillants et énergétiques alimentés par des trous noirs. Les chercheurs présentent 381 candidats solides pour les quasars à lentilles, dont 50 jugés très probables : le plus grand ensemble de candidats jamais publiés en même temps.
L’équipe a identifié les candidats parmi une longue liste de 3 760 032 quasars possibles (y compris ceux identifiés dans le cadre de Gaia DR3). Cinq des lentilles possibles sont des croix d’Einstein potentielles, des systèmes de lentilles rares avec quatre composantes d’image différentes en forme de croix.
Le graphique en haut à gauche montre le phénomène de lentille gravitationnelle avec un peu plus de profondeur. Cela se produit lorsque l’image d’un objet lointain est déformée par une masse inquiétante – une étoile ou une galaxie, par exemple – située entre nous et l’objet. Cette masse intermédiaire agit comme une loupe géante, ou lentille, qui peut amplifier la luminosité de la lumière et projeter plusieurs images de la source lointaine sur le ciel. Ces configurations curieuses et rares sont visuellement intrigantes et possèdent une immense valeur scientifique, révélant des indices uniques sur les tout premiers jours et les habitants de l’Univers.
Les six systèmes de lentilles illustrés à droite ont été identifiés dans Gaia DR3 et montrés comme vus par l’instrument spectroscopique de l’énergie noire (DESI) et PanSTARRS.
L’équipe a identifié les candidats parmi une longue liste de quasars possibles (y compris ceux de Gaia DR3). Cinq des lentilles possibles sont des croix d’Einstein potentielles, des systèmes de lentilles rares avec quatre composantes d’image différentes en forme de croix. (Voir 12 configurations de ce type découvertes par Gaia en 2021.) Trouver des quasars à lentilles est un défi. Les images constitutives d’un système de lentilles peuvent se regrouper dans le ciel de manière trompeuse, et la plupart sont très éloignées, ce qui les rend faibles et difficiles à repérer.
« Ce qui est génial avec Gaia, c’est qu’il regarde partout, donc on peut trouver des lentilles sans avoir besoin de savoir où chercher », ajoute Laurent Galluccio, co-auteur de l’Université Côte d’Azur, France, et membre de la collaboration Gaia. « Avec cette publication de données, Gaia est la première mission à réaliser une étude de tout le ciel des lentilles gravitationnelles à haute résolution ».
L’extension de la valeur de Gaia à la cosmologie apporte une synergie avec la mission Euclid de l’ESA, récemment lancée dans sa quête d’exploration de l’Univers sombre. Alors que les deux se concentrent sur différentes parties du cosmos – Euclide sur la cartographie de milliards de galaxies, Gaia sur la cartographie de milliards d’étoiles – les quasars à lentilles découverts par Gaia peuvent être utilisés pour guider l’exploration future avec Euclide.
Astéroïdes, étoiles empilées et étoiles pulsantes
D’autres articles publiés aujourd’hui offrent un aperçu plus approfondi de l’espace qui nous entoure et des objets divers et parfois mystérieux qui s’y trouvent.
On en dévoile davantage sur 156 823 des astéroïdes identifiés comme faisant partie de Gaia DR3. Le nouvel ensemble de données identifie les positions de ces corps rocheux sur près du double de la période précédente, rendant la plupart de leurs orbites – basées uniquement sur les observations de Gaia – 20 fois plus précises. À l’avenir, Gaia DR4 complétera l’ensemble et inclura des comètes, des satellites planétaires et doublera le nombre d’astéroïdes, améliorant ainsi notre connaissance des petits corps dans l’espace proche.
20 fois plus précis : Gaia cartographie plus de 150 000 orbites d’astéroïdes
La mission d’observation des étoiles Gaia de l’ESA a publié un trésor de nouvelles données dans le cadre de sa « publication de produit ciblée ». L’un des nouveaux articles révèle plus d’informations sur 156 823 des astéroïdes identifiés comme faisant partie de Gaia DR3, dont les orbites sont montrées sur cette image. Le nouvel ensemble de données identifie les positions de ces corps rocheux sur près du double de la période précédente, rendant la plupart de leurs orbites – basées uniquement sur les observations de Gaia – 20 fois plus précises.
Cette image utilise les données DR3 pour montrer les 156 823 orbites d’astéroïdes. Les cercles bleus et jaunes plus larges dans le cadre montrent les orbites planétaires, tandis que la myriade de tourbillons intérieurs colorés sont des astéroïdes. La région centrale se trouve entièrement sur l’orbite de Jupiter (cercle bleu).
Un autre article cartographie le disque de la Voie lactée en traçant les signaux faibles observés à la lumière des étoiles, de faibles empreintes de gaz et de poussière qui flottent entre les étoiles. L’équipe Gaia a empilé six millions de spectres pour étudier ces signaux, formant ainsi un ensemble de données incroyablement vaste de caractéristiques faibles qui n’avaient jamais été mesurées auparavant sur un échantillon aussi vaste. Nous espérons que l’ensemble de données permettra aux scientifiques de préciser enfin la source de ces signaux, que l’équipe soupçonne d’être une molécule organique complexe. En savoir plus sur l’origine de ce signal nous aide à étudier les processus physiques et chimiques complexes et entrelacés actifs dans toute notre galaxie, et à mieux comprendre la matière située entre les étoiles.
Enfin, un article caractérise la dynamique de 10 000 étoiles géantes rouges pulsées et binaires dans la plus grande base de données de ce type disponible à ce jour. Ces étoiles faisaient partie d’un catalogue de deux millions d’étoiles candidates variables publiées dans Gaia DR3 et sont essentielles au calcul des distances cosmiques, à la confirmation des caractéristiques stellaires et à la clarification de la façon dont les étoiles évoluent dans le cosmos. La nouvelle version permet de mieux comprendre comment ces étoiles fascinantes évoluent au fil du temps.
Gaia caractérise la dynamique de 10 000 étoiles variables
La mission d’observation des étoiles Gaia de l’ESA a publié un trésor de nouvelles données dans le cadre de sa « publication de produit ciblée ». L’un des nouveaux articles caractérise la dynamique de 10 000 étoiles géantes rouges pulsées et binaires dans la plus grande base de données de ce type disponible à ce jour. Ces étoiles faisaient partie d’un catalogue de deux millions d’étoiles candidates variables publiées dans Gaia DR3 et sont essentielles au calcul des distances cosmiques, à la confirmation des caractéristiques stellaires et à la clarification de la façon dont les étoiles évoluent dans le cosmos. La nouvelle version permet de mieux comprendre comment ces étoiles fascinantes évoluent au fil du temps.
Chaque symbole sur cette carte du ciel indique la position d’une des sources du catalogue. Chacune est codée par couleur en fonction du type de variabilité de l’étoile vue par Gaia. Les symboles rouges sont des variables à longue période (LPV) dont la variabilité est pilotée par la pulsation de l’étoile. Les points verts représentent les étoiles dites à « longue période secondaire » (LSP), dont la cause de la variabilité est encore débattue mais qui serait liée à un nuage de poussière en orbite autour de l’étoile. Les symboles bleus sont des variables ellipsoïdales : des géantes rouges qui font partie d’un système binaire avec un objet compact et dense, et dont la forme est déformée en forme d’œuf en raison de la forte attraction gravitationnelle de ce compagnon. Chaque source change de luminosité à peu près périodiquement et a une vitesse de ligne de mire variable mesurée par Gaia. Cela signifie que la surface stellaire s’approche ou s’éloigne de nous de manière cyclique lorsque l’étoile palpite, ou que l’étoile elle-même s’approche/s’éloigne lorsqu’elle se déplace tout au long de son orbite. Plus le ton est sombre et la taille de chaque symbole est grande, plus la vitesse de cette étoile change tout au long de son cycle.
« Cette publication de données démontre une fois de plus la valeur vaste et fondamentale de Gaia, même sur des sujets pour lesquels il n’était pas initialement conçu », déclare Timo Prusti, scientifique du projet Gaia à l’ESA.
“Bien que son objectif principal soit d’étudier les étoiles, Gaia explore tout, depuis les corps rocheux du système solaire jusqu’aux multiples quasars imagés situés à des milliards d’années-lumière, bien au-delà des limites de la Voie Lactée. La mission offre une véritable un aperçu unique de l’Univers et des objets qu’il contient, et nous tirons vraiment le meilleur parti de sa large perspective sur le ciel qui nous entoure.
Les prochaines étapes
La précédente publication de données de Gaia, Gaia DR3, a eu lieu le 13 juin 2022. Il s’agissait de l’étude la plus détaillée de la Voie lactée à ce jour et d’un trésor de données sur d’étranges « tremblements d’étoiles », des étoiles à mouvement asymétrique, de l’ADN stellaire et bien plus encore. Gaia DR3 contenait des détails nouveaux et améliorés sur près de deux milliards d’étoiles de la Voie lactée, ainsi que le plus grand catalogue d’étoiles binaires, des milliers d’objets du système solaire et, plus loin et en dehors de notre galaxie, des millions de galaxies et de quasars.
La prochaine publication de données de la mission, Gaia DR4, n’est pas attendue avant la fin de 2025. Elle s’appuiera sur Gaia DR3 et sur cette version intermédiaire du produit pour améliorer encore notre compréhension de la Voie Lactée multidimensionnelle. Cela affinera notre connaissance des couleurs, des positions et des mouvements des étoiles ; résoudre des systèmes stellaires variables et multiples ; identifier et caractériser les quasars et les galaxies ; lister les candidats exoplanètes ; et plus.
Traduction : Olivier Sabbagh