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La sonde Gaia promet de révolutionner l’astronomie

Gaia
Préparez-vous pour le 14 septembre 2016. À cette date, la sonde Gaia de l’Agence Spatiale européenne va nous proposer sa première carte de la Voie lactée. La sonde nous donnera des réponses sur des questions importantes de notre galaxie et de notre univers en général. L’histoire de la Voie lactée, l’emplacement de la matière noire, l’expansion de l’univers et même des milliers exoplanètes.
 
Gaia, un télescope spatial lancé par l'Agence Spatiale européenne en 2013, va publier sa première carte de la Voie lactée le 14 septembre 2016. Ce catalogue contient les positions en 3D de 2 057 050 étoiles et d'autres objets et comment ces positions ont changé sur les deux dernières décennies. Au fil du temps, la carte va contenir 1 milliard d'objets et elle sera dix fois plus précise que toutes les cartes que nous avons aujourd'hui.
 
La publication de la prochaine semaine va aussi inclure 19 papiers par les astronomes de Gaia qui ont déjà vu les données. Mais des équipes indépendantes sont également prêtes pour les évaluer. Lennart Lindegren, un astronome du Lund Observatory en Suède et l'un des principaux promoteurs du projet Gaia depuis 1993, espère que les astronomes vont produire plus de 100 papiers dans les semaines qui suivront la publication de la carte.
 
Certains groupes envisagent même des événements de type Hacking de Gaia ou Gaia Sprint où les chercheurs vont se coordonner pour exploiter cette soudaine manne de données. Gaia va révolutionner notre connaissance sur les étoiles et la Voie lactée selon David Hogg, un astronome de l'université de New York qui va diriger certains de ces événements. Mais qu'est-ce qu'on peut attendre de la sonde Gaia ?

L'archéologie de la Voie lactée

 
La sonde Gaia va permettre de mieux comprendre la structure de la Voie lactée
 
La vision en 3D portée par Gaia sur la Voie lactée va révéler comment les étoiles se déplacent sous sa force gravitationnelle combinée. Cela permettra de comprendre la structure de la galaxie incluant des parties qui ne sont pas visibles depuis la Terre telle que le Bar, deux bras qui vont du centre galactique pour rejoindre ses bras en spirale.
 
Les chercheurs pourront aussi identifier les groupes particuliers d'étoiles qui se déplacent à grandes villes et dont on estime qu'ils sont les restes de fusions avec des petites galaxies selon Michael Perryman, un astronome de l'University College et un ancien responsable de Gaia pour l'ESA. Combiné avec des informations existantes telles que la couleur, la température et la composition chimique des étoiles, cette carte va permettre aux chercheurs de reconstruire l'archéologie de la galaxie. Pendant toute son existence, Gaia va révolutionner notre compréhension de la Voie lactée selon Monica Valluri, une astronome à l'université du Michigan.

Où est la matière noire de la Voie lactée ?

Les détails de la trajectoire des étoiles ne vont pas seulement révéler la matière visible, mais également la matière noire. Et cela nous permettra de découvrir où se trouve cette matière noire. Gaia permettra aussi de tester des hypothèses exotiques. L'hypothèse standard de la matière noire prédit que la force gravitationnelle de la Galaxie est sphériquement symétrique à côté du centre, mais devient élongée comme un ballon de football américain selon Valluri. Mais une hypothèse alternative appelée MOND (Modified Newtonian dynamics) implique que cette force gravitationnelle en forme de crêpe. En analysant la vélocité des étoiles, qui dépend de la force gravitationnelle, Gaia va permettre de confirmer ou d'infirmer l'une de ces hypothèses.
 
On peut aller plus loin. Les données de Gaia vont peut-être nous dire si c'est la matière noire qui a tué les dinosaures. Si la matière noire est concentrée dans une forme de disque noir à côté du plan galactique selon cette hypothèse audacieuse, alors elle a pu déclencher les impacts d'astéroïdes qui ont provoqué des extinctions de masse dans le système solaire.

Le débat sur les distances stellaires

 
L'Amas des Pléiades, Gaia va nous donner sa distance exacte par rapport au soleil
 
Les mesures précises de la distance des étoiles par rapport à notre soleil permettront aux astrophysiciens de peaufiner le modèle de l'évolution des étoiles. Nos théories actuelles se basent énormément sur les estimations de distance pour comprendre comment la lumière intrinsèque d'une étoile change pendant son existence.
 
L'un des premiers groupes d'étoiles ciblés par les chercheurs sera les Pléiades, un amas dans la constellation du Taureau. La plupart des observations, incluant celle du télescope Hubble, placent l'amas à environ 135 Parsecs (440 années-lumière). Mais les résultats basés sur les données provenant de Hipparcos, une mission spatiale qui a précédé Gaia, suggèrent que cet amas se trouve seulement à 120 Parsecs.
 
Certains doutent de la mesure d'Hipparcos. Gaia va utiliser un instrument similaire, mais beaucoup plus performant. Je pense que les résultats d'Hipparcos seront infirmés par Gaia selon David Soderblom du Space Telescope Science Institute à Baltimore.

Des milliers de nouveaux mondes

 
Des milliers de nouvelles exoplanètes grâce à la sonde Gaia
 
Les astronomes ont découvert des milliers de planètes qui orbitent autour d'autres étoiles. Généralement, on les découvre en détectant la baisse de la luminosité de l'étoile quand la planète passe devant. Gaia va détecter les exoplanètes avec une autre méthode. La mesure des oscillations légères de la position de l'étoile qui est provoquée par la force gravitationnelle de la planète.
« Je parie que Gaia va découvrir des milliers de nouveaux mondes » affirme Gregory Laughlin, un astronome de l'université de Yale. La technique de Gaia est adaptée pour détecter de grandes planètes avec des orbites larges selon Alessandro Sozzetti, un chercheur de Gaia à l'observatoire d'astrophysique de Turin en Italie. Et contrairement à la méthode sur la baisse de luminosité, la technique de Gaia mesure directement la masse de planètes. Mais la recherche d'exoplanètes avec cette méthode va prendre des années et on n'aura pas les résultats avec 2018.

Quelle est l'accélération de l'expansion de l'univers ?

 
L'étoile RS Puppis, utilisée comme une chandelle cosmique pour mesurer l'expansion de l'univers
 
Même si Gaia est une exploratrice de la Voie lactée, son influence atteint tout l'univers observable. Les mesures directes de distance de Gaia fonctionnent uniquement pour la Voie lactée et son voisinage. Pour estimer les distances des galaxies lointaines, les astronomes attendent des explosions telles que les Supernovæ Ia. La luminosité d'une telle supernova révèle la distance de la galaxie correspondante. Ces phares célestes, connus comme des chandelles cosmiques, ont été les principaux outils pour mesurer la vitesse de l'expansion de l'univers. Ces mesures ont amené les astronomes à proposer une mystérieuse énergie noire qui est derrière cette expansion.
 
Mais pour utiliser les supernovæ comme des phares, les astronomes doivent les comparer avec d'autres chandelles standards dans notre galaxie. Dans la première carte, Gaia va mesurer la distance de milliers de ces étoiles avec une grande précision. Par la suite, les mesures de la sonde permettront aux cosmologues d'améliorer la carte de tout l'univers et résoudre les estimations contradictoires de l'expansion de l'univers.

La menace des astéroïdes invisibles

Comme elle scanne constamment le ciel, Gaia va également découvrir des choses proches de nous. L'objectif est de détecter 350 000 astéroïdes à l'intérieur du système solaire selon Paolo Tanga, astronome de Gaia à l'observatoire de la Cote d'Azur à Nice. Et ces objets vont inclure les objets géocroiseurs dont les orbites les amènent à une distance de 200 millions de kilomètres de la Terre.
Si Gaia détecte un objet géocroiseur, alors la sonde peut alerter les observatoires basés au sol pour établir si l'objet est une menace. À partir de son point de vue très avantageux dans l'espace, Gaia va scanner tout le ciel pour révéler des objets qui sont trop proches du soleil pour qu'on les détecte depuis la Terre selon Anthony Brown, un astronome du Leiden Observatory aux Pays-Bas qui préside la collaboration sur l'analyse des données de Gaia. Et en suivant certains astéroïdes qui orbitent autour du soleil sur plusieurs années, Gaia pourra effectuer des tests très sensibles de la théorie de la relativité générale.
 
Jacqueline Charpentier, Journaliste
Source : Houssenia