LESIA - Observatoire de Paris

Lancement du James Webb Space Telescope

2021-12-16T15:08:02Z

Avec un décollage imminent prévu fin décembre 2021, le James Webb Space Telescope sera l'outil incontournable pour étudier les premiers instants de l'Univers, les grands ensembles de galaxies, la vie et la mort des étoiles et l'atmosphère des exoplanètes.

Le James Webb Space Telescope, le plus grand observatoire spatial jamais conçu, est maintenant prêt à s'envoler pour sa destination, une orbite autour du point de Lagrange L2 situé 1,5 millions de km derrière la Terre, à l'opposé du Soleil. Cet environnement stable et froid va lui permettre d'atteindre une température par refroidissement passif de 50 Kelvin nécessaire à l'observation du rayonnement infrarouge. Le JWST est en effet un télescope optimisé pour l'infrarouge contrairement au HST (Hubble Space Telescope) pour observer le faible signal des galaxies les plus éloignées de nous qui, à cause de l'expansion de l'Univers, émettent le maximum de leur lumière dans l'infrarouge. L'objectif ambitieux est de pouvoir remonter au moment où les premières étoiles et les premières galaxies se sont formées.

Le JWST va également s'attaquer à un autre sujet extrêmement ambitieux : la caractérisation des atmosphères d'exoplanètes. Le LESIA a pour cela conçu les coronographes de l'instrument MIRI, le seul des 4 instruments à pouvoir observer dans l'infrarouge moyen entre 5 et 28 microns. Ce domaine spectral présente deux avantages pour les exoplanètes : il contient la signature de nombreuses molécules (vapeur d'eau, ammoniac, méthane, monoxyde de carbone…) et le rapport d'intensité (ou contraste) entre une étoile et une planète est plus favorable qu'à courte longueur d'ondes.

Inversement, la résolution angulaire est réduite et il a donc fallu adapter le système coronographique pour atteindre les objectifs scientifiques. Les coronographes seront utilisés pour imager directement des planètes géantes jeunes orbitant à plusieurs unités astronomiques de leur étoile. MIRI possède également un spectrographe basse résolution permettant d'étudier la composition des atmosphères de planètes qui transitent devant leur étoile.

Les équipes françaises ayant contribué à la réalisation de MIRI sous l'égide du CNES, ont conçu un film d'animation retraçant le voyage de JWST jusqu'au point de Lagrange L2 et le fonctionnement des modes d'observations d'exoplanètes.

Soutenance de thèse de Maëlle LE GAL le vendredi 3 septembre 2021

2021-08-27T12:04:40Z

La soutenance de thèse de Maëlle LE GAL aura lieu le vendredi 3 septembre 2021 à 14h00 dans la salle de conférence du Château, à Meudon.

La thèse sera également accessible en visioconférence via le lien :

https://www.youtube.com/channel/UCzPLngWE_6JVuJ4szh8U-RQ

Elle sera soutenue en anglais.

Title

"High-resolution, space spectropolarimeters for a wide ultra-violet range : design and tests"

Abstract

Several space mission projects, such as LUVOIR, Arago, PolStar or CASSTOR, plan to use a spectropolarimeter op- erating in the ultraviolet (UV) range. The main goals of these instruments is the study of stars and their environment, in particular their magnetic fields and magnetospheres, as well as the interstellar medium and exoplanets. However, high-resolution spectropolarimeters operating over a wide spectral range only exist on instruments on Earth and in the visible or infrared wavelength ranges. The work carried out in this thesis aims at studying prototype polarimeters in order to design and optimize them over the wavelengths of interest. Several wavelength ranges were considered, depending on the studied instruments, between 90 and 400 nm. Two prototypes were studied : one using birefringent materials and operating by transmission, and one operating exclusively by reflection. An optimization method was developed to maximize the efficiency of the polarimeters for the chosen wavelength ranges. Finally, three experiments were set up to test these two prototypes optically and thermally. Two experiments were designed to test the transmission polarimeter. First, it was tested in the UV and in vacuum in order to measure the polarimetric efficiencies of the prototype under its operating conditions. Then, examples of the modulator used in this polarimeter underwent a series of thermal cycles to study the resistance of molecular adhesion of its plates. Finally, the third experiment tests a prototype by reflection using gold mirrors. This experiment also allows us to measure the polarimetric properties of some materials foreseen for such polarimeters and thus better simulate the studied polarimeters. The methods used to optimize and design the polarimeters as well as the experiments carried out and their results are presented in this thesis.

Thérèse Encrenaz, lauréate du prix Gerard P. Kuiper 2021

2021-08-24T17:30:37Z

La Division des sciences planétaires de l'American Astronomical Society décerne le prix Gerard P. Kuiper 2021 à Thérèse Encrenaz, directrice de recherche émérite CNRS au LESIA / Observatoire de Paris – PSL, pour ses contributions exceptionnelles dans le domaine des sciences planétaires.


Thérèse Encrenaz: © DR

Ce prix lui est attribué en reconnaissance des progrès réalisés dans la compréhension des atmosphères planétaires grâce à ses techniques pionnières, ainsi que pour avoir permis des recherches importantes grâce à son rôle de leader, principalement au LESIA, pendant quatre décennies.

Ses méthodes d'observation innovantes, utilisant des instruments tels que le Texas Echelon Cross Echelle Spectrograph (TEXES), monté sur l'Infrared Telescope Facility (IRTF) de la NASA, ont permis de cartographier le peroxyde d'hydrogène et sa variabilité saisonnière dans l'atmosphère martienne. Avec son étude de la variation spatiale et saisonnière de l'eau, ces découvertes ont permis de mieux comprendre la chimie de l'atmosphère martienne.

Thérèse Encrenaz a fait progresser la science atmosphérique vénusienne en mesurant et en analysant la variation de l'abondance de l'eau et du dioxyde de soufre au sommet des nuages.

Lire l'article "Phosphine sur Vénus : absence de trace dans des spectres infrarouges".

Outre ses recherches, Thérèse Encrenaz a joué un rôle de premier plan dans plusieurs missions spatiales, notamment en tant que Mission Scientist pour l'Observatoire infrarouge spatial (ISO) et en tant que co-investigatrice de missions telles que Vega, Galileo, Mars Express, Venus Express et Rosetta.

Elle a largement diffusé la science planétaire auprès du grand public en écrivant une vingtaine de livres de vulgarisation scientifique.

Quelques ouvrages de l'auteure à découvrir

"Les Planètes et la vie", Thérèse ENCRENAZ, James LEQUEUX et Fabienne CASOLI, EDP Sciences, 2019, ISBN 13 : 978-2-7598-2354-3.

"La révolution des exoplanètes", James LEQUEUX, Thérèse ENCRENAZ et Fabienne CASOLI, Éditions EDP Sciences, Collection "Une Introduction à...", 2017, ISBN-13 : ‎978-2-7598-2111-2.

"Jupiter - la Conquête d'une Planète Géante", James LEQUEUX, Thérèse ENCRENAZ, Édition Belin, 2016, ISBN-13 : ‎978-2-7011-9612-1.

Bételgeuse : sa perte de luminosité historique enfin expliquée

2021-06-16T17:43:02Z

Au cours de l'hiver 2019-2020, l'étoile Bételgeuse avait surpris le monde entier en subissant une perte soudaine de luminosité visible à l'œil nu. Quelle en était la raison ? Une équipe internationale menée par un chercheur du LESIA de l'Observatoire de Paris – PSL, éclaircit le mystère en publiant le 17 juin 2021 une étude dans la revue Nature, après une campagne d'observations menée au Very Large Telescope de l'ESO.

Bételgeuse est la deuxième étoile la plus brillante de la constellation d'Orion (le chasseur). C'est une supergéante rouge et l'une des plus grosses étoiles connues, environ 1 000 fois plus grosse que le Soleil. C'est aussi l'une des étoiles les plus lumineuses de notre ciel, rayonnant comme plus que 100 000 soleils réunis. De telles propriétés impliquent une fin imminente pour ce mastodonte stellaire. Avec un âge de seulement quelques millions d'années. Bételgeuse approche déjà de la fin de sa vie et est vouée à exploser en supernova.

Au cours de l'hiver 2019-2020, Bételgeuse a capté l'attention de la communauté astronomique, en devenant bien moins brillante qu'elle ne l'avait été depuis au moins 150 ans. Pour en comprendre la raison, une campagne d'observations a été menée par une équipe internationale d'astronomes dirigée par un chercheur de l'Observatoire de Paris – PSL au LESIA, à l'aide des instruments SPHERE au Very Large Telescope de l'ESO (Chili), et GRAVITY équipant son interféromètre, le VLTI.


La surface de Bételgeuse avant et pendant la baisse temporaire de sa luminosité, entre 2019 et 2020: Crédit : ESO/M. Montargès et al.

C'est en comparant deux images de Bételgeuse, l'une prise en décembre 2019, l'autre plus ancienne obtenue en janvier 2019, que l'équipe avait remarqué un assombrissement sur la partie Sud de Bételgeuse, sans pouvoir en déterminer l'origine.

L'équipe a poursuivi ses observations sans relâche et a mis en évidence une activité minimale de l'étoile fin janvier 2020 suivie d'un retour à son niveau nominal de brillance en mars 2020 : « En l'espace de quelques semaines, ce fut une occasion inouïe d'assister à des changements d'ampleur, et encore jamais observés à la surface de l'étoile », commente Miguel Montargès, post-doctorant PSL au LESIA, et premier auteur de l'étude.

En publiant un article le 17 juin 2021 dans la revue Nature, l'équipe révèle, à travers ses observations inédites de l'étoile, l'origine de sa baisse de luminosité. Deux phénomènes successifs y ont contribué : un refroidissement local s'est produit à sa surface et a provoqué une formation de poussières ; celle-ci a eu lieu devant l'astre, une zone dans laquelle se trouvait aussi un nuage de gaz précédemment éjecté par l'étoile. Ces nouvelles poussières constituent la fameuse poussière d'étoiles. « L'affaiblissement exceptionnel de la luminosité de Bételgeuse nous a permis de voir cette immense étoile expulser en direct sa matière dans l'espace. C'est un phénomène essentiel pour comprendre l'évolution de la matière à l'échelle cosmique. » souligne Pierre Kervella, astronome de l'Observatoire de Paris – PSL au LESIA et coauteur de l'étude.

Observée début 2020, la baisse de luminosité de Bételgeuse avait pu laisser présager son explosion imminente en supernova. Elle serait alors devenue visible en plein jour, et aurait été aussi brillante que la pleine lune, la nuit. Un tel événement n'a pas été observé dans notre Galaxie depuis le XVIIᵉ siècle. Inutile de préciser que les moyens d'observations n'étaient pas aussi précis à l'époque que maintenant.

Si les chercheurs ne savent toujours pas exactement quels sont les signes avant-coureurs d'une supernova, leur publication confirme définitivement que la diminution de luminosité de Bételgeuse n'est pas l'annonce de son agonie imminente.

Pour Emily Cannon de la KU Leuven en Belgique, seconde autrice de la publication, « c'était fascinant de suivre jour après jour l'évolution de la courbe de lumière de cette étoile et de recevoir ses images. Cette étoile, si familière, nous est apparue différente pendant quelques mois, rompant avec la constance du firmament ». Selon Miguel Montargès, « cette avancée va permettre de mieux comprendre le destin des étoiles massives – progénitrices des supernovæ, des étoiles à neutrons et des trous noirs – mais aussi comment elles enrichissent la Galaxie en éléments lourds pouvant être à l'origine de la formation de nouvelles planètes. »

Ces résultats sont le fruit d'une précision inégalée délivrée par les instruments SPHERE et GRAVITY, à la construction desquels les équipes de l'Observatoire de Paris – PSL et du CNRS au LESIA, ont été étroitement associées. Le LESIA développe dès à présent de nouveaux instruments qui permettront à l'avenir de continuer à suivre Bételgeuse avec plus de détails, tel l'imageur par optique adaptative MICADO qui équipera l'Extremely Large Telescope (ELT) de 39 m de diamètre, en cours de construction par l'ESO au Chili.

Bibliographie

Ce travail de recherche a fait l'objet d'un article intitulé « A dusty veil shading Betelgeuse during its Great Dimming » par Miguel Montargès et al. paru le 16 juin 2021 dans la revue Nature.
DOI : 10.1038/s41586-021-03546-8

Contact LESIA

Miguel MONTARGÈS

Pierre KERVELLA

Feu vert de l'ESA pour la mission EnVision

2021-06-11T15:30:55Z

Le 10 juin 2021, le comité des programmes de l'ESA a sélectionné la mission EnVision, renouant ainsi avec l'exploration de Vénus. La phase de réalisation va pouvoir commencer, à la satisfaction des équipes scientifiques françaises étroitement impliquées dans la conception du projet, notamment au LESIA de l'Observatoire de Paris - PSL.


Image d'artiste de la mission EnVision en orbite basse autour de la planète Vénus: Crédits : Observatoire de Paris / VR2Planets / Damia Bouic

Située à 0,72 unités astronomiques du Soleil, avec un rayon 0,95 fois celui de la Terre, Vénus est la planète qui aurait dû ressembler le plus à notre planète dans le Système solaire.

Cependant, à une période donnée de l'histoire il y a eu une bifurcation : la Terre a été continuellement habitable depuis près de 4 milliards d'années, mais Vénus est devenue la planète inhabitable que nous connaissons aujourd'hui.

L'exploration de Vénus est donc indispensable pour comprendre les conditions de formation et d'évolution des planètes de masse terrestre, et l'évolution de l'habitabilité et des conditions d'apparition de la vie.

Vénus suscite encore de nombreuses questions, toujours sans réponses :

Vénus avait-elle de l'eau liquide à sa surface,
- comment son atmosphère a-t-elle évolué au fil du temps,
- et quand et pourquoi l'effet de serre a-t-il atteint les caractéristiques extrêmes que nous connaissons aujourd'hui ?
Quelles sont les propriétés d'échange entre la surface et l'atmosphère ?
Quels ont été les différents régimes d'activité volcanique et tectonique de Vénus au cours de son histoire géologique ?
La tectonique des plaques, peut-être épisodique, a-t-elle été présente comme sur Terre, et quelles en ont été les conséquences sur la formation et la distribution des reliefs accidentés ou la modification de la surface ?
Quelle est la composition des roches constituant les tesserae, hauts plateaux rocheux peut-être analogues à nos continents ?
Quel est le degré d'altération et d'oxydation de ces roches ?
Et ces surfaces conservent-elles des traces d'une époque antérieure où l'eau était plus répandue ?
Les variations rapides de la composition atmosphérique en éléments soufrés, sont-elles le reflet d'une activité volcanique présente ?

Un double héritage : Magellan et Venus Express

La mission EnVision s'inscrit dans le double héritage de la mission Magellan de la NASA (1990-1994), et de la mission Venus Express de l'ESA (2007-2014).

Elle caractérisera simultanément l'ensemble des processus géophysiques opérant sur Vénus depuis le noyau interne jusqu'à sa haute atmosphère.

La phase de sélection s'est déroulée en plusieurs étapes :

Appel à proposition de missions lancé par l'ESA en avril 2016 ;
Pré-sélection en avril 2018 de 3 missions sur les 27 proposées pour des études de concepts détaillés ;
M5 Mission Definition Review (MDR) en décembre 2018 ;
Publication de l'Assessment Study Report en février 2021 ;
M5 Mission Selection Review (MSR) en février-avril 2021 ;
Evaluation du résultat des études par un comité d'experts et recommandation d'une mission en mai 2021 ;
Vote formel du Comité des Programmes de l'ESA et annonce publique le 10 juin 2021.

La phase de sélection a pu montrer que le concept de mission, les paramètres orbitaux, les contraintes environnementales, le transfert et le stockage des données, et l'accommodation des instruments sur le satellite sont compatibles avec les contraintes du programme M5.

EnVision devient officiellement la 5e mission de classe intermédiaire du programme « Cosmic Vision » de l'Agence Spatiale Européenne, dotée d'une enveloppe budgétaire de 610 millions d'euros (2021).

La mission EnVision sera lancée par Ariane 6.2 au début de la décennie 2030. Les opérations scientifiques débuteront après le voyage interplanétaire et une phase d'aérofreinage dans la haute atmosphère de Vénus précédant la mise à poste en orbite basse polaire.

EnVision repose sur un partenariat ESA-NASA fortement intégré, dans lequel la NASA fournit l'instrument principal, un radar à synthèse d'ouverture en bande S (VenSAR) étudié au Jet Propulsion Laboratory. La charge utile scientifique est constituée d'un second radar permettant de sonder les couches superficielles du sol (SRS), étudié par l'Agence spatiale italienne (ASI), et d'une suite de trois spectromètres fonctionnant dans l'infrarouge et dans l'ultraviolet (VenSpec-M, -H, -U), étudiés respectivement par l'Agence spatiale allemande (DLR), belge (BELSPO), et française (CNES).


La sonde spatiale EnVision: Lancée par Ariane 6.2 en 2032, la sonde spatiale EnVision observera la planète Vénusdans de multiples gammes de fréquence, pour l'étude simultanée de la surface, l'intérieur et l'atmosphère de notre proche voisine.
Crédits : Observatoire de Paris - PSL / VR2Planets

Le rôle déterminant des laboratoires français

La mission est proposée par le Royaume Uni (R. Ghail, Royal Halloway, Université de Londres, C. Wilson, Université d'Oxford) et par la France (T. Widemann, Observatoire de Paris-PSL et Université de Versailles Saint-Quentin/Paris-Saclay)

EnVision poursuivra l'avancée européenne sur Vénus après la mission Venus Express (2007-2014, plus de 400 publications scientifiques) et plus particulièrement celle des laboratoires français avec VIRTIS et SPICAV (LESIA, LATMOS).

L'Observatoire de Paris a été de 2013 à 2016 le coordinateur du projet FP7 EuroVénus de l'Union Européenne, également porté par T. Widemann.

Par ailleurs, la France est le leader mondial de la modélisation climatique et chimique de l'atmosphère vénusienne (LMD) et possède une très solide expertise en radiométrie radar ou sub-surface des surfaces planétaires (LATMOS, IPAG).

Les équipes françaises sont intimement intégrées à EnVision avec :

la responsabilité scientifique de l'instrument UV (E. Marcq au LATMOS, avec participation du LESIA et de l'IRAP) et une contribution matérielle significative à l'imageur multispectral IR (LATMOS, LESIA), qui permettront tous deux de relier l'activité de la surface à celle de l'atmosphère,

la responsabilité scientifique de la radio science (C. Dumoulin et P. Rosenblatt au LPG) pour caractériser la structure du champ de gravité et la dynamique interne, ainsi que l'étude de l'atmosphère par occultation radio ;

des co-investigateurs scientifiques sur la globalité de la mission (LESIA, LATMOS, IRAP, LPG, LAM, etc.).

Pour en savoir plus

Le communiqué de l'ESA : http://www.esa.int

Le site internet de la mission : http://envisionvenus.eu

Contact LESIA

Thomas WIDEMANN, LESIA - Observatoire de Paris-PSL et Université de Versailles Saint-Quentin/Paris-Saclay

Soutenance d'habilitation à diriger des recherches de Kévin BELKACEM le vendredi 28 mai 2021

2021-05-21T14:58:54Z

La soutenance d'habilitation à diriger des recherches (HDR) de Kévin BELKACEM aura lieu le vendredi 28 mai 2021 à 14h00, en visioconférence.

Elle sera diffusée en direct sur la chaîne YouTube du LESIA :

https://www.youtube.com/channel/UCzPLngWE_6JVuJ4szh8U-RQ

Titre

« Astérosismologie des étoiles de faible masse et couplage oscillations/convection turbulente »

Résumé

La physique stellaire a connu ces dernières années des évolutions importantes et rapides. Une part des avancées est à mettre sur le compte de la sismologie stellaire et l'avènement de l'astérosismologie spatiale, grâce aux missions CoRoT et Kepler, qui ont permis d'augmenter significativement le nombre d'étoiles observées avec des oscillations mais également la qualité de ces observations. De nouveaux champs se sont alors ouverts et des synergies méthodologiques et scientifiques ont émergées. L'arrivée prochaine de la mission spatiale PLATO permettra d'exploiter au mieux toutes ces opportunités et laisse donc entrevoir que l'astérosismologie restera un domaine dynamique pour de nombreuses années encore.

Dans ce contexte, les pulsateurs de type solaire sont certainement ceux qui ont apporté la plus riche moisson de résultats scientifiques. J'aborderai certains aspects, principalement théoriques, sur lesquels j'ai travaillé. En premier lieu, suite à la multiplication des détections des étoiles présentant des oscillations semblables à celles observées dans le Soleil, une nouvelle façon de faire de la sismologie a émergée, c'est la sismologie d'ensemble. Cela va de l'utilisation de lois d'échelle afin d'obtenir des estimations précises des paramètres stellaires à l'exploitation des modes mixtes permettant de sonder le cœur des étoiles évoluées en passant par la mise en évidence du ralentissement du cœur de ces étoiles. La recherche d'un processus physique capable d'expliquer ces observations et donc de redistribuer le moment cinétique est devenu un enjeu majeur. Le second aspect qui sera abordé est lié à la physique des oscillations et à son lien avec les propriétés de la convection turbulente dans les étoiles de faible masse. Cette intrication est le résultat d'un couplage fort dont plusieurs observables viennent témoigner, à savoir : l'amplitude, la largeur, ou encore les fréquences de modes d'oscillation. J'aborderai donc les travaux que j'ai effectué autour de ces observables avec le souci constant de tenter d'appréhender au mieux la physique sous-jacente et ainsi faire le lien avec les propriétés de la turbulence. Obtenir des contraintes fortes sur la turbulence dans des régimes stellaires est en effet un objectif de long terme de mon travail.

Philippe Zarka lauréat d'une bourse « ERC advanced »

2021-04-26T14:22:26Z

Philippe Zarka est lauréat d'une bourse « ERC advanced » pour le projet EXORADIO dont l'objectif est l'étude des émissions radio d'exoplanètes.

Le projet EXORADIO

Les exoplanètes émettent des émissions radios dont l'origine peut être la magnétosphère de l'exoplanète ou son interaction avec le plasma contenu dans le vent stellaire de son étoile hôte. Ces phénomènes sont bien connus dans le Système solaire. Ils se manifestent par exemple sous forme d'aurore polaire permettant d'étudier la diversité et les propriétés des magnétosphères planétaires. Mais on sait peu de chose sur leurs équivalents dans les systèmes exoplanétaires.

Le projet EXORADIO vise à mieux comprendre ces mécanismes en les observant pour une diversité de types d'étoiles, de propriétés de vents stellaires, de champs magnétiques et de géométries d'interaction.

Les observations se concentreront sur les basses fréquences radio de 10 à 85 Mhz grâce à l'instrument NenuFAR installé à l'Observatoire de Paris sur le site de Nançay.

NenuFAR permettra de mener le plus grand programme de recherche d'exoplanètes aux fréquences radio dans l'hémisphère nord. Le projet EXORADIO préparera également l'exploration du ciel austral avec le Square Kilometer Array.


Illustration du projet EXORADIO: Le projet EXORADIO a pour objectif d'étudier les magnétosphères d'exoplanètes à partir de l'instrument NenuFAR.

Les bourses ERC « advanced »

Les bourses ERC « advanced » permettent de financer des projets sur 5 ans à hauteur maximale de 2,5 millions d'euros pour « une recherche d'excellence, en rupture, située aux frontières de la connaissance ».

En 2021, elles ont concerné 209 lauréats pour un budget total de 507 millions d'euros, en sciences physiques et ingénierie, en sciences de la vie et en science humaines et sociales. Le projet EXORADIO fait partie des 7,8% de projets sélectionnés en 2021.


Philippe ZARKA

Des astronomes observent les champs magnétiques aux abords du trou noir supermassif de la galaxie Messier 87 (M87)

2021-03-24T14:13:43Z

Le 10 avril 2019, la collaboration Event Horizon Telescope (EHT) a publié la toute première image d'un trou noir au cœur de la galaxie M87, révélant une structure brillante en forme d'anneau avec une région centrale sombre - l'ombre du trou noir. Depuis, la collaboration EHT a réanalysé ces données recueillies en 2017 et a découvert qu'une fraction significative de la lumière autour du trou noir était polarisée.


Image en lumière polarisée du trou noir supermassif au coeur de la galaxie Messier 87 (M87): Les lignes marquent l'orientation de la lumière polarisée aux abords du trou noir, une signature des champs magnétiques.
Credit image : Collaboration EHT

C'est la première fois que les astronomes sont capables de mesurer la polarisation si près du bord d'un trou noir qui permet de cartographier les lignes de champ magnétique présentes aux abords du trou noir. Ces observations sont essentielles pour expliquer comment la galaxie M87, située à 55 millions d'années-lumière, est capable de lancer des jets énergétiques à partir de son noyau.

Les puissants jets de matière qui émergent du noyau de M87 et s'étendent sur au moins 5 000 années-lumière depuis son centre sont l'une des caractéristiques les plus mystérieuses et les plus énergétiques de la galaxie. La plupart de la matière se trouvant près du bord d'un trou noir y tombe. Cependant, certaines des particules environnantes s'échappent quelques instants avant d'être capturées et sont projetées loin dans l'espace sous forme de jets. Grâce aux nouveaux résultats de l'EHT, les astronomes ont réussi pour la première fois à observer la région située juste à l'extérieur du trou noir, où se produit cette interaction entre la matière qui entre et celle qui est éjectée.

Pour observer le cœur de la galaxie M87, la collaboration EHT a relié huit télescopes du monde entier, afin de créer un télescope virtuel de la taille de la Terre. L'impressionnante résolution obtenue avec l'EHT est équivalente à celle nécessaire pour mesurer la longueur d'une carte de crédit à la surface de la Lune.

Les résultats sont publiés aujourd'hui dans deux articles de la revue “The Astrophysical Journal Letters”. Plus de 300 chercheurs de plusieurs organisations et universités à travers le monde ont participé à cette recherche.

Le LESIA est impliqué dans la collaboration EHT avec un chercheur, coordinateur du groupe de travail “Propagation des ondes radio” et qui participe, avec les données EHT, aux recherches de pulsars en orbite autour du trou noir de notre Galaxie, Sgr A*.

Références

Paper VII (The Astrophysical Journal Letters, Vol. 910, L12) :
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/abe71d

Paper VIII (The Astrophysical Journal Letters, Vol. 910, L13) :
http://doi.org/10.3847/2041-8213/abe4de

Contacts

Gregory DESVIGNES
LESIA, Observatoire de Paris
Email : gregory.desvignes observatoiredeparis.psl.eu

Monika Mościbrodzka
Radboud Universiteit
Nijmegen, The Netherlands
Tel : +31 (0) 24 365 28 04
Email : m.moscibrodzka astro.ru.nl

Ivan Martí Vidal
Universitat de València
Burjassot, València, Spain
Tel. +34 963 543 078
Email : i.marti-vidal uv.es

Phase de tests réussie pour SuperCam

2021-03-11T10:22:40Z

Trois semaines après l'atterrissage remarqué du rover Perseverance, l'instrument SuperCam vient d'achever sa phase de tests techniques. Toutes les fonctionnalités sont opérationnelles, y compris celles du spectrographe infrarouge réalisé au LESIA. La mission scientifique peut commencer.

Le rover Perseverance de la NASA a atterri dans le cratère Jezero le 18 février 2021. Cette phase critique de la mission Mars2020, appelée EDL (Entry Descent and Landing), s'est déroulée nominalement, le point d'atterrissage se situant à seulement 1 km du centre de la zone d'incertitude mesurant environ 8 km de rayon. Diffusés par la NASA, les images, les films et les sons de cet évènement ont conquis le monde entier


Descente du rover Skycrane soutenu par des câbles depuis la grue volante: Crédit image : NASA/JPL-Caltech/LANL/CNES/CNRS

La partie la plus emblématique de ce rover qui donne à Perseverance cette apparence particulière avec une forme d'oeil, n'est autre que l'instrument franco-americano-espagnol, SuperCam, une sorte de “couteau suisse” permettant d'analyser à distance le sol et les roches de Mars.

SuperCam est constitué de trois parties : le Mast Unit (la “tête”), le Body Unit logé dans le corps du rover, et les cibles de calibration situées sur le dos du rover.

Réalisé au sein d'un consortium scientifique international, sous la responsabilité du Los Alamos National Laboratory (LANL) et de l'Institut de Recherche en Astrophysique et en Planétologie (IRAP, Observatoire Midi Pyrénées), cet ensemble correspond respectivement aux contributions française, américaine et espagnole.

L'instrument regroupe trois techniques d'analyse par spectroscopie : deux d'entre elles utilisent le laser : la technique LIBS et la technique Raman, et la spectroscopie de réflectance infrarouge observe le flux solaire diffusé par les roches. Les trois techniques partagent le même télescope (le fameux “oeil” du rover).

Le spectroscope infrarouge a été conçu par le LESIA à l'Observatoire de Paris - PSL, en collaboration avec le LATMOS. C'est le premier spectroscope proche infrarouge à fouler le sol de Mars. Sa réalisation est une prouesse : il pèse seulement 400 g.


Les différentes composantes de l'instrument SuperCam: Crédit image : NASA/JPL-Caltech/LANL/CNES/CNRS


Le spectroscope infrarouge de SuperCam réalisé au LESIA: Crédit image : Observatoire de Paris-PSL/LESIA

SuperCam est également équipé d'une caméra couleur à haute résolution et d'un microphone.

Les techniques spectroscopiques vont permettre d'analyser la composition atomique, moléculaire et minéralogique de la surface martienne, alors que le micro enregistrera le son du vent et donnera également des informations sur les propriétés mécaniques des roches qui seront pulvérisées par les lasers.

SuperCam est un instrument stratégique pour le choix des cibles à étudier, le prélèvement des échantillons, et la sélection des sites qui les accueilleront.


Image obtenue par la caméra de SuperCam, replacée dans l'image prise par les caméras de navigation de Perseverance: Crédit image : NASA/JPL-Caltech/LANL/CNES/CNRS

Phase de test techniques

Depuis l'atterrissage le 18 février 2021, les ingénieurs et chercheurs ont testé les cinq fonctionnalités de SuperCam au cours des jours martiens (appelés “Sols”). Ils ont notamment visé une roche, baptisée “Máaz”, qui signifie Mars en indien Navajo.

La spectroscopie laser LIBS (Sol 12, Fig. 4) et la spectroscopie infrarouge (Sol 11, Fig. 5) ont montré qu'il s'agissait d'une roche basaltique commune sur Mars.


Figure 4 : spectre LIBS de la roche nommée ”Maaz”: Crédit image : NASA/JPL-Caltech/LANL/CNES/CNRS


Figure 5 : premier spectre infrarouge de la roche nommée ”Maaz”: Crédit image : NASA/JPL-Caltech/LANL/CNES/CNRS

La technique de spectroscopie laser Raman a été testé sur une cible de calibration en diamant (Sol 13).

SuperCam a également enregistré le son du vent martien (Sol 4) et celui produit par les impacts du laser LIBS (Sol 12).

Pour chaque test, des images de contexte ont été prises par l'imageur couleur RMI, permettant de valider l'excellente qualité optique du télescope et des systèmes de focalisation automatique.

“Quasiment tout a été vérifié en 13 Sols (dont 6 Sols actifs pour le Mast Unit)” comme l'indique Pernelle Bernardi, ingénieure de recherche CNRS au LESIA, et ingénieure système de la caméra SuperCam. “L'instrument est donc pleinement fonctionnel, dans l'état où nous l'avions testé au JPL, et ses performances sont excellentes”. Le programme scientifique de Perseverance peut donc commencer avec l'objectif de répondre à une question des plus ambitieuses : Mars a t-elle abrité la vie il y a 3,5 milliards d'années lorsqu'elle était couverte d'eau liquide ?

Vidéo d'animation explicative montrant le fonctionnement de SuperCam

SPHERE, vingt ans de défis et de réussites

2021-03-09T11:15:09Z

Le consortium SPHERE célèbre sa centième publication scientifique, dont l'étude démographique des exoplanètes situées au-delà de l'orbite de Saturne.

L'imageur d'exoplanètes SPHERE (Spectro-Polarimetric High-Contraste Exo-planet REsearch) [1], actuellement installé et en fonctionnement au Very Large Telescope de l'ESO au Chili, est dédié à la détection et la caractérisation des exoplanètes géantes et des disques circumstellaires autour d'étoiles proches du Soleil. Ce projet représente une aventure scientifique, technologique et humaine débutée il y a déjà une vingtaine d'années.

Son succès s'est construit sur des contraintes instrumentales strictes et des développements techniques innovants, comme l'optique adaptative extrême, la coronographie, la polarimétrie de haute précision et la spectroscopie intégrale de champ. Les différents sous-systèmes de SPHERE ont été conçus, construits et intégrés par un consortium de douze grands instituts européens sur plus d'une décennie, lui permettant d'atteindre des performances inégalées sur le ciel.


Principaux éléments de la phase de conception et de construction de SPHERE: En haut à gauche : SPHERE sur la plateforme Nasmyth du Very Large Telescope. En haut à droite : sous-systèmes SPHERE : SAXO, le système d'optique adaptative extrême, ZIMPOL, le polarimètre d'imagerie de Zurich, IFS, le spectrographe de champ intégral, et IRDIS, l'imageur et le spectrographe dans le proche infrarouge. En bas : Photos de la première lumière de SPHERE au printemps 2014 et implémentation supplémentaire : camion et SPHERE se dirigeant vers UT3, première lumière dans la salle de contrôle, installation du troisième miroir torique et fixation de l'enceinte SPHERE.

Après sa première lumière en mai 2014, SPHERE a été offert à la communauté européenne, et a rapidement obtenu des résultats scientifiques exceptionnels dans le domaine de la formation planétaire, de la démographie et des propriétés physiques des exoplanètes, mais aussi sur la caractérisation des corps mineurs du Système solaire, l'environnement des étoiles évoluées, et même l'étude des noyaux galactiques actifs.

Le consortium SPHERE a joué un rôle majeur dans ce succès et célèbre aujourd'hui la parution d'une série de trois articles dans la revue Astronomy & Astrophysics présentant la première phase de l'étude démographique des exoplanètes au-delà de 10 au, c'est-à-dire au delà de l'orbite de Saturne, dont sa centième publication scientifique. Ces travaux représentent une étape importante pour le consortium SPHERE rendue possible par l'investissement de tous les membres et instituts qui ont contribué avec succès à ce projet, de la phase de conception, de construction, jusqu'à celle d'exploitation scientifique au cours des cinq dernières années. Le projet SPHERE a permis de former une nouvelle génération de jeunes ingénieurs et scientifiques et positionne nos équipes européennes à la pointe de ce domaine majeur de l'astrophysique.

Grâce à l'ensemble des travaux menés par le consortium SPHERE, la communauté associée se trouvera à l'avant-garde des développements d'imagerie à haut contraste pour préparer l'exploitation de futurs projets au sol sur la classe des grands télescopes de 10 à 40 m.


Galerie de résultats astrophysiques d'exoplanètes, de disques, d'étoiles jeunes et évoluées publiés par le consortium SPHERE depuis la première lumière de SPHERE en mai 2014

Le consortium SPHERE pour la partie française est composé des laboratoires suivants : l'Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (IPAG), le Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (LAM), l'Office National d'Etudes et de Recherches Aérospatiales (ONERA), le Laboratoire d'Etudes Spatiales et d'Instrumentation en Astrophysique (LESIA) à l'Observatoire de Paris - PSL, et le laboratoire Lagrange à l'Observatoire de la Cote d'Azur.

Le LESIA a dirigé le développement de la suite coronographique, et a contribué aux simulations numériques de l'instrument en collaboration avec Lagrange. L'équipe du LESIA a également contribué avec l'ONERA au système d'optique adaptative SAXO, en fournissant un miroir de tip-tilt et un senseur de position, ainsi que les spécifications et les tests du calculateur temps réel. Le LESIA a également accueilli les tests de SAXO dans une salle blanche. Depuis la première lumière en 2014, notre équipe s'est fortement impliquée dans l'exploitation scientifique et la réduction des données. Les principaux contributeurs sont : A. Boccaletti, P. Baudoz, J. Baudrand, G. Rousset, R. Galicher, J. T. Buey, A. Sévin, P. Gigan, D. Perret, M. Marteaud, J.-M. Réess.

Communiqués de presse ESO émanant du consortium SPHERE

Première lumière pour l'imageur d'exoplanètes SPHERE (mai 2015), ESO-PR-1417,
https://www.eso.org/public/news/eso1417/
Des ondulations mystérieuses ont été retrouvées en course à travers un disque formant une planète (oct. 2015), ESO-PR-1538,
https://www.eso.org/public/usa/news/eso1538
Sculpter des Jeunes Systèmes Solaires (novembre 2016), ESO-PR-1640
https://www.eso.org/public/news/eso1640/
SPHERE dévoile sa première exoplanète (juillet 2017), ESO-ANN-17041,
https://www.eso.org/public/announcements/ann17041/
SPHERE révèle un zoo fascinant de disques autour de jeunes stars (avril 2018), ESO-PR-1811,
https://www.eso.org/public/news/eso1811/
Première image confirmée d'une planète nouveau-née capturée avec le VLT de l'ESO (juillet 2018),
https://www.eso.org/public/news/eso1821/
Superbe Time-lapse d'exoplanètes (novembre 2018), ESO-POTW-1846
https://www.eso.org/public/images/potw1846a/
Cartographie des ombres projetées sur un disque protoplanétaire par un système binaire proche (nov. 2018), INAF-PR-20181126,
https://www.media.inaf.it/2018/11/26/spherea-v4046-sgr/
Danser avec l'ennemi (dec 2018), ESO-PR-1840,
https://www.eso.org/public/news/eso1840/

Centième publication du consortium SPHERE

Langlois, Gratton, Lagrange, Delorme, Boccaletti et al., A&A (2021), arXiv.2103.03976 : The SPHERE infrared survey for exoplanets (SHINE) : II- Observations, Data reduction and analysis, Detection performances and early-results.

Paper-I : https://arxiv.org/abs/2103.04366
Paper-II : https://arxiv.org/abs/2103.03976
Paper-III : https://arxiv.org/abs/2007.06573

[1] SPHERE pour Spectro-Polarimètre à Haut contrastE pour la Recherche d'Exoplanètes (Spectro-Polarimetric High-contrast Exo-planet REsearch), https://sphere.osug.fr/