Système solaire

La poussière issue de la comète C/2006 W3 Christensen, vue par le télescope Herschel.

(D. Bockelée (LESIA, Observatoire de Paris) / ESA / A&A)

Herschel lève le voile sur les objets les plus froids et les plus éloignés du Système solaire, témoins de la nébuleuse primitive dont nous sommes issus. Une estimation de la taille et de la température de 140 objets transneptuniens (petits corps glacés en orbite au-delà de Neptune) a été entreprise. Déjà, une dizaine d’objets ont été étudiés, dont : Orcus et les planètes naines Makemake et Haumea. Leurs diamètres se répartissent entre 100 et 1 400 kilomètres, tandis que leurs surfaces renvoient de 5 % (objets sombres) à 70 % (objets brillants) de la lumière du Soleil. La courbe de lumière d’Haumea, qui tourne sur lui-même en à peine 4 heures, confirme que sa forme se serait allongée sous l’effet de la rotation. Plus étonnant, sa surface glacée serait de texture poreuse, peut-être recouverte d’une fine poussière semblable à celle de la Lune. Quant à Makemake, sa surface réfléchissante semble présenter une tache sombre, de glace sale, à moins qu’il ne s’agisse d’un

Courbe de lumière Herschel de la planète naine Haumea.

( E. Lellouch (LESIA, Observatoire de Paris) / ESA / A&A)

satellite inconnu jusqu’ici…
Les comètes offrent un autre moyen, bien utile, d’étudier la composition de ces petits corps glacés : lorsqu’ils s’évaporent à la faveur de leur approche du Soleil. Le télescope Herschel a ainsi cartographié le rayonnement de grains de poussière qui atteignent un millimètre de diamètre dans la chevelure de la comète C/2006 W3 Christensen. Il a mesuré la quantité de vapeur d’eau éjectée par la comète C/2008 Q3 Garradd : 800 kilogrammes par seconde. Enfin, ses instruments ont scruté la haute atmosphère de Neptune et précisé sa teneur en molécules (hydrogène deutéré HD, méthane CH4, vapeur d’eau H2O, monoxyde de carbone CO).Elle indique un apport externe de matière par l’impact de comètes, un phénomène qui aurait pu par le passé contribuer à enrichir la Terre en eau et en molécules précurseurs de la vie…

Contacts :
• Jacques Crovisier, astronome adjoint à l’Observatoire de Paris, LESIA
01 45 07 75 99,
• Emmanuel Lellouch, astronome à l’Observatoire de Paris, LESIA
01 45 07 76 72,

Des molécules aux nurseries d’étoiles

La nurserie stellaire DR21, étudiée par Herschel.

(Spitzer / NASA)

Les nombreuses molécules observées dans notre Système solaire ont été en grande partie synthétisées bien avant sa naissance, dans le milieu poussiéreux et froid qui s’étend entre les étoiles de la Galaxie. Le télescope Herschel en donne une vue sans précédent et d’une qualité extrême. Il éclaire d’un jour nouveau les étapes d’une chimie riche et complexe, dont la vie sur Terre est en définitive issue. Ainsi, l’ion H₂Cl⁺ vient d’être identifié pour la première fois dans l’espace. Le précurseur de l’eau dans les nuages de gaz diffus H2O⁺ s’est aussi laissé identifier au sein des « nurseries » de formation d’étoiles W31C, DR21, B2 du Sagittaire et NGC 6334 du Scorpion. D’autres espèces clefs pour comprendre la chimie interstellaire, le fluorure d’hydrogène HF, les ions CH⁺ et OH⁺, ont été détectées… Le premier se révèle un excellent traceur de l’hydrogène moléculaire froid H2, alors que OH⁺ réside dans les nuages diffus où l’hydrogène commence tout juste à s’assembler sous forme de molécules – une étape difficile à cerner autrement. L’observatoire Herschel apporte aussi de nouveaux indices sur le rôle de la turbulence ou des ondes de choc dans la fabrication de CH⁺, ce qui pourrait aboutir à résoudre l’énigme vieille de 60 ans de son abondance « anormale ». Quant à la vapeur d’eau, les mesures révèlent que ce composé est synthétisé de manière efficace dans les ondes de choc à haute vitesse engendrées par les puissants jets de très jeunes étoiles, comme L1157-mm de Céphée. Plusieurs cocons de poussière qui abritent des étoiles à différents stades d’évolution ont été scrutés afin de comprendre leur structure et la chimie qui s’y déroule.

Contacts :
• Maryvonne Gerin, directrice de recherche CNRS à l’Observatoire de Paris, LERMA
01 44 32 33 48
• Sylvie Cabrit, astronome à l’Observatoire de Paris, LERMA
01 40 51 20 30

Galaxies et cosmologie

La galaxie spirale M33 cartographiée par Herschel.

(consortium HERM33ES / ESA / A&A)

Grâce à la qualité d’image unique de son miroir de 3,5 mètres de diamètre, le télescope Herschel est capable de cartographier la poussière froide qui règne dans les autres galaxies, au-delà de notre Voie lactée. Il en a révélé de vastes quantités dans les parties externes de la galaxie spirale du Triangle, Messier 33, et autour des « bulles » soufflées par des étoiles massives, ainsi qu’au centre de plusieurs amas de galaxies. En direction de l’amas du Boulet, ainsi nommé parce qu’il résulte d’une collision survenue il y a 150 millions d’années, Herschel a mesuré l’activité de formation d’étoiles des galaxies beaucoup plus jeunes situées en arrière-plan. Il a détecté l’augmentation d’énergie (effet Sunyaev-Zeldovich positif) que le gaz chaud de l’amas imprime sur le rayonnement de fond « fossile » issu du big-bang.

Contacts :
• Françoise Combes, astronome à l’Observatoire de Paris, LERMA
01 40 51 20 77
• Philippe Salomé, astronome adjoint à l’Observatoire de Paris, LERMA
01 40 51 21 03

Contribution de l’Observatoire de Paris au télescope Herschel

La vapeur d’eau dans le jet de la très jeune étoile L1157- mm.

( PACS / consortium WISH / ESA / A&A)

Pierre Encrenaz, professeur à l’Université Pierre et Marie Curie - UPMC, et chercheur au LERMA, est l’un des cinq responsables scientifiques de la mission Herschel fruit d’une collaboration entre 30 instituts de 15 pays. L’Observatoire de Paris a contribué au spectromètre Heterodyne Instrument for the Far-Infrared - HIFI d’Herschel qui atteint une grande précision d’analyse - au 1 millionième près - des fréquences du rayonnement. L’équipe instrumentale du LERMA, en partenariat avec l’Institut de Radioastronomie Millimétrique, a conçu et réalisé deux détecteurs hétérodynes à supraconducteurs en ondes submillimétriques. Ils constituent l’état de l’art mondial et concrétisent le savoir-faire acquis au terme de 30 années de travaux. Cette réalisation novatrice, dont le bruit de fond résiduel vaut à peine le double de la limite théorique imposée par la mécanique quantique, a été saluée par le « Prix des Ingénieurs 2008 ». Le domaine couvert de 480 à 640 gigahertz inclut les raies fondamentales de la vapeur d’eau et de l’oxygène moléculaire, invisibles du sol. Le LERMA a aussi conçu ici plusieurs chaînes d’oscillateurs de référence qui mettent en oeuvre des microtechnologies avancées jusqu’à 2 térahertz… Il a contribué à la calibration et aux logiciels de traitement des données.

Contacts :
• Pierre Encrenaz, professeur à l’Université UPMC, chercheur au LERMA
01 40 51 20 36
• Gérard Beaudin, ingénieur de recherche CNRS à l’Observatoire de Paris, LERMA
01 40 51 20 10

Référence

Les travaux scientifiques sont présentés dans une série d’articles à paraître début juillet 2010 dans un numéro spécial de la revue Astronomy and Astrophysics dédié aux premiers résultats produits à l’aide du télescope spatial infrarouge Herschel.

Pour plus d’informations

• Les équipes de chercheurs et d’ingénieurs membres de l’Observatoire de Paris ou associés qui contribuent aux études présentées ici se composent de :
 LERMA Frédéric Boone, Sylvie Cabrit, Vassilis Charmandaris, Françoise Combes, Fabien Daniel, Massimo De Luca, Bertrand Delforge, Yan Delorme, Marie-Lise Dubernet, Pierre Encrenaz, Edith Falgarone, Maryvonne Gerin, Benjamin Godard, Patrick Hennebelle, Jean-Michel Krieg, Jean-François Lestrade, Pierre Lesaffre, Alain Maestrini, Laurent Pagani, Michel Pérault, Isabelle Péron, Morvan Salez, Philippe Salomé, Jürgen Steinacker, Martina Wiedner -LESIA Antonella Barucci, Nicolas Biver, Dominique Bockelée-Movan, Régis Courtin, Jacques Crovisier, Audrey Delsanti, Alain Doressoundiram, Thérèse Encrenaz, Sonia Fornasier, Florence Henry, Emmanuel Lellouch, Raphaël Moreno, Pablo Santos-Sanz, Philippe Thébault
 IMCCE Daniel Hestroffer
 LUTH Marcelino Agundez
• Voir aussi le site de la mission Herschel – France : www.herschel.fr Le projet Herschel Herschel fait partie du programme scientifique de l’Agence Spatiale Européenne (ESA auquel la France participe activement. La réalisation du satellite a été confiée à Thales Alenia Space. L’Agence spatiale française (CNES) a contribué au financement et à la réalisation des instruments embarqués en partenariat entre le CNES et les laboratoires et organismes de recherche. Le CNES soutient également les opérations en vol des instruments et l’exploitation scientifique des données.

¹ Le Laboratoire d’Étude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique - LERMA est une unité mixte de recherche Observatoire de Paris, CNRS, Université de Cergy-Pontoise, Université Pierre et Marie Curie, et École Normale Supérieure.
² Le Laboratoire d’Études Spatiales et d’Instrumentation en Astrophysique - LESIA est une unité mixte de recherche Observatoire de Paris, CNRS, Université Pierre et Marie Curie, et Université Paris Diderot
³ L’Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Éphémérides – IMCCE une unité mixte de recherche Observatoire de Paris, CNRS, Université des Sciences et Technologies de Lille, Université Pierre et Marie Curie
⁴ Le Laboratoire Univers et Théories - LUTH est une unité mixte de recherche Observatoire de Paris, CNRS et Université Paris Diderot

Contacts presse
 Frédérique Auffret
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