mardi 19 mai 2015

Observation d'une nouvelle classe de galaxies, ultra diffuses...

Il y a quelques jours, je vous racontais la découverte d'objets étonnants remettant en cause les modèles de formation des grandes structures, un quatuor de quasars. Et bien les petites découvertes passionnantes d'objets étranges semblent être de saison, car c'est au tour cette fois-ci d'une toute nouvelle classe de galaxies de faire son apparition.



La galaxie ultra diffuse Dragonfly 44, trouvée dans l'amas du Coma
(P. VAN DOKKUM, R. ABRAHAM, J. BRODIE)
C'est dans un article publié dans the Astrophysical Journal Letters le 1er mai dernier qu'une équipe américaine annonce avoir observé une petite population de galaxies très curieuses, car très très peu denses. On les appelle désormais des UDG (Ultra Diffuse Galaxies). Pieter Van Dokkum, de l'université de Yale à exploité deux télescopes avec son équipe : un tout petit télescope d'un côté, qui est appelé le Dragonfly Telephoto Array, une sorte de gros objectif photo de 14 cm de diamètre, et de l'autre côté, le télescope Keck I de 10 m, qui avait permis l'observation du quartet de quasars que j'évoquais en introduction.

Ces galaxies étranges sont aussi vastes que notre Voie Lactée ou presque, avec par exemple une taille de 60000 années-lumière pour celle qui a été la plus étudiée, Dragonfly 44, mais en revanche, elles ne possèdent que 1% de son nombre d'étoiles, l'équivalent d'une galaxie naine elliptique ! Les astrophysiciens, après avoir confirmé qu'il s'agissait bien de galaxies, grâce à des mesures spectroscopiques de leur composition et de distance à l'aide du Low Resolution Imaging Spectrometer (LRIS) monté au foyer du télescope Keck I , essayent de déterminer comment des telles galaxies peuvent exister, car le plus surprenant est que ces maigrelettes ont survécu dans un environnement galactique plutôt propice au démembrement.
Pour les expliquer, les auteurs évoquent le fait que ces galaxies seraient enfouies dans un épais cocon de matière noire qui les aiderait à résister aux assauts gravitationnels des galaxies voisines.
Comparaison à l'échelle d'une galaxie ultra-diffuse,
de la galaxie d'Andromède et d'une galaxie naine
elliptique contenant le même nombre d'étoile qu'elle
(B. SCHOENING, V. HARVEY/
REU PROGRAM/NOAO/
AURA/NSF, P. VAN DOKKUM/HST)
Ces quelques galaxies ultra-diffuses ont toutes été observées dans un amas de galaxies qui est appelé l'amas de Coma, situé à 300 millions d'années-lumière et où se côtoient plusieurs centaines de galaxies (dans la constellation de la Chevelure de Bérénice).

L'autre grande question que se posent les astronomes est : quelle est l'origine de ces galaxies ultra diffuses ?... Sont-elles des sortes de galaxies "ratées" qui sont tombées en panne de gaz, ou bien étaient-elles normales avant de connaitre une série de collisions destructrices ? Ou encore, sont-elles des galaxies qui ont été expulsées d'un amas, comme nous en avons également déjà parlé ici, mais qui se seraient retrouvées dans un autre amas ? 
On le voit, cette découverte pose plus de questions qu'elle n'apporte de réponses, et l'une des clés de l'énigme réside peut-être dans la quantification du contenu en matière noire de ces objets. Mais il semble que cette détermination, qui pourrait se faire par des mesures de dynamique (vitesses de rotation ou autre), soit encore plus compliquée que de découvrir d'autres galaxies de ce type.

Les galaxies ultra diffuses viennent en tous cas compléter la grande famille des galaxies, depuis les naines ultra-compactes de quelques milliers d'étoiles, jusqu'aux elliptiques géantes de plusieurs milliers de milliards d'étoiles en passant par les galaxies lenticulaires et les galaxies spirales comme la nôtre... Une famille qui ne nous a probablement pas encore présenté tous ces rejetons.


Source : 
Spectroscopic Confirmation of the Existence of Large, Diffuse Galaxies in the Coma Cluster
Pieter Van Dokkum et al. 
The Astrophysical Journal Letters Volume 804 Number 1  (1 mai 2015) 

dimanche 17 mai 2015

Quizz Astro n°9

8 parmi vous ont réussi la prouesse de trouver plus de 8 bonnes réponses et cette fois-ci PL56 n'a pas fait un sans faute ! Voici la liste des bienheureux : PL56 (9), curu (9), KP (9),  Istoy (9), Apolloman (9), Clemtroff (8), alain (8), rene66 (8). 

Partons donc de ce pas vers le pénultième quizz de cette année : 





Découverte d'un groupe de 4 quasars rapprochés

La recherche astronomique est ponctuée de découvertes surprenantes, qui parfois impliquent de repenser entièrement certaines théories. C'est encore à une telle découverte que nous venons d'assister, avec la découverte d'un groupe de quatre quasars côte à côte...


Les quasars sont des galaxies actives dont le trou noir central est en train d'absorber de très grandes quantités de gaz. Cela produit un échauffement très fort du disque de matière tournant autour du trou noir, le rendant extrêmement brillant, plus brillant que plusieurs milliers de milliards d'étoiles, ce qui leur donne une visibilité à plus de 10 milliards d'années-lumière. C'est d'ailleurs majoritairement à cette époque reculée que l'on rencontre des quasars. L'émission de "quasar" se révèle n'être qu'une phase dans la vie d'une galaxie, et les astrophysiciens estiment que cette étape de la vie d'une galaxie ne dure qu'environ 10 millions d'années, ce qui est très court vis à vis de la durée de vie d'une galaxie.
Joseph Hennawi, du Max Planck Institute für Astronomie et son équipe, qui publient leur découverte dans le numéro de cette semaine de la revue américaine Science, ont exploité le télescope hawaïen Keck de 10 m situé sur le volcan Mauna Kea.

Le quartet de quasars découvert par Hennawi et al. en fausses couleurs.
La nébuleuse de gaz froid est visible en bleu, les quasars sont
indiqués par les flèches. (Arrigoni-Battaia & Hennawi / MPIA)  
Ce qu'ils ont découvert est le premier groupe de plusieurs quasars rapprochés.  Les quatre quasars semblent par ailleurs alignés entre eux, ce qui rend la découverte encore plus jolie. Ce quartet de quasars se trouve à l'intérieur de l'une des plus vastes structures cosmiques existantes à cette distance. Ils sont par ailleurs entourés par une très vaste nébuleuse de gaz froid et dense qui s'étend sur 1 million d'années-lumière. Ce qui est surprenant, c'est que observer 4 quasars les uns à côté des autres comme ça est extrêmement improbable, une chance sur 10 millions ! Les quasars sont généralement trouvés seuls, séparés du plus proche voisin par plusieurs dizaines ou centaines de millions d'années-lumière, et sont déjà des objets rares à trouver, alors en trouver 4 côte à côte... 
La nébuleuse de gaz entourant le groupe de quasars a été surnommée par les astronomes la nébuleuse du Jackpot (on comprend pourquoi).
La groupe de quasars et leur nébuleuse hôte se trouvent en fait dans une zone de l'Univers lointain parmi les plus dense en matière, il y a là plus de 100 fois plus de galaxies qu'ailleurs à la même distance. Ce paquet de jeunes galaxies ressemble à ce qu'on appelle dans l'Univers plus proche : des amas de galaxies. C'est donc probablement l'ancêtre ou le progéniteur de nos amas de galaxies actuels.

Comme les chercheurs ne croient pas qu'ils aient pu avoir autant de chance de voir un phénomène aussi rare, ils en concluent qu'ils doivent revoir leur modèles de formation des grandes structures. Ils proposent que c'est l'environnement des jeunes galaxies qui pourrait probablement être à l'origine de l'activité des quasars. Cette activité peut être produite par exemple par des collisions ou des fusions de galaxies, qui ont pour effet d'apporter quantité de gaz frais aux trous noirs centraux, et qui sont tout de même plus probables au sein de proto-amas de galaxies qu'ailleurs. Mais la présence de la nébuleuse du Jackpot, avec sa masse importante de gaz dense peut aussi être la clé du mystère, c'est en tous cas ce que pense l'équipe allemande, car pour briller de la sorte, un quasar, et a fortiori quatre, a (ont) besoin de beaucoup d'hydrogène à absorber, et la présence de la nébuleuse est un élément très favorable. Mais ce qui rend perplexes les astrophysiciens, c'est qu'une telle masse de gaz froid (100 milliards de masses solaires tout de même) est tout à fait inattendue dans ce type de proto-amas de galaxies à 10 milliards d'années-lumière, où à l'inverse, c'est du gaz diffus et chaud qui est attendu d'après les modèles de formation des grandes structures cosmiques actuels... Alors que penser ?

Comme le dit l'auteur principal de l'étude : "Les événements extrêmement rares ont le pouvoir de renverser des théories bien installées"... C'est bel est bien vers un retour au tableau noir des cosmologistes que cette jolie découverte va entraîner les spécialistes.

Source :
Quasar quartet embedded in giant nebula reveals rare massive structure in distant universe
J. Hennawi et al.
Science 15 May 2015 Vol. 348 no. 6236 pp. 779-783 

mercredi 13 mai 2015

SN 1987A : une Supernova fortement asymétrique

Comment savoir si une supernova par effondrement de cœur, ce qu'on appelle une supernova de type II, explose de manière symétrique, ou bien asymétrique ? C'est une question que ce sont posée les astrophysiciens et à laquelle ils ont pu répondre en montrant que l'une des plus célèbres supernovae, SN 1987A avait explosé de façon totalement asymétrique.


Spectre gamma du Ti-44 du résidu de SN1987A observé
par NuSTAR (Caltech)
La supernova SN 1987A est célèbre car c'est la première que l'on a pu étudier de près avec des instruments modernes, elle se trouvait à une distance faible par rapport aux supernovas que nous observons habituellement (168000 années-lumière, une paille!), car se trouvant dans une galaxie satellite de notre Voie Lactée (le grand nuage de Magellan). On se souvient aussi que SN 1987A nous a permis de détecter nos tous premiers neutrinos en provenance de l'extérieur de notre galaxie...
La question de la symétrie de l'explosion peut sembler sans grand intérêt, mais au contraire, c'est une information très importante pour mieux comprendre ce qu'est vraiment une étoile en fin de vie. 
Quand une étoile s'effondre sur elle même car l'énergie dégagée par la fusion de son cœur ne permet plus de compenser sa propre gravitation, l'implosion qui va mener à une étoile à neutron ou un trou noir, suivie d'un rebond destructeur, produit une énorme onde de choc dans tout ce qui reste de l'enveloppe de l'étoile. Se faisant, des réactions nucléaires inédites ont lieu, produisant quantités de noyaux d'atomes pour bon nombre instables, radioactifs, qui se désintègrent ensuite petit à petit pour mener à d'autres noyaux.
Le résidu d'une telle supernova de type II comporte notamment une quantité importante d'un noyau radioactif, le titane 44.
Le titane 44 est radioactif : il décroit avec une période de 59 ans pour se transformer en scandium-44, radioactif lui aussi, qui décroîtra rapidement en calcium 44. Au cours de la décroissance du titane-44, des photons gamma sont émis, avec une énergie bien déterminée, comme pour tous les noyaux radioactifs (ou presque). Les deux photons gamma principaux du titane-44 ont une énergie de  67,9 keV et 78,3 keV. SN 1987A n'échappe pas à la règle (ou à la théorie), elle produit donc du Titane-44, plus exactement 0,3 millième de masse solaire, ce qui fait 100 fois la masse de la Terre!

Et les photons gamma, tout gamma qu'ils sont, n'en sont pas moins des photons, et comme tels, ils subissent les mêmes effets que n'importe quels autres photons, comme par exemple l'effet Doppler. C'est là que ça devient intéressant pour les astrophysiciens, car comme on le sait, l'effet Doppler est cet effet relativiste qui décale les longueurs d'ondes en fonction de la vitesse du point d'émission. En regardant où se situent exactement les raies gamma du titane-44 détectées, qui sont théoriquement situées à 67,9 keV et 78,3 keV (l'énergie est proportionnelle à la fréquence et inversement proportionnelle à la longueur d'onde), on peut donc connaître la vitesse des noyaux de titane qui ont émis ces photons gamma que nous détectons avec le télescope NuSTAR.
Fiona Harrison, chercheuse à l'université de Californie a mesuré avec son équipe le spectre gamma en provenance du résidu de SN1987A et ils ont découvert que les raies du titane-44 n'était pas à leur place. Elle n'étaient même pas élargies, mais tout simplement légèrement décalées vers des énergies plus basses (des longueurs d'ondes plus grandes si on préfère, ou encore "vers le rouge").
SN 1987A imagée par Hubble, l'anneau brillant est
de la matière éjectée avant l'explosion mais rendue brillante
par l'onde de choc de la supernova (ESA/NASA/Hubble)

Si l'explosion de SN 1987A avait été symétrique, l'enveloppe résiduelle comportant tout ce titane-44 se déplacerait en moyenne autant vers notre direction que vers la direction opposée. De tels mouvements produiraient sur les longueurs d'ondes émises autant de décalage "vers le bleu" que "vers le rouge", ce qui induirait au final un élargissement des raies gamma dans le spectre, qui resteraient centrées sur leur valeur théorique. Ici, rien de tel : les raies sont bien fines, mais toutes les deux décalées vers le rouge. La conclusion est très claire : le titane-44 du résidu de SN1987A se déplace en s'éloignant de nous à très grande vitesse :  700 km/s dans le référentiel au repos de la supernova. Cette mesure vient confirmer des indices antérieurs par des observations optiques de Hubble qui tendaient à indiquer déjà que l'explosion de SN 1987A avait été asymétrique, mais il faut maintenant parler de très forte asymétrie.
Il faut comprendre que c'est le processus interne de l'explosion qui a été profondément asymétrique, et qui s'est propagé ensuite au niveau du résidu. Des simulations numériques d'étoiles en train de s'effondrer ont été conduites au California Institute of Technology et ont montré que le cœur change de forme juste avant l'explosion, passant d'un cœur tout à fait sphérique à une masse informe et turbulente. Ces turbulences seraient produites par des hauts flux de neutrinos absorbés par le cœur. Les simulations montrent d'ailleurs que l'explosion n'aurait pas lieu si le cœur restait complètement sphérique. Les turbulences permettent d'aider les ondes de choc à se propager et ainsi à déclencher l'inévitable...

Mieux comprendre l'asymétrie des explosions de supernovas de type II permettra peut-être d'élucider pourquoi certaines explosions produisent une étoile à neutron et d'autres un trou noir. 
Au fait, si le titane-44 s'éloigne de nous à grande vitesse, cela signifie que l'objet compact produit dans la supernova (étoile à neutron ou trou noir) doit également se déplacer à grande vitesse, mais dans la direction opposée, donc en se rapprochant de nous...


Source  : 
44Ti gamma-ray emission lines from SN1987A reveal anasymmetric explosion
S. Boggs et al.
Science 8 May 2015  Vol 348 Issue 6235

dimanche 10 mai 2015

Découverte d'un gigantesque halo de gaz autour d'Andromède

Des chercheurs ont découvert l'existence d'un gigantesque halo de gaz entourant la galaxie d'Andromède, notre proche voisine. On savait qu'il existait un halo de gaz autour de cette galaxie, mais pas si gros... Le halo qui vient d'être mis en évidence est 6 fois plus gros et 1000 fois plus massif que ce qu'on pensait...


Schéma du principe de mesure utilisé par Lehner et al. (NASA/STScI)
Ce halo de gaz quasi invisible s'étend à plus de 1 million d'années-lumière de part et d'autre de la galaxie d'Andromède (M31), c'est à dire jusqu'à mi-chemin de la distance nous séparant d'elle et aurait une masse totale égale à la moitié de la masse des étoiles contenues dans la galaxie d'Andromède. On peut considérer que les halos de gaz entourant les galaxies sont comme leur atmosphère. Les propriétés physiques de ce type de halo contrôlent le taux de production de la formation de nouvelles étoiles notamment. 
Pour ce faire une idée de la taille de ce halo sphérique de gaz, si il était visible à l'oeil nu, il couvrirait sur la voûte céleste près de 100 pleines lunes (la galaxie d'Andromède faisant déjà 6 pleines lunes) ...
Ce gigantesque halo de gaz chaud a été découvert par l'astronome Nicolas Lehner, de l'Université de Notre Dame dans l'Indiana et son équipe, grâce à l'analyse de données produites par le télescope spatial Hubble. L'étude est publiée dans the Astrophysical Journal. Ils ont pour cela étudié la lumière de 18 quasars lointains situés dans des lignes de visées proches de  M31.
M 31 (NASA/ESA)
En analysant comment la lumière de ces quasars est absorbée dans certaines longueurs d'ondes, on en déduit la quantité de gaz présente entre le quasar lointain et l'observateur. Le grand intérêt de la galaxie d'Andromède vis à vis d'autres galaxies est sa proximité, c'est à dire son étendue sur le ciel, qui permet d'utiliser un nombre intéressant de quasars répartis un peu tout autour de la galaxie. Des études antérieures avaient été menées sur des galaxies plus lointaines, moins étendues, et étaient parvenues à déterminer la présence d'un halo gazeux mais le plus souvent en observant un seul quasar en arrière plan. Cette étude sur Andromède permet grâce à ses 18 quasars, de déterminer une forme pour le halo de gaz avec une assez bonne précision.

Pour arriver à ce résultat, l'équipe menée par Nicolas Lehner a exploité 5 ans de données archivées d'observations du télescope Spatial Hubble dans la région proche d'Andromède. Pour essayer de comprendre l'origine d'un halo gazeux si vaste, des simulations des grandes structures indiquent que le halo se serait formé en même temps que la galaxie. Les chercheurs américains ont également pu déterminer la composition chimique du halo et montrent qu'il est très enrichi en éléments lourds (plus lourds que l'hélium), ce qui signifie qu'il s'agit de matière produite par des explosions d'étoiles, des supernovas. On estime que sur la durée de vie de la galaxie d'Andromède, la moitié des éléments lourds produits par ses étoiles se retrouvent éjectée du disque galactique pour se retrouver dans le halo sphérique.

Il est bien sûr tentant d'estimer si notre propre galaxie possède elle aussi un aussi vaste halo de gaz chaud. Mais la mesure est assez difficile du fait que nous baignons à l'intérieur et on n'a pas de point de comparaison hors-halo. Ce qui est sûr, c'est que si les deux galaxies possèdent un halo de taille similaire, ces deux halos doivent se toucher! On pourrait dire que la galaxie d'Andromède et la Voie Lactée ont commencé leur fusion, théoriquement prévue dans 4 milliards d'années.


Source : 
Evidence for a Massive, Extended Circumgalactic Medium Around the Andromeda Galaxy
N. Lehner et al.
The Astrophysical Journal 804 79 (4 mai 2015) 

samedi 9 mai 2015

Quizz Astro n°8

Voilà, vous êtes 10 à avoir trouvé 8 bonnes réponses ou plus cette semaine. Vous pouvez être fiers de vous, surtout ceux d'entre vous qui en ont trouvé moins car désormais vous saurez y répondre! Voici la petite liste des 10 joyeux lurons : Clemtroff (10), PL56 (10), Ice3er (10), Riuzaki21 (9), Rene66 (9), Altaïr (9), PierreB(9), Ascorbik(9), Curu (9), plomplom (8).

Voilà donc venir notre antépénultième quizz pour cette année, le huitième, attention les yeux ! Prêts ? Partez! 

vendredi 8 mai 2015

Encelade : des rideaux d'eau au lieu de geysers

La revue Nature met cette semaine Encelade et ses jets de vapeur en couverture. Un article y présente une étude montrant que l'on a certainement mal interprété les images de la sonde Cassini et que ces jets de vapeur seraient bien plus imposants que de simples jets de vapeur ponctuels.



C'est la sonde Cassini qui a mis en évidence la présence de sortes de failles dans la couche de glace de Encelade aux environs de son pôle sud il y a déjà près de 10 ans. Elles ont été nommées les failles Alexandria, Baghdad, Cairo et Damascus. Ce sont ces failles qui semblent être la source des jets de vapeurs et de particules de glace qui ont été eux aussi découverts grâce à Cassini.  Mais alors que l'on pensait depuis leur découverte que ces émissions d'eau se faisaient sous la forme de jets quasi ponctuels, à l'image d'une série de geysers répartis le long des grandes failles, la nouvelle étude conduite par des planétologues américains assistés d'un spécialiste en imagerie montre qu'en lieu et place de jets ponctuels, il faut plutôt considérer être en présence d'émissions de vapeur en forme de vastes rideaux s'étalant sur de grandes distances le long des failles.

En haut : les images de Encelade par Cassini,
en bas : les images simulées reproduisant les images
observées (Nature)
L'interprétation des images de Cassini qui mena à la présence de jets individuels se révèle être une illusion d'optique liée à l'angle de vue sous laquelle est vue la scène. C'est ce que concluent Joseph Spitale du Planetary Science Institute de Tucson et ses collègues après avoir comparé les images de la sonde de la NASA et des images simulées à partir de la géométrie des failles du satellite Saturnien.

Les chercheurs américains ne se sont pas contentés de travailler sur une seule ou quelques images de la zone, mais ont exploité de multiples images du pôle sud d'Encelade, et à différentes époques, les phénomènes en jeu étant bien évidemment dynamiques. Ils ont ainsi produit une cartographie des émissions de vapeur réparties sur 5 périodes sur une année (entre 2009 et 2010). Le résultat qu'ils obtiennent est important : avoir l'image la plus précise possible du phénomène en jeu au pôle sud d'Encelade, à la fois dans sa distribution spatiale mais aussi temporelle permettra de mieux évaluer les théories tentant d'expliquer la présence de ces éruptions d'eau.
Des méthodes de triangulation avaient été proposées il y a quelques années pour essayer de déterminer le lieu d'origine des geysers observés. Or il se trouve que les geysers en question ne sont d'après Spitale et ses collègues que des images fantômes, des rideaux d'eau vue plus ou moins par la tranche, ce qui rend cette méthode de mesure inopérante et explique pourquoi elle n'avait mené nulle part.

Ce qu'ont pu observer les planétologues, en outre, ce sont des variations dans le temps de la géométrie des fractures, rendues nécessaires pour expliquer les variations de la forme des rideaux de vapeur dans les images de Cassini. Ainsi, les fractures pourraient ne pas être parfaitement verticales et la profondeur des réservoirs pourrait être variable. Les chercheurs peuvent en déduire certaines propriétés, par exemple si on estime que l'étendue des rideaux reflète fidèlement la dispersion gazeuse, un réservoir plus profond impliquerait la possibilité pour de fines particules d'interagir plus longtemps avec le gaz et d'en être affectées avant de se retrouver propulsées dans le vide de l'espace. Les chercheurs en déduisent également qu'une surface liquide plus grande vis à vis du volume du réservoir doit produire des vitesses de gaz plus grandes pour une température donnée.

Pour conclure, Joseph Spitale et son équipe expliquent que si la très grande majorité des jets observés par Cassini ne sont pas des jets ponctuels de type geysers mais des rideaux de vapeur, quelques images ne peuvent pas être expliquées par cette hypothèse et indiquent tout de même l'existence de quelques jets ponctuels, qui ont la particularité d'avoir un angle très prononcé par rapport au zénith...
Encelade se révèle être vraiment un monde très intriguant et toujours plus digne d'intérêt.

Source : 
Curtain eruptions from Enceladus’ south-polar terrain
J. Spitale et al.
Nature 521, 57–60 (07 May 2015)