Nouvelle cartographie des 373 volcans de Io, grâce à Juno

La première carte précise des volcans de Io (satellite de Jupiter) vient d’être publiée par des chercheurs américains après avoir exploité la sonde Juno en orbite jovienne. Au total, 343 sources de chaleur ont été identifiées à la surface du satellite jovien, portant son nombre de volcans connus à 373. Et les chercheurs observent une apparente disparité de la puissance des volcans entre les hémisphères et les pôles… L’étude est publiée dans The Planetary Science Journal.

On connaît depuis longtemps l’origine de l'activité volcanique sur Io : elle est alimentée par la dissipation des marées dans ses couches internes, qui sont induites par son mouvement autour de Jupiter. Io est ainsi le corps le plus volcaniquement actif du système solaire. Mais les estimations de l'énergie thermique totale émise par les sources volcaniques ont souvent été jusqu’à 10 fois plus importantes que celles expliquées par les modèles de chauffage par marée à l'équilibre. Les estimations du flux de chaleur par unité de surface couvrent donc une large gamme d'une région à l'autre.

Il faut se rappeler que l'évolution orbitale d'Io est étroitement liée à celles d'Europe et de Ganymède. La rétroaction cyclique entre l'évolution thermique et l'évolution orbitale devrait entraîner des oscillations synchronisées dans le chauffage par les marées des trois lunes avec des périodes de l'ordre de 100 millions d’années. La compréhension de l'évolution du système nécessite des observations spatiales des processus volcaniques, géophysiques et orbitaux d'Io pour comprendre son évolution thermique et orbitale. En même temps, Io est un laboratoire extraordinaire de la taille d'une planète qui permet d'examiner l'évolution de sa température avec son orbite.

Les données envoyées par la sonde Juno de la NASA depuis son orbite polaire autour de Jupiter ont révélé les volcans polaires d'Io dans l'infrarouge à des échelles spatiales allant jusqu'à 13 km/pixel. Les nouvelles détections de points chauds de son instrument Jupiter Infrared Auroral Mapper (JIRAM) ont été ajoutées par Ashley Davies (Jet Propulsion Laboratory) et ses collaborateurs aux analyses précédentes, pour créer une carte actualisée de l'émission thermique volcanique d'Io.

Les observations JIRAM obtenues entre le 27 mars 2017 (orbite PJ05) et le 1er mars 2023 (orbite PJ49) ont permis d'identifier 273 sources thermiques volcaniques actives et , chose nouvelle, de quantifier l'émission thermique des principaux volcans polaires d'Io. Les données JIRAM fournissent un instantané global de l'endroit où l'activité volcanique effusive à haute température (des silicates fondus) se déroule actuellement sur Io.

Les observations polaires de JIRAM sur Io ont permis de combler les lacunes de la carte de l'activité volcanique qui avait été initialement produite en 2015, pour créer la première carte véritablement globale de l'activité volcanique en cours sur Io, à partir des points chauds détectés.

Davies et ses collaborateurs trouvent de faibles corrélations entre la distribution longitudinale de l'émission thermique volcanique et les modèles de chauffage interne intégrés radialement. Les meilleures corrélations sont trouvées avec un chauffage par marée de l'asthénosphère peu profonde et des modèles d'océan de magma. Les corrélations négatives sont obtenues avec le modèle de chauffage du manteau profond.

Pour les chercheurs, la présence de volcans polaires soutient, mais ne confirme pas nécessairement, la présence d'un océan de magma sur Io. Davies et ses collaborateurs constatent que le nombre de volcans actifs par unité de surface dans les régions polaires n'est pas différent de celui des basses latitudes, mais que les volcans polaires de Io sont plus petits, en termes d'émission thermique, que ceux des basses latitudes. Les volcans polaires émettent deux fois moins d'énergie que les volcans des basses latitudes (le pôle nord à lui seul émet environ 44 % d'énergie en moins par unité de surface que celle émise aux basses latitudes). Par ailleurs, quand ils comparent les deux pôles, les chercheurs voient que l'émission thermique des volcans de la calotte polaire sud est deux fois moins importante que celle des volcans de la calotte polaire nord. Il existe donc des dichotomies apparentes en termes d'advection volcanique et de production d'énergie résultante à la fois entre les hémisphères subjoviens et antijoviens, entre les régions polaires et les latitudes inférieures, ainsi qu'entre les régions polaires nord et sud.

Les planétologues attribuent ces différences à d’éventuelles asymétries internes ou bien à des variations de l’épaisseur de la lithosphère de Io.

Lorsqu’on utilise le nombre de points chauds, plutôt que l'émission thermique volcanique, cela ne permet pas de différencier les modèles d'océan magmatique et d'asthénosphère. Les distributions des flux de chaleur volcanique et des points chauds ne sont pas compatibles avec les modèles actuels de chauffage par les marées et d'advection volcanique. Il devient clair que le flux de chaleur de Io n'est pas bien pris en compte par ces modèles et que le chauffage intérieur de Io est plus complexe qu'on ne le pensait, impliquant probablement un océan magmatique global ou partiel.

La mesure de la distribution de l'émission thermique de fond (c'est-à-dire qui n'émane pas manifestement de l'activité volcanique actuelle ou récente) est une mesure cruciale qui devrait fournir des contraintes supplémentaires pour la modélisation future de l'intérieur de Io. Dans l'état actuel des choses, la nouvelle carte de l'émission thermique volcanique de Io constitue néanmoins une condition limite importante que les modèles de flux de chaleur de Io doivent reproduire.

 

Source

New Global Map of Io's Volcanic Thermal Emission and Discovery of Hemispherical Dichotomies

Ashley Davies et al.

The Planetary Science Journal, Volume 5, Number 5 (27 May 2024 )

https://doi.org/10.3847/PSJ/ad4346

 

Illustrations

1. Les volcans de Io vus en infra-rouge par Juno (NASA/JPL)

2. Cartographie des volcans établie par les auteurs (Ashley Davies et al.)

3. Ashley Davies

Nouvelle preuve d'une activité volcanique actuelle sur Vénus

De nouvelles preuves viennent d'être obtenues sur l'activité volcanique en cours à la surface de Vénus, suite aux premières mise en évidence en 2021 et 2023 (épisodes 1240 et 1470) . Les planétologues ont comparé des images radar de la sonde Magellan à plusieurs époques et ils voient du mouvement... Ils publient leur étude dans Nature Astronomy.

On sait que la surface de Vénus a subi des altérations substantielles en raison de l'activité volcanique tout au long de son histoire géologique, et certaines caractéristiques volcaniques suggèrent que cette activité a persisté au moins jusqu'à il y a 2,5 millions d'années. En novembre 2021, des preuves convaincantes de changements dans la morphologie de la surface d'un évent volcanique sur le flan de Idunn Mons avaient été interprétées comme une indication potentielle d'une activité volcanique en cours.  Puis ce fut ensuite le même type d'observations rapportées en mars 2023 dans une autre zone de Vénus, nommée Maat Mons. Jusque là, l'activité volcanique géologiquement récente sur Vénus avait été déduite de preuves indirectes, comme des variations de l'abondance en SO2 ou de phosphine dans l'atmosphère, ainsi que des données d'émissivité thermique de surface et des analyses morphologiques de caractéristiques volcaniques. 

Étant donné que Vénus pourrait connaître jusqu'à 42 éruptions par an selon plusieurs études, avec environ 20 éruptions sur une période de 60 jours, l'exploration des données de la sonde Magellan pourrait révéler de nouvelles informations sur les activités volcaniques de Vénus. En particulier, l'analyse d'images radar de la même région observée à différentes époques et la recherche de changements dans la morphologie de la surface à proximité de caractéristiques volcaniques comme des cônes ou des coulées de lave peuvent fournir des informations sur l'activité géologique de la planète. 

La sonde Magellan, qui utilisait un radar à synthèse d'ouverture fonctionnant à une longueur d'onde de 12,6 cm, a mené l'étude la plus approfondie et la plus détaillée de Vénus à ce jour, qui a abouti à une cartographie à haute résolution de 98 % de la planète.

Pour étudier les altérations survenues au fil du temps dans la morphologie de la surface de Vénus, Davide Sulcanese (Università d’Annunzio, Pescara, Italie) et ses collaborateurs ont comparé des images radar des mêmes régions observées en 1990 puis en  1992 par la  sonde Magellan.  Ils ont  utilisé des mosaïques générées à partir d'enregistrements qui ont une résolution spatiale moyenne de 150 m et ont qui été rééchantillonnées à une taille de pixel de 75 m.

Les chercheurs ont analysé les régions de Vénus observées par Magellan lors du cycle 1 d'observations (de mi-septembre 1990 à mi-mai 1991) et du cycle 3 (de mi-janvier à mi-septembre 1992). Comme la rétrodiffusion radar est intrinsèquement affectée par l'angle d'incidence, afin d'atténuer cet effet et d'améliorer la comparabilité entre différents angles d'incidence, les valeurs des pixels dans les mosaïques ont subi une correction globale basée sur la loi de Muhleman. Cette normalisation, appliquée uniformément sur Vénus, a atténué l'influence de l'angle d'incidence sur les valeurs de rétrodiffusion.

Sulcanese et ses collaborateurs ont trouvé des variations dans la rétrodiffusion radar de différentes caractéristiques d'écoulement qui sont selon eux liées au volcanisme sur le flanc ouest de Sif Mons et dans l'ouest de Niobe Planitia. Ces changements s'expliqueraient par de nouvelles coulées de lave liées aux activités volcaniques qui ont eu lieu pendant la mission de cartographie de Magellan avec son radar à synthèse d'ouverture. Cette étude fournit des preuves supplémentaires à l’appui d’une Vénus actuellement géologiquement active.

En supposant que les caractéristiques identifiées sur Sif Mons et Niobe Planitia sont bien des coulées de lave, les chercheurs estiment les flux volcaniques vénusiens. Ils obtiennent les valeurs de 3,78 et 5,67 km3 par an, en considérant une épaisseur minimale d'écoulement de 3 m. Ces valeurs sont considérablement supérieures aux estimations précédentes pour Vénus, qui variaient de 0,01 à 0,1 km3 par an. Les estimations précédentes étaient dérivées d'évaluations du volume de matériaux en éruption nécessaire pour répondre aux distributions des cratères résultant du resurfaçage volcanique. Les résultats de Sulcanese et al. se situent en revanche bien dans la plage de 1 à 11 km3 par an, qui avait été estimée à partir de différents modèles de rapports de masse soufre/silicium dans le matériau d'éruption. 

Les planétologues précisent que, en considérant une épaisseur de lave maximale de 20 m, ils obtiennent des débits de 25,2 et 37,8 km3  par an, ce qui est comparable au taux moyen de production volcanique sur Terre au cours des 180 dernières mégannées, qui a été estimée entre 26 et 34 km3 par an . Cela fait dire à Sulcanese et son équipe que non seulement Vénus pourrait être beaucoup plus active volcaniquement qu’on le pensait auparavant, mais que son activité volcanique pourrait également être du même ordre de grandeur que celle estimée pour la Terre.

Ces découvertes soulignent l'importance de la poursuite de l'exploration de Vénus, notamment par les missions à venir telles que VERITAS et EnVision. Grâce à leur technologie radar avancée, ces missions pourraient fournir des images de la surface de Vénus avec une résolution encore plus élevée que celle de Magellan (30 m par pixel, voire 1 m par pixel).

Source

Evidence of ongoing volcanic activity on Venus revealed by Magellan radar

Davide Sulcanese et al.

Nature Astronomy (27 may 2024)

https://doi.org/10.1038/s41550-024-02272-1

Illustrations

1. Vénus sans ses nuages imagée en radar par Magellan (NASA)

2. Les deux zones révélant des coulées de lave (Davide Sulcanese et al.)

3. Davide Sulcanese 

Une galaxie annulaire collisionnelle source de rayons gamma

Une équipe de chercheurs rapporte pour la première fois, l’observation d’une galaxie annulaire collisionnelle formée à la suite de la traversée d'une grande galaxie par une galaxie « balle » plus petite, qui se trouve être la contrepartie d'une source de rayons gamma qui n’avait pas encore pu être associée (4FGL J1647.5-5724). Le système, également connu sous le nom de « roue de Kathryn», contient deux galaxies irrégulières naines et une galaxie spirale de type tardif entourée d'un anneau de nœuds de formation d'étoiles. L’étude est publiée dans The Astrophysical Journal Letters.

Les photons γ astrophysiques portent les signatures des phénomènes violents qui se produisent à différentes échelles astronomiques. Il s'agit notamment des restes de supernova, des pulsars et des nébuleuses de vent de pulsar dans l'environnement galactique, et des jets relativistes extragalactiques associés aux noyaux actifs de galaxie. Mais environ 30% des sources de photons γ qui ont été détectées avec Fermi LAT ne sont pas associées à des contreparties dans d’autres longueurs d'onde, ce qui empêche de caractériser leur origine.

Trouver la source d'émission des photons γ est non seulement essentiel pour comprendre les processus radiatifs et l'interaction de la population de particules avec le milieu ambiant, mais aussi pour révéler l'origine du fond diffus extragalactique de rayons γ. De plus, avec l'avènement de l'astronomie à multimessagers, les sources de rayons γ sont devenues des candidates prometteuses pour les neutrinos cosmiques détectés avec l'observatoire IceCube. Dans le ciel γ extragalactique, les blazars, c'est-à-dire les noyaux actifs de galaxie hébergeant des jets relativistes étroitement alignés avec la ligne de visée, constituent la classe de sources la plus abondante. D'autre part, les galaxies radio et les galaxies à formation d'étoiles forment une fraction mineure (moins de 10%) de la population connue de sources de rayons γ, comme l’avaient montré Ajello et al. en 2020 et 2022. On estime qu’une fraction importante des sources non associées détectées par le télescope Fermi-Large Area Telescope (LAT) devraient être des AGN à jet. Cependant, grâce aux données multi-longueur d'onde sensibles et à haute résolution des derniers relevés, par exemple celui de e-ROSITA, le potentiel de découverte pour identifier une population de sources émettant des rayons γ, sans jets, reste élevé.

4FGL J1647.5-5724 est une de ces sources de rayons γ qui était non associée à d’autres signaux, elle est apparue pour la première fois en 2020 dans la deuxième livraison de données du quatrième catalogue des sources γ détectées par Fermi-LAT (4FGL-DR2). Les astronomes indiens Vaidehi Paliya et D. Saikia (Inter-University Centre for Astronomy and Astrophysics, Pune) ont cherché un objet qui existerait dans le voisinage proche de cette source gamma orpheline. Ils ont utilisé les observations du télescope spatial Swift, du réseau de radiotélescopes ASKAP, du relevé SuperCOSMOS Hα, du Dark Energy, et du Very Large Telescope,  tout ça pour vérifier l’existence d’une association avec 4FGL J1647.5-5724 et pour explorer le lien qui pourraient exister entre les activités de formation d'étoiles et l'émission de rayons γ observée. 

Paliya et Saikia arrivent à établir une association entre la position de la source gamma et la position d’un système de galaxies à anneau collisionnel qui avait été surnommé « Kathryn's Wheel » par Parker et al. en 2015 (du nom du feu d'artifice éponyme).  

Il s’agit d’une structure un peu énigmatique. Une structure galactique annulaire se forme généralement lorsqu'une petite galaxie « balle » vient traverser violemment  le petit axe d'une autre galaxie plus grande près de son centre. L'onde de choc produite balaye et expulse le gaz du système, laissant derrière elle un anneau de régions de formation d'étoiles et une galaxie pauvre en gaz. Quelques exemples connus de tels systèmes sont les galaxies Cartwheel, Arp 147, ou encore Arp 148. Selon les chercheurs, l'émission gamma dans ce système de galaxies à anneaux collisionnels provient probablement d'une activité vigoureuse de formation d'étoiles. Mais ils ne peuvent pas exclure d'autres contributions, comme les restes de supernova, les pulsars, les nébuleuses de vent de pulsar et les AGN enfouis. Car les chercheurs 

trouvent que la formation d'étoiles ne peut pas expliquer à elle seule l'émission de rayons γ observée, et qu'une contribution supplémentaire provenant probablement des pulsars/restes de supernova ou des AGN enfouis est donc nécessaire pour coller aux observations. Des observations à l'échelle de la seconde d'arc ou de la sous-seconde d'arc de cette extraordinaire collision de galaxies émettant des rayons γ seront selon eux nécessaires pour résoudre complètement l'environnement et explorer l'origine des rayons cosmiques.

Puisque l'émission de photons γ détectée dans les galaxies à formation d'étoiles est censée être produite par l'interaction des rayons cosmiques avec le milieu interstellaire dense, grâce à sa proximité avec la Voie lactée (environ 10 mégaparsecs), ce système offre en tous cas une occasion unique d'explorer les sites d'accélération et de propagation des rayons cosmiques.

Source

A γ-Ray-emitting Collisional Ring Galaxy System in Our Galactic Neighborhood

Vaidehi S. Paliya and D. J. Saikia

The Astrophysical Journal Letters, Volume 967, Number 2 (22 may 2024)

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad4999

Illustrations

1. Le système de galaxies Kathryn's wheel imagé en ondes radio (Vaidehi S. Paliya and D. J. Saikia)

2. Le système de galaxies Kathryn's wheel imagé par le télescope chilien CTIO

3. Vaidehi S. Paliya

Les petits satellites de Uranus et de Neptune observés avec Webb

Une équipe de planétologues a utilisé la puissance du télescope Webb dans l'infra-rouge pour regarder de près les petits satellites internes des systèmes de Uranus et de Neptune, afin de caractériser leur composition de surface. On en sait plus, mais des questions demeurent sans réponse. Ils publient leurs résultats dans The Planetary Science Journal. 

Découverte du premier pulsar milliseconde dans le centre galactique

Une équipe d’astrophysiciens vient de découvrir le premier pulsar milliseconde clairement identifié, dans le centre galactique. Il se trouve à proximité immédiate d’un grand filament radio. La découverte est publiée dans The Astrophysical Journal Letters.

Nouvelle estimation (très différente) de la rotation du trou noir de Cygnus X-1

La rotation du trou noir Cygnus X-1 vient d'être réestimée par une équipe d'astrophysiciens polonais et indiens. Ils trouvent toujours une solution qui permet de passer d'une vitesse de rotation très élevée à une vitesse de rotation très faible... L'étude est parue dans The Astrophysical Journal Letters.

Observation inédite d'une oscillation transitoire à 19,5 Hz dans le sursaut gamma (kilonova) GRB 211211A

Une équipe d’astrophysiciens à découvert la présence d’une oscillation de courte durée dans le signal gamma du sursaut GRB 211211A. Elle n’a duré que 0,2 s, 1,6 s après le début du sursaut, puis a disparu. Deux origines possibles en sont déduites pour ce GRB. L’étude est parue dans The Astrophysical Journal.

Une planète détectée dans la binaire GJ65 par astrométrie interférométrique depuis le sol

La collaboration GRAVITY, qui exploite l'interférométrie optique avec le Very Large Telescope vient de découvrir indirectement la présence d'une planète de la taille de Neptune en orbite au sein de la binaire naine rouge la plus proche du Soleil : GJ 65, située à 2,67 pc (8,7 années-lumière). Ils publient leur étude dans Astronomy&Astrophysics.

Découverte de lobes radio émanant de la galaxie du Sombrero (M104)

Une équipe d'astrophysiciens chinois vient de découvrir l'existence de lobes radio sortant de la belle galaxie du Sombrero (alias M104 ou NGC 4594) sur une longueur jusqu'à 30000 années-lumière. Une belle découverte obtenue avec le Very Large Array, et publiée dans The Astrophysical Journal.

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Pour la première fois, des astrophysiciens ont observé des trous noirs d’une taille inattendue par rapport à leur galaxie hôte au cours d’une période appelée le midi cosmique, dans l'univers âgé de 2 à 5 milliards d'années. Ces trous noirs très massifs pourraient combler le fossé entre les trous noirs trop massifs de l'univers primordial et ceux présents dans l'univers local. L'étude est publiée dans The Astrophysical Journal Letters.

Quand le Soleil fait de l'ombre pour les rayons cosmiques galactiques

Les chercheurs de la collaboration HAWC qui traquent les rayons cosmiques énergétiques depuis les pentes d'un volcan mexicain, ont exploité le fait que le Soleil influence les rayons cosmiques par son champ magnétique pour l’étudier de façon inédite avec cette sonde physique peu banale. Ils publient leurs travaux dans The Astrophysical Journal.

Les panaches d'eau de Encelade liés à ses "rayures de tigre"

Une équipe de planétologues vient de démontrer que les lignes de faille d'Encelade qui sont visibles à son pôle sud sont responsables de ses panaches d'eau salée. Ils ont publié leur étude dans Nature Geoscience.

L'origine des planètes errantes en couple (les JuMBOs)

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