Découverte d'une planète géante autour d'une étoile très jeune

Une équipe d'astronomes américains rapporte l'observation d'une planète géante en orbite autour d'une étoile d'à peine 2 millions d'années, de quoi revoir nos modèles de formation des grosses planètes.

Que dirait la physique si elle pouvait parler du temps ? par Etienne Klein

L'espace-temps : juste un truc-bidule ? Conférence excellente de Etienne Klein, à regarder en entier, y compris les questions à la fin!

Mars : Un âge glaciaire enregistré dans ses calottes polaires

Des mesures radar des pôles de Mars mettent en évidence des changements climatiques sur la planète rouge de type glaciation/déglaciation.  Le dernier âge glaciaire martien remonterait à 370000 ans.

Les montagnes étonnantes de Io mieux comprises

Io, le troisième des quatre satellites galiléens de Jupiter en taille, possède une particularité étonnante : ses montagnes. Elles sont à la fois très hautes (pouvant atteindre jusqu’à 18 000 mètres), et très différentes de ce que l’on connaît ailleurs, apparaissant souvent comme des grands blocs abrupts plantés au milieu de plaines. Leur formation, longtemps mystérieuse, est aujourd’hui un peu mieux comprise.

Un nouvel indice sur l'origine des premiers trous noirs supermassifs

Illustration de l'objet 29323 (encadrés : en haut : image en rayons X par Chandra, en bas : en visible par Hubble)
(NASA/CXC/Scuola Normale Superiore/STScl/CXC-M.Weiss)

Nous en avons déjà longuement parlé ici, l'origine des trous noirs supermassifs est une énigme. Deux théories s'affrontent : soit ces trous noirs de plusieurs millions ou milliards de masses solaires sont nés à partir de trous noirs stellaires de quelques centaines de masses solaires qui ont ensuite grossi extrêmement vite par accrétion de matière et par fusions successives avec d'autres trous noirs, soit ces premiers trous noirs supermassifs sont nés déjà très gros, de 10 000 à 100 000 masses solaires, par effondrement gravitationnel de nuages de gaz et ont continué à grossir à une vitesse normale.

Les jours de Mars

Mars imagé par Marc Delcroix en 2012, le pôle Nord est en bas (http://www.astrosurf.com/delcroix/)

C'est maintenant! Il vous suffit de regarder en direction de l'horizon sud en milieu de nuit et vous ne verrez qu'elle (sans compter la Lune qui se trouve presque pleine). Cette "étoile" très brillante d'une belle teinte rouge-orange n'est pas une étoile, mais une planète: Mars. Mars n'a pas été aussi brillante et d'aussi grande taille apparente depuis deux ans, date de sa dernière opposition.

Mesure de l'effet d'une naine blanche sur une naine brune

Cartographie de température de J1433, les températures
froides sont représentées par les couleurs sombres
(J. Hernandez Santisteban)

Le rayonnement reçu d’une étoile proche joue un rôle crucial sur la structure atmosphérique d’une planète. Mais qu’en est-il lorsqu’il s’agit d’une autre étoile formant avec elle un système binaire ? Une équipe d’astronomes montre pour la première fois qu’il est possible d’observer des différences entre la face éclairée et la face cachée d’une étoile naine brune en couple avec une étoile naine blanche.

Découverte d'un impact géant d'astéroïde datant de 3,5 milliards d'années

Les sphérules d'impact découvertes (A. Glikson)

Des géologues et planétologues australiens viennent de mettre en évidence l'existence d'un impact géant d'astéroïde sur la Terre datant d'il y a 3,46 milliards d'années.

Disparition de André Brahic

L'étonnant système planétaire de Kepler-223

Illustration du système de Kepler-223
(W.Rebel, Wikimedia Commons)

Le système planétaire découvert par le télescope Kepler il y a quelques années autour de l'étoile Kepler-223, se trouve être en fait une petite rareté. Il est composé de 4 mini-Neptunes orbitant très près de l'étoile, dans des orbites en parfaite résonance.

IceCube ne voit pas de signes de neutrinos stériles

Le détecteur IceCube a pour objectif principal d'étudier les neutrinos de très haute énergie qui proviennent du milieu extragalactique, mais il peut aussi être utilisé pour faire des études d'oscillométrie des neutrinos et chercher des signes de nouvelle physique, comme l'existence d'un quatrième neutrino, stérile.

Le neutrino stérile est issu de travaux théoriques et pourrait être fort intéressant si son existence était démontrée, car il possède une masse, subit donc la force de gravitation, mais n'interagit via aucune autre force, d'où son qualificatif de stérile. Il est donc virtuellement indétectable et serait ainsi un candidat idéal pour expliquer la matière noire. Et les neutrinos sont des particules qui ont la caractéristique rare d'osciller d'une saveur à l'autre. Les trois types de neutrinos connus peuvent se transformer l'un en l'autre au cours de leur trajet dans le vide ainsi que lorsqu'ils traversent la matière, où leur oscillation est d'ailleurs accentuée (c'est l'effet appelé MSW). Le neutrino stérile se comporterait de la même façon.

Il est donc possible théoriquement de déceler la présence de neutrinos stériles en observant attentivement comment des neutrinos "classiques" oscillent d'une saveur à l'autre au cours de leur traversée de grandes quantités de matière, comme l'épaisseur d'une planète par exemple.

Le taux de disparition des neutrinos mu en fonction de
leur énergie et de l'angle zénithal (IceCube Collaboration)

C'est ce à quoi se sont attachés de faire les physiciens de la vaste collaboration IceCube. D’après la théorie, une signature typique des neutrinos stériles qui auraient une masse d’environ 1 eV, serait  une très forte disparition (par oscillation) des neutrinos muoniques atmosphériques ayant traversé la Terre. Les neutrinos atmosphériques sont les neutrinos qui sont produits dans la haute atmosphère par l’impact des rayons cosmiques (essentiellement des protons).

Comme ce type de mesure de baisse de flux en fonction de l’énergie incidente est accessible au détecteur IceCube, les physiciens ont recherché la présence de cet effet, afin de trouver (ou non) des indices de neutrinos stériles. La plage d’énergie des neutrinos ou antineutrinos muoniques explorée ici s’étend de 320 GeV à 20 TeV. Le résultat est que les chercheurs ne voient aucune trace de manque de neutrinos muoniques atmosphériques, ce qui leur permet de placer une nouvelle limite d’exclusion pour les neutrinos stériles, la plus contraignante construite à ce jour. Cette nouvelle limite est importante car elle exclut des résultats antérieurs qui avaient cru voir la présence de neutrinos stériles (les expériences LSND et MiniBooNE), via des anomalies observées dans des oscillations d’une saveur à l’autre qui paraissaient inexplicables autrement.

Depuis quelques années, plusieurs expériences sont parties à la recherche des neutrinos stériles, pouvant juste fixer des limites de plus en plus contraignantes dans l’espace des phases donnant la masse relative du neutrino stérile vis à vis des autres saveurs en fonction de son angle de mélange (sa façon d’osciller avec les autres saveurs).

Dans leur étude soumis à Physical Review Letters, les physiciens de la collaboration IceCube enfoncent le domaine en montrant à quel point IceCube se révèle être un outil puissant pour les études d’oscillométrie des neutrinos. Ils ont utilisé les données obtenues sur les neutrinos muoniques ayant traversé la croûte terrestre après avoir été produits dans la haute atmosphère de l’hémisphère nord. L’existence des neutrinos stériles aurait dû produire une forte disparition de ces neutrinos muoniques à une énergie située autour de quelques TeV. En effet, la traversée de matière, via les multiples interactions avec les électrons et les noyaux d’atomes, modifie l’intensité et la forme des oscillations des neutrinos, et cette variation dépend également de l’énergie incidente du neutrino.

La non-observation de la disparition des neutrinos mu attendue théoriquement si des neutrinos stériles existaient permet donc aux physiciens de contraindre les paramètres du modèle d’un ordre de grandeur plus fortement que ce que pouvaient obtenir les expériences similaires antérieures. Elle remet du coup sérieusement en question l’existence-même des neutrinos stériles, même si ces résultats ne les éliminent tout de même pas encore complètement. Elle pourrait en tous cas impacter durablement les futures stratégies de recherche de ce candidat idéal pour la matière noire.

Source :

Searches for Sterile Neutrinos with the IceCube Detector

The IceCube Collaboration, M.G.Aartsen et al,

Soumis à Physical Review Letters,

http://arxiv.org/abs/1605.01990

Voir aussi mes précédents billets consacrés de près ou de loin aux neutrinos stériles.

Mesure de la masse d'un trou noir supermassif avec une très grande précision

Image composite de NGC 1332 et sa partie centrale
A. Barth (UCI), ALMA (NRAO/ESO/NAOJ);
NASA/ESA Hubble; Carnegie-Irvine Galaxy Survey.

C'est en utilisant le réseau de radiotélescopes ALMA (Atacama Large Millimeter-Submillimeter Array) qu'une équipe d'astrophysiciens vient de mesurer la masse d'un trou noir supermassif avec la meilleure précision jamais atteinte.

Comment observer le passage de Mercure devant le Soleil

Lundi 9 mai, Mercure passe devant le Soleil. Ce phénomène assez rare se reproduira en 2019 puis en 2032. Il sera observable durant toute l'après-midi à partir de 13h05, heure à laquelle Mercure entre sur le disque solaire, jusqu'au coucher de notre étoile.

ATTENTION! NE REGARDEZ JAMAIS LE SOLEIL DIRECTEMENT AVEC DES JUMELLES, VOUS VOUS BRULERIEZ LES YEUX! 

La seule méthode à utiliser si vous ne possédez pas de filtre spécial solaire (en vente dans les magasins d'astronomie), c'est de projeter l'image du soleil sur une feuille blanche.

Pour ce faire, placez vos jumelles en direction du soleil (MAIS NE REGARDEZ PAS DEDANS) et repérez le rond de lumière qui se forme sur le sol (vous pouvez vous aider en mettant votre main en sortie des jumelles pour suivre le rond de lumière intense). Boucher l'un des deux objectifs de manière à ne projeter qu'une seule image.

Placez une feuille blanche à une distance suffisante pour que le disque solaire forme un rond de 10 à 20 cm (la largeur d'une feuille A4 au maximum) sur la feuille. Il suffit de reculer les jumelles pour faire grossir le disque solaire sur la feuille...

Mercure formera un petit rond noir, vraiment petit... Pour vous rendre compte de ce à quoi il faut s'attendre, regardez cette simulation effectuée avec Stellarium, avec une accélération du temps : 

Bon ciel, et bonne observation ! 

Une piste extragalactique pour le neutrino ultra-énergétique Big Bird

La bouffée de rayonnement de PKS B1424-418 observée par TANAMI entre septembre 2012 et mars 2013 (TANAMI).

Des astrophysiciens viennent de mettre en évidence un lien probable entre la détection d'un neutrino ultra-énergétique et l'éruption de rayonnement d'un trou noir supermassif situé à 10 milliards d'années-lumière. 

Exoplanètes : Kepler teste une nouvelle méthode de détection

Une équipe d’astronomes a été tout particulièrement soulagée d’apprendre le retour en fonctionnement normal du télescope chasseur d’exoplanètes Kepler suite à  sa mise en mode d’urgence impromptue apparue au début du mois d’avril : l’équipe qui l’utilise pour trouver des exoplanètes avec une nouvelle technique, les microlentilles gravitationnelles.

L’arrêt brutal du fonctionnement de Kepler avait eu lieu seulement quelques heures avant le début de la campagne d’observation des microlentilles gravitationnelles prévue pour durer 80 jours. Tout étant désormais rentré dans l’ordre, cette campagne a enfin pu commencer.

Le télescope Kepler (NASA)

L’effet de lentille gravitationnelle est un effet prédit par la théorie de la relativité générale, qui indique que les rayons lumineux se déplacent en suivant les géodésiques de l’espace-temps, les mailles de ce grand filet élastique qui est déformé par les masses qui s’y trouvent. La lumière ne voyage donc pas en ligne droite mais est déviée par la présence d’objets massifs. Les premiers effets de lentille gravitationnelle ont été observés avec des cas impliquant des très grandes masses comme celles d’amas de galaxies, qui peuvent produire d’importantes déformations de la forme de galaxies situées en arrière-plan de la masse-lentille. Mais si l’effet de lentille gravitationnelle est ainsi appelé, c’est qu’il ne produit pas uniquement une déformation de la trajectoire des photons, mais il induit aussi une focalisation des rayons lumineux, qui peut avoir pour effet une augmentation de l’intensité lumineuse de l’objet lointain situé derrière la masse-lentille.

L’effet de lentille gravitationnelle existe à toutes les échelles. La masse d’une simple étoile est suffisante pour défléchir suffisamment la lumière d’une étoile située plus loin derrière elle pour que la luminosité de cette dernière soit augmentée artificiellement. C’est ce qu’on appelle les microlentilles gravitationnelles.

Et le télescope Kepler est capable de détecter des sursauts de luminosité si faibles qu’il devrait être capable de déceler ce phénomène non seulement quand il est produit par des étoiles, mais aussi par des planètes. C’est le passage d’une étoile (entourée d’une  ou plusieurs planètes) devant une autre étoile située beaucoup plus loin, telle qu’elle est vue depuis la Terre, qui permettra à Kepler d’observer ces phénomènes de microlentille en mesurant l’évolution de la luminosité sur plusieurs semaines.

Le phénomène de microlentille gravitationnelle a été utilisé dès les années 1980 pour rechercher des astres sombres, des naines brunes. La recherche par cette méthode de corps plus petits comme des planètes  a été mise en œuvre à la fin des années 1990 à partir de télescopes terrestres, comme le programme OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment) qui exploite les instruments de l’observatoire chilien de Las Campanas. Les astrophysiciens doivent suivre des millions d’étoiles durant plusieurs mois pour trouver un seul effet de microlentille. Et parmi ces événements de microlentille, la très grande majorité (99%) est dûe à une étoile seule, le pourcent restant montrant une courbe de lumière avec un petit pic accompagnant le pic principal, qui signe la présence probable d’une planète.

Exemple d'une courbe de lumière d'une microlentille gravitationnelle
produite par une étoile accompagnée d'une planète, le petit pic
signe la présence de la planète (Caltech)

Le gros avantage des microlentilles gravitationnelles par rapport aux autres méthodes de détection des exoplanètes comme celle du transit habituellement exploitée par Kepler, est qu’elle n’est pas seulement sensible aux planètes ayant une orbite très proche de leur étoile. Les effets de microlentille peuvent être observés sur des planètes très éloignées de leur étoile, voire des planètes esseulées, errant dans le milieu interstellaire, et qui pourraient être très nombreuses selon certains astrophysiciens.

Jusqu’à aujourd’hui, les télescopes terrestres ont permis de trouver environ 60 exoplanètes par cette méthode, mais les astronomes espèrent en trouver d’avantage avec Kepler.

On se souvient que Kepler a subi une avarie de ses roues gyroscopiques en 2013, qui l’empêche désormais de se positionner dans n’importe quelle position. Les ingénieurs de la NASA ont trouvé le moyen de continuer à l’utiliser malgré son handicap, en le stabilisant grâce au vent solaire, mais il doit du coup pointer toujours vers la même direction, qui ne varie qu’en fonction des saisons. D’avril à juillet, le champ de vue de Kepler se situe dans la direction du bulbe de notre galaxie, peuplé de nombreuses étoiles, et donc un terrain de chasse idéal pour débusquer des microlentilles gravitationnelles.

Et Kepler ne va pas travailler seul : les astronomes ont eu l’idée d’utiliser le fait que Kepler se trouve à plus de 100 millions de kilomètres de la Terre (sur une orbite autour du Soleil), pour comparer ses mesures avec des mesures enregistrées par une trentaine de télescopes terrestres répartis sur tous les continents. L’observation des mêmes microlentilles simultanément avec Kepler et sur Terre permettra de mesurer la distance du système planétaire qui en est la cause par la mesure de parallaxe. Et les astronomes ont même prévu de faire mieux, car avec un calcul de parallaxe plus complexe impliquant la comparaison des courbes de lumière obtenues avec les différents télescopes, ils pourront déduire la masse du système lentille (étoile+ planète).

Steve Howell, du Ames Research Center de la NASA, et membre de la mission scientifique Kepler, estime que le télescope devrait permettre d’observer durant cette campagne environ 100 microlentilles, dont la moitié pourraient être dûes à des planètes vagabondes et l’autre moitié à des étoiles, dont seule une petite fraction montrerait la présence de planètes en orbite.

Les chercheurs exploiteront tout ce qu’ils trouveront avec Kepler, en attendant la mise en service vers 2025 du futur télescope spatial WFIRST (Wide-Field Infrared Survey Telescope), qui a d’ores et déjà les microlentilles dans son programme de recherche d'exoplanètes, et qui pourrait révolutionner le domaine dans la prochaine décennie, dans les pas du pionnier Kepler.

Source : 

Kepler enlists relativity to find planets

Daniel Clery

Science  29 Apr 2016: Vol. 352, Issue 6285, pp. 504-505

http://dx.doi.org/10.1126/science.352.6285.504