Un vieil astéroïde vestige revient

vers nous

Illustration de C/2014 S3 (Pan-Starrs), un corps qui, de par son orbite, peut être confondu avec une comète à longue période (en l’occurrence environ 830 ans) mais qui présente les caractéristiques d’un astéroïde primitif. Exilé il y a plusieurs milliards d’années dans les régions glacées, il a subi peu d’altérations du Soleil et de collisions avec d’autres objets, au contraire de ceux qui sont parqués dans la ceinture principale d’astéroïdes. © Eso, M. Kornmesser

Comment obtient-on un système planétaire comme le nôtre, structuré avec quatre planètes rocheuses relativement proches du foyer solaire et séparées de quatre géantes gazeuses par une ceinture d’astéroïdes (sans oublier, dans les confins du Système solaire, la ceinture de Kuiper et le vaste nuage d’Oort…) ? Faute de pouvoir remonter le temps jusqu’à 4,6 milliards d’années, pour espionner le chantier autour du Soleil naissant, les astronomes s’efforcent de reconstituer la scène à travers des modèles et aussi en étudiant les systèmes en formation dans notre voisinage galactique.

Autre piste prometteuse, les comètes et astéroïdes, qui sont tous deux considérés comme de véritables fossiles du Système solaire primitif. C’est entre autres pour cette raison que plusieurs sondes spatiales ont été missionnées auprès de ces corps, telle Dawn (son nom signifie « aube ») qui, après Vesta, orbite depuis plus d’un an autour de Cérès, dans la ceinture d’astéroïdes. Il y a aussi, dans le cas des comètes, Rosetta qui escorte la désormais célèbre Tchouri (de son vrai nom 67P/Churyumov-Gerasimenko) depuis 20 mois. Ces dernières, originaires des régions les plus froides du Système solaire, présentent l’avantage d’avoir préservé dans leurs glaces la matière primitive qu’elles avaient alors agrégée.

Dans ces populations variées de petits corps célestes, les chercheurs surprennent des cas particuliers comme Cérès, qui a un comportement de comètes (il n’est pas exclu que la planète naine ait migré depuis la ceinture de Kuiper) ou, à l’inverse, C/2014 S3 (Pan-Starrs), dont les caractéristiques inhabituelles lui ont valu d’être surnommée « comète Manx », c'est-à-dire « sans queue », en référence aux chats du même nom dépourvus de cette partie du corps. Il s'agit plutôt d'une comète rocheuse, la première d'un nouveau genre.

Portrait de C/2014 S3 (Pan-Starrs) réalisé avec le VLT (le Très Grand Télescope, en anglais Very Large Telescope), au Chili. © K. Meech (IfA/UH), CFHT, ESO

C/2014 S3 (Pan-Starrs) est de retour vers

sa terre natale

L’objet C/2014 S3 (Pan-Starrs) découvert, comme son nom l’indique, en 2014 par le premier télescope du programme Pan-Starrs (Panoramic Survey Telescope And Rapid Response System), installé à Hawaï sur le mont Haleakala, se distingue donc de la plupart des comètes par sa quasi-absence de queue de gaz et de poussière, caractéristique bien connue de ces corps glacés. Dans son cas, il y a très peu de sublimation de glace d’eau, ce qui lui confère une queue fantomatique, plus d’un million de fois moins lumineuse que celle d’une comète placée à la même distance du Soleil(alors à un peu plus de 300 millions de kilomètres de notre étoile).

Pourtant, avec son orbite elliptique estimée à environ 860 ans, il imite le parcours des comètes dites « de longue période ». Un indice qui invite à penser que depuis des milliards d’années, il résidait dans ce qui est considéré comme un immense réservoir de comètes potentielles : le nuage d'Oort. Endormi, conservé bien au frais, l’objet a échappé à notre vigilance jusqu’à ce que, délogé, il se hasarde dans le Système solaire interne et apparaisse enfin sur nos relevés du ciel.

Pour l’équipe qui l’a étudié attentivement durant plusieurs semaines avec l'observatoire Canada-France-Hawaï (CFHT), à Hawaï, puis le VLT (le Très Grand Télescope, en anglais Very Large Telescope), au Chili, ce corps céleste est un vestige de la formation des planètes telluriques comme laTerre ; il aurait été créé dans ce secteur proche du Soleil puis aurait ensuite été malencontreusement expulsé dans les contrées froides et lointaines. Après un exil de 4,5 milliards d’années, le voici de retour, sur le lieu de ses origines… Enfin, plutôt qu’un retour, il s’agit d’un passage.

Les observations de sa surface suggèrent qu’il est rocheux, de type S, soit riche en silicates comme environ 30 % de ses congénères, dont beaucoup figurent dans la frange interne de la ceinture principale d’astéroïdes.

« Nous connaissons déjà de nombreux astéroïdes, mais ils ont tous été cuits (et recuits) par des milliards d’années passées près du Soleil, précise Karen Meech, de l’institut d’Astronomie de l’université d’Hawaï et auteure principale de l’étude publiée le 29 avril dans Science Advances. Celui-ci est le premier astéroïde trouvé à ne pas avoir été cuit. Il a été conservé dans le meilleur congélateur qui puisse exister ».

D’après ses caractéristiques physiques, l’objet C/2014 S3 (Pan-Starrs) est vraisemblablement le vestige d’un bloc protoplanétaire constitutif des planètes rocheuses dans le Système solaire interne. Éjecté, il aurait finalement erré dans le nuage d'Oort durant des milliards d’années avant d’en être délogé et mis sur une trajectoire qui le fait revenir sur ses terres d’origine. © ESO, L. Calçada

Tester les modèles de structuration du Système solaire

Certains modèles théoriques prédisent que les corps rocheux et secs équivalents à celui-ci sont un certain nombre parmi la population de comètes du nuage d'Oort (dans des proportions variables d’un modèle à l’autre). Pour les tester, il faudra en débusquer 50 à 100 autres, estiment les chercheurs. « Nous avons découvert la toute première comète rocheuse, et sommes à la recherche d’autres objets de ce type », commente le coauteur Olivier Hainaut, chercheur à l’ESO à Garching. « En fonction de leur nombre, nous pourrons savoir si les planètes géantes ont parcouru le Système solaire durant leur enfance, ou si elles ont grandi tranquillement, sans se déplacer autant. » L’enquête progresse.

À découvrir en vidéo autour de ce sujet :

La mission Aida est destinée à tester la déviation d'un astéroïde avec un impacteur, un petit engin propulsé à grande vitesse et venant s’écraser à la surface de l’astre. L’Esa (Agence spatiale européenne) nous en dit plus au cours de cette vidéo de présentation du projet.

Kagra, le détecteur d'ondes

gravitationnelles japonais, s'éveille

Une vue d’un des tubes à vide du détecteur d’ondes gravitationnelles Kagra. Il est enterré afin de l’isoler autant que possible d’un bruit de fond de vibrations. Sa conception et son fonctionnement ressemblent à ceux de Ligo et Virgo. © ICRR

La détection par Advanced Ligo de l'onde gravitationnelle GW150914 a été un fantastique cadeau d’anniversaire pour la célébration des 100 ans de la découverte de la théorie de la relativité générale. Une ère nouvelle s’est ouverte, celle de l'astronomie gravitationnelle. Comme toujours avec l’apparition d’un instrument de mesure en science, des perspectives inattendues surgissent. Certains astrophysiciens commencent à penser qu’avec GW150914, on n’a pas seulement découvert le premier trou noir binaire qui ne soit pas supermassif mais également la nature d’une partie de la matière noire.

Beaucoup de travail reste encore à faire pour vérifier ces hypothèses. On aimerait bien notamment pouvoir observer des sources puissantes d’ondes gravitationnelles qui soient associées à des sources électromagnétiques et pourquoi pas, des bouffées de neutrinos. Mais pour cela, il faut pouvoir localiser précisément sur la voûte céleste ces sources d’ondes gravitationnelles. Cela est possible si l’on dispose de plusieurs détecteurs similaires à Advanced Ligo (aLigo) répartis sur la Planète.

Avant de s’appeler Kagra, le détecteur d’ondes gravitationnelles de Kamioka s’appelait le Large Scale Cryogenic Gravitational Wave Telescope (LCGT). Comme on le voit sur ce schéma, il est installé au Japon au voisinage du détecteur de neutrinos Super-Kamiokande. © ICRR

Kagra, un interféromètre comme Ligo et Virgo

Virgo, le cousin européen de aLigo, est en phase d’upgrade pour devenir aVirgo cette année. Une autre machine similaire est sur le point d’entrer en fonction au Japon. Il s’agit du Kamioka Gravitational Wave Detector (Kagra). Comme son nom le laisse deviner, cet instrument est enfoui à plus de 200 mètres de profondeur dans la fameuse mine de Kamioka qui héberge déjà le célèbre détecteur de neutrinos Super-Kamiokande utilisé notamment par le prix Nobel de physique Takaaki Kajita avec ses travaux sur les oscillations de neutrinos. Sans surprise, Kajita est actuellement le directeur de Kagra.

Le détecteur fonctionne sur les mêmes principes que Ligo et Virgo, à savoir des tubes à vide de plusieurs kilomètres de long formant un L et constituant un interféromètre dans lequel circulent des faisceaux lasers. Le passage d’une onde gravitationnelle fait varier la longueur des trajets de sorte qu’une figure d’interférence est modifiée. Mais pour obtenir un signal exploitable, il faut déployer des trésors d’ingénieries, notamment en cryogénie et pour isoler des bruits sismiques des miroirssur lesquels se réfléchissent les faisceaux lasers.

Des tests de fonctionnement ont commencé cette année. Si tous se déroulent comme prévu, la machine sera à jour et devrait commencer à prendre des données entre 2017 et 2018.

À découvrir en vidéo autour de ce sujet :

Les ondes gravitationnelles sont des déformations de l’espace-temps prédites par Einstein. Il serait possible de les mesurer avec des outils appropriés. L’éditeur littéraire Dunod a interviewé Pierre Binétruy, professeur au laboratoire Astroparticule et Cosmologie de l'université Paris Diderot, afin d’en savoir plus sur ces mystérieuses ondes et sur la façon dont on pourrait les détecter.

Sur les traces d'une galaxie naine dans le

halo de la Voie lactée

Distante d’environ 450.000 années-lumière, la galaxie du Fourneau est une des galaxies naines capturées par les forces gravitationnelles de la Voie lactée. Son destin est de se fondre dans notre grande communauté galactique. © Eso, DSS2

Une galaxie spirale comme la nôtre, la Voie lactée, concentre l’essentiel de ses troupes – étoiles(environ 200 milliards de masses solaires), gaz et poussière – dans un disque de 100.000 années-lumière de diamètre, boursoufflé au centre (le bulbe galactique). Le halo est la gigantesque sphère (peut-être 300.000 années-lumière de rayon) qui l’enveloppe. Dans ces régions lointaines, la densité de population stellaire y est beaucoup plus faible que dans le disque où nous nous trouvons (nous sommes à quelque 26.000 années-lumière du centre).

Depuis la Terre et des observatoires spatiaux comme Hubble, situés dans la proche banlieue de notre planète, des astronomes qui s’interrogent sur les origines et l’évolution de notre galaxie, tout en essayant de reconstituer le plus fidèlement possible sa structure, recherchent et scrutent les étoiles situées dans les limbes de la Voie lactée. Pour les chercheurs, il est question de les caractériser et de détailler leurs vélocités. L’idée est que, à de si grandes distances, leurs orbites lentes (c’est la même chose que dans notre Système solaire : la révolution de la lointaine Pluton est beaucoup plus lente que celle de Mercure, proche du Soleil) conservent encore celles de leurs origines.

Le mouvement des étoiles devant la galaxie d'Andromède

Voici trois ans, profitant d’observations par Hubble de notre grande voisine, la galaxie d’Andromède, l’équipe d’Alis Deason (de l’université de Californie) avait établi le mouvement d’une douzaine d’étoiles, au premier plan, appartenant à notre halo galactique. Leur enquête a indiqué qu’elles se situent approximativement à 65.000 années-lumière du bulbe central, aux limites entre le halo interne et externe.

« Regarder le mouvement des étoiles devant des galaxies revient à regarder des cheveux humains pousser à la surface de la Lune depuis la Terre », commente Puragra Guha Thakurta, de l’université de Californie. Eh bien, armé de patience et d’une vision perçante, cela devient possible.

Les mouvements de 13 étoiles du halo (Shell, en anglais sur le schéma, qui signifie « coquille ») de la Voie lactée (Milky Way Galaxy) étudiés alors qu’elles se déplacent devant la galaxie d’Andromède (Andromeda Galaxy), suggèrent qu’elles appartiennent aux restes d’une galaxie naine. © Nasa, Esa, A. Feild

Souhaitant aller plus loin et compléter les représentations spatiales de ces 13 étoiles, Emily Cunningham, également de l’université de Californie à Santa Cruz, et ses collaborateurs, ont ajouté une dimension en extrayant de leurs spectres des données sur leurs déplacements le long de la ligne de mire.

Il leur est alors apparu, de par le mouvement propre de ces étoiles, qu’elles ébauchent une structure en forme de coquille. Si cela se confirme à travers des observations ultérieures, il pourrait s’agir alors, comme l’indique l’auteure principale de cette étude, « d’une relique d’un évènement d’accrétion du passé ».

Le fantôme d'une galaxie naine

Les chercheurs pensent surtout et avant tout à une galaxie naine. C’est en quelque sorte son fantôme que l’on entraperçoit. Ce sont là des traces de sa collision et de la mêlée dans les régions les plus reculées de notre galaxie.

C’est un phénomène qui s’est produit de nombreuses fois au cours des milliards d’années d’évolution de la Voie lactée (il en est de même pour ses paires) comme le suggèrent les modèles. Les galaxies sont en effet cannibales. Entraînées par les forces gravitationnelles, les moins massives se font étirer et dévorer, pour ne pas dire dépecer, par les plus grosses. Cela a sans doute commencé par des poissons un peu plus gros qui ont mangé les plus petits autour d’eux. On le voit encore aujourd’hui avec, entre autres, les Petits et Grands Nuages de Magellan, deux galaxies naines toutes proches qui ont entamé, il y a quelques centaines de millions d’années, une danse fatale avec la Voie lactée…

Dans l’espoir d’identifier la victime et les autres (savoir quelles étaient leurs tailles, quand cela s’est-il produit, quels sont les profils de leurs étoiles, etc.), les chercheurs se sont lancés dans un programme de recherche baptisé HALO7D afin de recueillir des observations détaillées d’un échantillon élargi à des centaines d’étoiles du halo.

Enfin, l’autre possibilité évoquée par l’équipe pour expliquer les mouvements particuliers de ces astres est qu’ils soient nés là-bas. Mais, cela parait peu probable compte tenu des caractéristiques physiques de ces régions. « Il est difficile d’imaginer que des étoiles puissent se former dans les régions d’une aussi faible densité », souligne James Bullock. En outre, « les modèles cosmologiques prédisent que l’on peut y trouver des coquilles comme celle-là ».

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Les collisions de galaxies ne sont pas rares dans l’univers. C’est même l’un des processus de croissance des galaxies. Ainsi, dans quelques milliards d’années, la Voie lactée entrera en collision avec celle d’Andromède. Cette vidéo provient du projet Du Big Bang au vivant, qui regroupe une dizaine de scientifiques. © Groupe ECP, www.dubigbangauvivant.com

ISS : l'astronaute Jeff Williams battra un

record de vie dans l'espace

Le lanceur Soyouz sur son pas de tir du cosmodrome de Baïkonour, au Kazakhstan. Il doit décoller demain, samedi 19 mars 2016, à destination de la Station spatiale internationale (ISS). Il emporte une capsule Soyouz à l'intérieur de laquelle trois astronautes ont pris place, dont Jeff Williams qui devrait battre un record. © Nasa

Quinze jours après le retour sur Terre de Scott Kelly et Mikhail Kornienko, avec leur séjour record de 340 jours à bord de la Station spatiale internationale (ISS), trois nouveaux astronautess’apprêtent à rejoindre le complexe orbital.

Si les conditions météorologiques le permettent, l’Américain Jeffrey Williams et les Russes Oleg Skriprotchka et Alexey Ovchinin (Expédition 47) s’envoleront samedi à bord d’un lanceur russeSoyouz. Ils rejoindront alors Tim Kopra, Tim Peake et Youri Malenchenko, présents à bord de l'ISS depuis le 15 décembre 2015 et qui devraient redescendre sur Terre début juin 2016.

Ces trois nouveaux arrivants resteront à bord de la Station spatiale jusqu’en septembre 2016. Pendant leur séjour dans l’espace, ils réaliseront des recherches sur les effets physiologiques et les troubles sur le système musculo-squelettique induits par les voyages spatiaux. Ils étudieront également la capacité des comprimés pharmaceutiques à se diluer en apesanteur. En prévision des futurs voyages au-delà de l’orbite terrestre, ils réfléchiront au moyen de réduire la taille du matériel d'entraînement physique à bord de l’ISS qu’utilisent quotidiennement les astronautes pour contrecarrer les effets de la microgravité sur le corps humain, notamment renforcer la solidité des os et la masse musculaire.

Dans leurs bagages, ils amèneront avec eux un embout flexible à installer sur le nez électronique E-nose de façon à mieux renifler les bactéries à bord du complexe orbital. Fabriqué par Airbus Defence and Space, il a été installé en 2012 dans la Station pour repérer d’éventuelles traces de contaminations microbiologiques liées à la culture de bactéries et de champignons.

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Se nourrir fait partie des besoins vitaux de tout être vivant. Les astronautes ne peuvent donc pas y couper, même dans l’espace. Découvrez, grâce au Cnes, les techniques pour s'alimenter à bord de la Station spatiale internationale.

ExoMars 2016 est bien partie vers Mars

Des cris de victoire ont retenti à l’Agence spatiale européenne (Esa) lorsque la sonde ExoMars a pris contact pour la première fois avec la Terre. © Rémy Decourt, Futura-Sciences

Mise à jour du 15 mars

Cris de joie à 22 h 30 (en heure française), dans la salle de contrôle de l'Esa, à Darmstadt, en Allemagne. La sonde de l'Agence spatiale européenne a émis un message vers la Terre qui indiquait la séparation d'avec le dernier étage du lanceur Proton-M, décollé de Baïkonour dix heures plus tôt. Après plusieurs tours de la Terre, l'engin a acquis la bonne vitesse et a été lâché sur sa trajectoire. Les lois de la gravitation ont désormais pris le relais. L'orbiteur TGO et l'atterrisseur Schiaparelli sont en route vers Mars, pour un long voyage de sept mois.

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La route d’Exomars 2016 entre la Terre (en bleu) et Mars (en rouge). Le lanceur a injecté la sonde sur sa trajectoire, qu’elle suivra passivement jusqu’à rattraper Mars. TGO pourra alors se mettre en orbite tandis que la capsule Schiaparelli s’enfoncera dans l’atmosphère pour déposer l’atterrisseur. Le nombre en haut à droite indique la distance entre la sonde et Mars en ligne droite. En fait, l'engin spatial devra parcourir 496 millions de kilomètres. Pour se rendre vers Pluton, la sonde New Horizons, de la Nasa, avait suivi une route directe, mais, de ce fait, elle n’a pu que croiser la trajectoire de la planète, et l’observer durant 24 heures, sans pouvoir se mettre en orbite autour d’elle. Avec une route analogue à celle d'ExoMars, New Horizows aurait pu le faire mais le voyage aurait duré 45 ans au lieu de 9,5… © Esa, YouTube

Dix heures d'attente

L’orbiteur TGO et la capsule Schiaparelli de la mission ExoMars 2016 ont décollé avec succès ce matin à bord d’un lanceur russe Proton-M. Le tir a été réalisé à 10 h 31 (heure de France métropolitaine) depuis le cosmodrome de Baïkonour, au Kazakhstan.

Cependant, le succès du lancement n'est pas encore assuré. Ce n’est en effet que ce soir, à 22 h 34, que l’on saura si la sonde s'est bien inscrite sur la trajectoire prévue vers Mars, avec une direction et une vitesse correctes. Jusque-là, c'est le calme plat à l'Esoc, le centre de contrôle de l’Esa, situé à Darmstadt, en Allemagne. Pas de congratulations prématurées, pas de communiqué de presse. On attend...

Pourquoi plus de dix heures avant de crier victoire ? Parce que c'est actuellement le lanceur Proton qui fait tout le travail, capable de réaliser une mise à poste directe grâce à son étage supérieur réallumable Breeze-M (ou Briz-M). Une capacité que n’a pas Ariane 5, conçue pour envoyer des satellites sur une orbite de transfert – son étage supérieur, en effet, n'est pas réallumable. Ariane 6, en revanche, sera capable d'une manœuvre de ce genre.

Salle de contrôle de l'Esa, à Darmstadt, le 14 mars 2016. En haut à 15 h 30 (heure française) : l'heure est à l'attente. En bas, cris de joie à 22 h 30 : sur l'écran apparaît le signal venu de la sonde indiquant que la séparation a réussi. © Rémy Decourt

Quatre allumages successifs pour lancer ExoMars

Le succès du lancement d’ExoMars 2016 repose donc sur le bon fonctionnement de cet étage supérieur Breeze. Or, le lanceur Proton a connu plusieurs déboires entre 2012 et 2015 et cet étage a été mis en cause dans deux échecs survenus en 2012. Pour le lancement d'ExoMars 2016, l'étage Breeze-M doit s'allumer à quatre reprises : à 10 h 42, 12 h 09, 14 h 23 et 20 h 47. Il s'est correctement séparé du lanceur, sur une trajectoire balistique suborbitale, 9 minutes et 42 secondes après le décollage du Proton. L'Agence spatiale européenne (Esa) a ensuite confirmé les trois premiers allumages. Donc, pour l'instant, tout va bien. Les allumages successifs l'ont accéléré et l'engin tourne actuellement autour de la Terre. Durant ce périple, deux stations au sol suivent sa trajectoire mais la sonde elle-même ne peut pas communiquer par radio.

Ce n’est qu’à 21 h 13 qu'elle se séparera du dernier étage de son lanceur, lorsque la vitesse sera suffisante. Elle se trouvera alors à environ 5.000 kilomètres de la Terre. Elle n'aura plus qu'à parcourir quelque 496 millions de kilomètres... À 22 h 29, l'Esoc devrait acquérir les premiers signaux de la sonde qui renseigneront les contrôleurs au sol sur son état de santé. Deux minutes plus tard, Jan Wörner, le directeur général de l’Esa et Igor Komarov, directeur général de Roscosmos depuis le centre de contrôle de Roscomos (le TsUP), situé à Moscou, officialiseront le succès (ou l'échec) du lancement de la sonde et son départ à destination de Mars qu'elle atteindra le 19 octobre prochain.

Lundi, à 10 h 31, la sonde de l'Agence spatiale européenne (Esa) a décollé. Dix heures et plusieurs tours autour de la Terre plus tard, elle s'est séparée du lanceur Proton-M. © Esa, S. Corvaja