Gaia: une nouvelle ère en astronomie

Le 25 avril 2018, de nouvelles données obtenues avec le satellite Gaia ont été publiées. Des astronomes de partout dans le monde, y compris plusieurs à l’iREx, sont depuis rivés à leur écran pour tenter de découvrir les secrets qui se cachent dans cette mine de trésors. D’une quantité et d’une qualité incomparables, ces données ouvrent ni plus ni moins la porte à une nouvelle ère en astronomie.

La mission Gaia

Gaia est un télescope spatial de très haute précision lancé en décembre 2013 par l’Agence spatiale européenne (ESA). Les objectifs scientifiques de la mission sont multiples : mieux comprendre la formation et l’évolution de notre galaxie, étudier les étoiles qui la composent, répertorier et caractériser les astéroïdes et comètes de notre Système Solaire, de même que trouver des milliers d’exoplanètes autour des étoiles les plus proches, grâce à la méthode d’astrométrie. Pour remplir ces nombreux objectifs, Gaia mesure la position, la vitesse et la brillance d’environ 1,7 milliard d’étoiles, soit 10 000 fois plus que son prédécesseur Hipparcos, un autre satellite européen en service au début des années 1990.

La seconde vague de données

Les données de Gaia sont diffusées en plusieurs vagues, et sont accessibles à tous. La première parution des données, « DR1 » (pour data release 1) avait déjà permis de nombreuses avancées scientifiques (voir par exemple les projets menés par les chercheurs de l’iREx Neil Cook en 2017 et Jonathan Gagné en 2018) depuis sa publication, en septembre 2016.

Carte de la Voie lactée produite à partir des mesures d’environ 1,7 milliard d’étoiles. (Crédit: ESA/Gaia/DPAC)

Avec la seconde parution des données (« DR2 »), rendue publique en avril 2018, les astronomes ont désormais accès à la brillance et la position de 1,7 milliard de sources. En plus, la distance et le mouvement propre (déplacement apparent dans le ciel) de la plupart des sources (1,3 milliard), ainsi que la vitesse radiale (c’est-à-dire dans notre direction) des quelque 7 millions d’étoiles les plus brillantes sont maintenant disponibles. Cet échantillon représente environ 1 % des étoiles de notre galaxie, la Voie lactée. Une carte en trois dimensions de cette dernière, d’une précision inégalée, a pu être générée.

Jonathan Gagné, un chercheur qui rejoindra l’iREx en juillet 2018 après un stage postdoctoral au Carnegie Institution for Science de Washington DC, est particulièrement enthousiaste « C’est la première fois dans ma carrière que je n’ai pas à attendre d’obtenir du temps au télescope pour recueillir les données nécessaires à mes projets. Il y a tellement de données à analyser que je pourrais y travailler jour et nuit pendant des années! », rapporte-t-il dans une entrevue à l’émission Les années lumière de Radio-Canada.

Il faut dire que ce dernier, avec Lison Malo, une autre chercheuse à l’iREx, ont tous deux consacré leur doctorat à l’identification des étoiles, naines brunes et des objets encore moins massifs dans des associations d’étoiles jeunes du voisinage solaire. Ces objets jeunes sont des cibles idéales pour chercher des planètes grâce à la méthode d’imagerie, ces planètes étant encore chaudes, donc plus brillantes et faciles à repérer. « Alors qu’on devait auparavant estimer la distance et la vitesse d’un membre potentiel, ou obtenir des observations pour les mesurer une à une, le catalogue Gaia offre maintenant ces mesures pour des millions de cibles. C’est inouï! », explique Lison Malo.

Le jour même de la publication des données, le 25 avril dernier, Jonathan Gagné se trouvait avec un groupe d’une soixantaine d’astrophysiciens au Center for Computational Astrophysics du Flatiron Institute, à New York. Ils se sont mis au travail aussitôt les données disponibles, vers 6 h du matin. Jonathan Gagné a d’ailleurs soumis le jour même un court article. « En 2014, nous avions annoncé la découverte de J1207-3900, un nouveau membre très peu lumineux de l’association jeune TW Hya. Gaia a mesuré précisément la distance de cet objet, ce qui confirme son appartenance à cette association âgée de 5-10 millions d’années. On apprend donc qu’on a bel et bien affaire à un “planemo”, c’est-à-dire un objet qui a la masse d’une planète, mais qui est isolé dans l’espace, sans étoile-hôte », exlique Jonathan Gagné.

Dans un autre article, publié quelques semaines plus tard, M. Gagné et ses collègues annoncent l’identification de 900 nouveaux membres dans 27 associations jeunes, principalement des membres très peu massifs, ceux qui étaient les plus difficiles à identifier. « Grâce à Gaia, il est fort probable qu’on trouve encore de nombreux nouveaux membres aux associations connues, et aussi qu’on identifie de toutes nouvelles associations! », ajoute Gagné. 

Étienne Artigau, chercheur à l’iREx, partage l’enthousiasme de ses collègues. « La première chose que j’ai faite, le jour où les données ont été publiées, c’est d’aller voir la distance de mes objets préférés, les étoiles et naines brunes que j’ai étudiées pendant ma carrière, » raconte-t-il. « J’ai pu constater avec joie que plusieurs des résultats que j’ai publiés dans les dernières années sont maintenant confirmés ! Par exemple, pour l’étoile GU Psc, autour de laquelle nous avons détecté une exoplanète en 2014, notre collègue Lison Malo avait estimé une distance entre 140 et 173 années-lumière. Gaia mesure 155 années-lumière. Cela nous permet de confirmer l’appartenance de l’étoile à une association jeune, ce qui confirme l’âge du système, et nous permet d’affirmer avec encore plus de certitude que son compagnon, GU Psc b, est bel et bien une planète! »

De nombreux projets possibles grâce à la seconde vague

L’identification de membres d’associations jeunes est loin d’être le seul objectif scientifique qui profitera de ces nouvelles données de Gaia. Voici quelques autres exemples de projets scientifiques menés par des membres de l’iREx  :

• Mariya Krasteva, une boursière d’été Trottier, va concevoir un outil à partir des mouvements propres répertoriés par Gaia. Ce dernier permettra, pour une étoile autour de laquelle le télescope spatial TESS détectera un système planétaire, de la repérer dans plusieurs catalogues, et ainsi de rassembler rapidement toute l’information connue sur le système et d’accélérer le processus de confirmation et d’analyse des exoplanètes détectées.
• Lauren Weiss, chercheuse postdoctorale Trottier, fait partie de l’équipe du California Kepler Survey (CKS). Depuis la diffusion des résultats, cette équipe a publié une mise à jour de leur catalogue des rayons d’étoiles hôtes des planètes détectées par le télescope spatial Kepler. Cela permet de déterminer la taille des planètes avec une précision sans précédent. Lauren Weiss se concentre sur les systèmes multiplanétaires de l’échantillon. Ces nouvelles données lui permettront de comparer les petites planètes – celles qui ont un rayon inférieur à celui de Neptune – qui se trouvent dans des systèmes avec plusieurs planètes et celles qui sont seules autour de leur étoile.

Et le futur…

Deux autres vagues de diffusion de données sont attendues avant la fin nominale de la mission Gaia, en 2022. La troisième publication de données, prévue pour 2020, permettra de préciser la position et la brillance des sources, et de fournir des vitesses pour beaucoup plus d’étoiles. Finalement, l’analyse de l’ensemble des données de la mission permettra l’identification d’exoplanètes.

« Les données de Gaia auront un impact sur l’astrophysique pendant les décennies à venir », affirme Jonathan Gagné. « En plus de tous les résultats qu’on obtiendra certainement grâce à cet incroyable instrument, on se doute qu’il révélera aussi son lot de surprises. »

Plus d’informations

• Gaia établit la distance des étoiles grâce à la technique de la parallaxe, qui consiste à mesurer la position de l’étoile par rapport à d’autres, très distantes, à différents moments de l’orbite de la Terre autour du Soleil.
• Gaia évalue aussi la direction et l’amplitude du déplacement des étoiles grâce à deux mesures, d’abord leur mouvement propre, c’est-à-dire leur déplacement apparent dans le ciel, et ensuite leur vitesse radiale, c’est-à-dire leur vitesse le long de la ligne de visée.

Technique de la parallaxe. Dans les encadrés de gauche et de droite, on voit que la position de l’étoile observée par rapport aux autres étoiles n’est pas la même au mois de janvier qu’au mois de juillet. Ce changement de position permet de déterminer la parallaxe, c’est-à-dire l’angle entre la Terre, l’étoile observée et le Soleil. Cela permet en retour de déterminer la distance entre l’étoile et le Système Solaire, étant donné que la distance de la Terre au Soleil et bien connue. (Crédit: ESA/ATG medialab)

Le mouvement propre (en rouge) et la vitesse radiale (en bleu) d’une étoile permettent de déterminer l’amplitude et la direction de sa vitesse réelle (en mauve). (Crédit: ESA/ATG medialab)