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Blog et Podcast - Astronomie, Astrophysique, Astroparticules, Cosmologie. L'infini se contemple, indéfiniment. ISSN 2272-5768
Une Explosion de Supernova Proche Expliquée par ses Résidus
Ce que vous voyez sur cette image, vous ne pourriez pas le voir avec vos yeux. Non pas que ce serait trop faible, mais il s'agit de rayons X. Cette image composite a été reconstruite à partir d'une image optique (les étoiles, en blanc) et d'images en rayons X obtenues avec le télescope Chandra (la structure au centre).
Cette "structure" visible en rayons X est le résidu d'une supernova qui se trouve dans notre galaxie, à seulement 28000 années-lumière.
Il faut savoir que les supernovae qui ont lieu dans notre propre galaxie sont très rares. Leur nombre est en moyenne de seulement deux par siècle. Celle-ci a explosé il y a environ 100 ans et c'est la plus récente connue dans notre galaxie. Elle aurait pu être visible par les astronomes de l'époque, si seulement elle n'avait pas été enfouie dans des nuages de gaz et de poussière...
Aujourd'hui, 100 ans plus tard, nous pouvons observer ses résidus, de la matière en expansion rapide formant une sorte de cocon, qui émet des quantités considérables de rayons X de différentes énergies.
Le télescope Chandra X-Ray Observatory, lancé en juillet 1999, est dédié exclusivement à l'observation du ciel en rayons X. C'est avec cet outil incomparable que l'équipe d'astrophysiciens américains à l'origine de cette image, a observé durant une très longue pose ( plus de 11 jours au total) ces débris, qui sont appelés G1.9+0.3.
Et ce qu'ils découvrent est non seulement beau visuellement, mais aussi étonnant de point de vue astrophysique. En effet, ils montrent que la plus grande partie de l'émission X est ce qu'on appelle du rayonnement synchrotron, rayonnement produit par des électrons qui sont accélérés à de très grandes vitesses par l'onde de choc de l'explosion.
Cette donnée fournit de précieux renseignement sur la nature des rayons cosmiques produits lors des supernovae.
Mais, en plus, les auteurs de cette étude montrent qu'une partie importante des rayons X du résidu est produite par les éléments produits dans la supernova elle-même, ce qui permet d'en savoir beaucoup plus sur la nature de l'explosion.
Vue d'artiste du télescope CHANDRA (NASA)
Normalement, la plupart des supernovae de type Ia comme celle-ci explosent de manière symétrique (avec des débris répartis uniformément sur une sphère). Mais ici, rien de tel. G1.9+0.3 montre une forme au contraire extrêmement asymétrique, avec la plus forte émission X venant des éléments comme le silicium, le soufre et le fer, très localisée dans la partie Nord du résidu.
Ces caractéristiques bizarres font dire aux astrophysiciens que c'est cette explosion qui devait être très particulière... Elle aurait été elle-même très "non-uniforme" et très énergétique. C'est ensuite en faisant des simulations que les chercheurs parviennent à trouver des indices concordants sur les mécanismes qui ont du être à l'oeuvre. Ils estiment que le plus probable est que l'explosion s'est déroulée en deux phases : tout d'abord des réactions de fusion nucléaire ont lieu au fur et à mesure de l'avancée de l'onde de choc dans l'étoile formant les éléments jusqu'au fer. L'énergie de ces réactions fait se dilater l'étoile, sa densité devient plus faible, ce qui permet alors une nouvelle détonation beaucoup plus rapide que la précédente et la production de nouvelles réactions de fusion nucléaire.
La prochaine étape va consister à vérifier l'asymétrie de l'explosion en essayant de mesurer le taux d'expansion des débris dans des zones différentes, ce que devrait pouvoir fournir Chandra associé à des radiotélescopes comme le Karl Jansky Very Large Array.
L'analyse fine des rayons X observés par Chandra permet ainsi de comprendre comment s'est déroulé une explosion d'étoile que personne n'a vu et qui s'est passé il y a près de cent ans.
The Astrophysical Journal Letters. July 1, 2013
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Libellés : astrophysique, rayons X, supernova
Autour du Grand Triangle d'Eté
L'été est propice à flaner la nuit le nez en l'air. Ces nuits étouffantes, où seule une virée nocturne permet de se rafraîchir quelque peu, peuvent également être les témoins d'un spectacle ébouriffant. Vous connaissez sans doute le fameux Grand Triangle d'été, formé par trois étoiles très brillantes; je vous propose de plonger plus profondément dans le monde qui entoure ces trois belles de l'été.
Le Grand Triangle d'été est visible dès le début de nuit au dessus de l'horizon Est. Il est formé par Véga (la plus brillante des trois), Deneb, et Altaïr.
Véga, Deneb et Altaïr font partie de trois constellations différentes : respectivement la Lyre, le Cygne, et l'Aigle. Alors qu'il faut un peu d'imagination pour voir pourquoi les anciens ont nommé la Lyre ainsi, on peut très facilement voir les deux oiseaux en plein vol que sont le Cygne et l'Aigle.
Voyons maintenant le nom de ces constellations et des plus petites qui se situent à l'intérieur même du Triangle ou juste à proximité : nous avons ici un Petit Renard (Vulpecula), une Flèche (Sagitta) et un Dauphin (Delphinus).
Approchons maintenant d'un peu plus près de ce Triangle presque isocèle.
Commençons tout d'abord notre exploration en levant la tête le plus haut, vers cette étoile extrêmement brillante qu'est Véga. Nous sommes dans la Lyre.
L'objet phare de la Lyre est sans conteste la nébuleuse qui en porte le nom, la fameuse nébuleuse de l'anneau, ou nébuleuse de la Lyre. Celle qui porte le numéro 57 dans le catalogue de Messier est un résidu d'explosion d'étoile, une nébuleuse dite planétaire de par sa forme ronde en forme d'anneau. On la trouve très facilement car elle se situe pratiquement au milieu des deux étoiles qui forment le bas du losange suspendu à Véga.
Juste en dessous du losange de la Lyre se trouve un autre objet de Messier, à savoir M56. C'est un amas globulaire  situé à près de 33000 années-lumière et dont le diamètre est de l'ordre de 60 années-lumière. On peut parvenir à en résoudre quelques dizaines d'étoiles avec un télescope de plus de 250 mm.
Remontons maintenant vers Véga en contournant le losange par la gauche, nous rencontrons une étoile bien brillante, Théta Lyr. Il s'agit en fait d'une étoile double bien séparée, qui à la particularité d'être fort jolie à regarder : les deux compagnes sont de couleurs très différentes ; une jaune et l'autre bleue, un peu à la manière d'Albireo dont parlerons dans quelques lignes...
M57, par Hubble (NASA/HST)
Mais n'anticipons pas trop, restons dans la Lyre et remontons encore vers Véga. Légèrement à sa gauche, au dessus du losange, se trouve un objet assez exceptionnel. Il s'agit d'une étoile quadruple ! On l'appelle aussi la double-double. Epsilon Lyr est en fait composée de deux groupes d'étoiles doubles. Leur vision est impressionnante, surtout lorsque l'on songe que ce beau monde d'une belle couleur jaune se tourne autour...
Il est déjà temps de quitter la Lyre pour rendre visite à nos oiseaux préférés, en commençant par le Cygne. Bien évidemment, nous allons voir tout de suite celle qui est devenue l'archétype du contraste de couleurs : Albireo la magnifique, qui fait office de tête du Cygne. Albireo est l'une des plus belles étoiles doubles du ciel boréal, si ce n'est la plus belle. Elle montre deux compagnes d'un bleu profond et d'un jaune orangé, dont la proximité les rend inoubliables.
Nous quittons Albireo pour nous diriger vers l'aile gauche du Cygne, en remontant vers le milieu du segment Deneb-Véga. Nous nous arrêtons juste avant de croiser ce segment imaginaire. Nous y sommes, c'est ici que l'on trouve NGC 6819. C'est un très joli amas ouvert, qui regroupe des dizaines d'étoiles dans une formation très resserrée.
Poursuivons la droite reliant Albireo et NGC 6819 jusqu'à traverser l'aile du Cygne, et nous nous arrêtons juste après. Ici se trouve une nébuleuse planétaire, petite mais très amusante. On l'appelle la planétaire clignotante. NGC 6826 est clignotante lorsqu'on la regarde en face et en vision décalée, en alternant. L'acuité visuelle nocturne étant bien meilleure dans les zones périphériques de la rétine, l'effet sur des objets faibles et peu étendus est immédiatement perceptible et on peut jouer un moment avec ses yeux et cette sympathique nébuleuse planétaire
Assez joué, nous redescendons maintenant vers Deneb. Une fois sur Deneb, il faut poursuivre un peu la descente presque parallèlement à l'aile, nous tombons nez à nez avec une nébuleuse très étendue, mais qui nécessite l'utilisation d'un filtre UHC pour être facilement repérable tout de même. NGC 7000 est également surnommée la Nébuleuse North America.
Notre tour du Cygne n'est pas terminé, car on garde le meilleur pou la fin, mais avant d'y parvenir, nous devons aller voir  une autre nébuleuse planétaire, NGC 7027, qui elle, ne nous permet pas de la voir clignoter comme sa consoeur. Ça ne fait rien, elle est jolie quand-même et peut-être même pas très ronde...
L'étape suivante est une étoile double, ça faisait longtemps, tiens... celle-ci se dénomme 61 Cyg. Cette étoile double aux belles teintes jaunes profond s'est rendue célèbre pour avoir été la première étoile dont on a pu mesurer la distance par la méthode des parallaxes, grâce à Friedrich Bessel en 1838 (10,5 années-lumières). Comme promis, nous terminons le tour du Cygne par de pures beautés. Ces somptueux objets du ciel estival sont nommées les Dentelles du Cygne, les petites dentelles et les grandes dentelles sont de vastes étendues nébuleuses, des nuages de gaz qui flottent comme à la surface de la Voie Lactée par ailleurs bien visible en arrière plan dans cette région très riche. Pour bien apprécier ces nébuleuses, il faudra tout de même équiper son oculaire (de grande focale de préférence, vue l'étendue du spectacle) avec un filtre OIII qui mettra en valeur ces volutes filamenteuses dont le Cygne se pare chaque été...
Juste à côté de l'imposante constellation du Cygne se trouve une toute petite constellation appelée le Petit Renard, qui semble n'être constituée que de deux étoiles. Bien que peu étendue, le petit Renard (Vulpecula) recèle pourtant des trésors.
Non loin de la Petite Dentelle, en se déplaçant en direction de la constellation de la Flèche, nous entrons sur le territoire du Petit Renard, et nous allons trouver un objet d'une beauté renversante. NGC 6834 est un amas ouvert, riche de plusieurs dizaines d'étoiles voire plus, et très étendu, il faut préférer là encore un oculaire de grande focale permettant un faible grossissement. Ses étoiles certes point très brillantes montrent essentiellement la beauté de la gravitation à l'oeuvre...
Revenons un bref instant dans le Cygne, qui nous manque peut-être déjà, en remontant en direction de la sublime Albireo mais en s'arrêtant aux trois quarts du chemin. Nous arrivons sur un objet nommé NGC 6834, qui est un autre amas ouvert, lui aussi digne d'intérêt. On y voit une bonne trentaine d'étoiles serrées les unes contre les autres. On pourrait même distinguer en son centre une mystérieuse structure rectiligne...
Cette fois-ci, nous laisson s'envoler le Cygne et revenons vers notre Petit Renard en traversant le segment principal de la constellation pour se diriger vers la Flèche que nous verrons par la suite. Environ au niveau des Dentelles et de NGC6930, nous pouvons admirer un objet du catalogue de Messier, M27. Il s'agit d'une nébuleuse planétaire comme on les aime, et sans doute l'une des plus connues. En tout cas mieux connue sous le nom de nébuleuse de l'Haltère, pour des raisons évidentes de forme.
Avant de visiter l'autre oiseau du grand Triangle, arrêtons-nous maintenant sur ces autres petites constellations pleines de petits trésors à observer. Tout d'abord la Flèche, sur laquelle nous étions presque atterris. Presque exactement au milieu des deux étoiles principales de cette flèche que nous imaginons très aisément, nous pouvons observer M71, qui est un amas globulaire pas très dense, un peu perdu dans une foultitude d'étoiles du bras galactique en arrière plan. Cela ne l'empêche pas de nous montrer quelques dizaines d'étoiles résolues, avec un bon diamètre de télescope tout de même...
Les étoiles de la flèche nous indiquent une direction, que nous suivons donc. Après avoir parcourus environ l'équivalent de la longueur de la flèche (c'est simple l'astronomie, non ?), nous trouvons NGC6905, en même temps que nous changeons de territoire, car nous sommes ici chez le Dauphin. NGC 6905 est une nouvelle nébuleuse planétaire, assez facile à localiser grâce à une étoile assez brillante toute proche. Cette nébuleuse planétaire ne montre pas d'anneau mais plutôt une petite boule de gaz très douce, perdue là au milieu de nulle part (ou presque).
Le Dauphin n'a pas fini de nous montrer ses secrets, nous descendons donc vers le losange si caractéristique de la tête du cétacé. Nous nous penchons sur le cas de l'étoile située le plus à gauche du losange. Il s'agit de gamma Del, qui est une étoile double jaune-jaune prisée des amateurs que vous êtes devenus. Le Dauphin montre une sorte de queue dans le prolongement du losange, nous suivons cette ligne imaginaire en parcourant deux fois la distance depuis le losange, vous avez en face des yeux NGC6934. C'est un amas globulaire dont les étoiles sont si serrées et si faibles qu'elles ne sont pas résolues, on ne voit qu'une grosse boule diffuse et on imagine toutes ces étoiles en interaction gravitationnelle, peut-être accompagnées de quelques trous noirs ?...
Le temps semble venu pour aller voir Altaïr. La tête de l'Aigle. Nous y allons vite sans besoin de repères particuliers. De là, nous nous deplaçons légèrement vers l'aile droite du rapace, en plein dans une zone très dense de la Voie Lactée, les étoiles foisonnent par ici... Et c'est encore vers une nébuleuse planétaire de type annulaire que je vous conduit : NGC 6804. Voir l'anneau n'est permis qu'aux heureux possesseurs de télescopes de diamètre supérieur à 250 mm. Mais on peut aussi se contenter d'admirer cette forme toute ronde avec un diamètre inférieur...
Nous contournons maintenant complètement l'aile droite de l'Aigle pour trouver juste à droite du bout de l'aile : NGC 6709, qui se trouve être un amas d'étoiles ouvert possédant quelques beaux spécimens et en belle quantité, en plus. On aime ces étoiles rapprochées assez brillantes... Il est temps pour nous de clore ce périple estival avec un dernier petit objet sympathique tout plein, NGC 6755, un amas ouvert là encore, mais qui lui possède plusieurs étoiles doubles. Pour le rencontrer, il faudra vers le corps de l'oiseau exactement parallèlement à l'aile que nous avions contournée. Des étoiles doubles au sein d'un amas ouvert renforce encore d'avantage cette impression de bousculade gravitationnelle entre étoiles à laquelle on ne peut que songer à l'observation.
La nuit s'est maintenant rafraîchie, et nous avec... Il est temps d'aller vérifier si ce grand triangle est vraiment isocèle ou bien s'il s'agit d'un leurre. Vous pourriez également chercher dans quelle constellation se trouve son barycentre, avant de vous endormir au pays des oiseaux musiciens...
Bon Ciel, Bon Eté!
Cartes du ciel réalisées avec Stellarium 0.12.1
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Libellés : Albiréo, astronomie, Dentelles, Observation, Véga
jeudi 13 juin 2013
L'Energie Noire ne Varie pas au Cours du Temps
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Le fait que l’expansion de l’Univers a commencé à accélérer il y a 7 milliards d’années est quelque chose d’accepté dans le modèle cosmologique standard actuel, même si ce qui a causé cette accélération reste aujourd’hui un mystère. L’expression « énergie noire» couvre plusieurs possibilités, et pour trier parmi celles-ci, nous avons besoin de plus d’informations, comme par exemple de savoir si cette énergie noire est constante ou bien varie au cours du temps.
Jusqu’à  présent, les astrophysiciens ont toujours été limités par le fait que la plupart des observations concernaient soit l’univers assez proche (avec un redshift z proche de 1), là où les supernovae et les galaxies sont facilement observables, ou au contraire l’univers très lointain (à z de l’ordre de 1000) avec le rayonnement fossile du fond diffus cosmologique.
Illustration du phénomène d'oscillations acoustiques baryoniques laissant leur empreinte dans les grandes structures de galaxies (Illustration  Chris Blake et Sam Moorfield)
Mais aujourd’hui, un programme observationnel permet de combler en partie ce trou temporel. Le Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) permet de mesurer l’expansion cosmique à  des redshifts de 2.3, correspondant à  une remontée dans le temps de 10 milliards d’années, soit avant le début de l’accélération de cette expansion.
Ces observations confirment bien sûr l’existence d’un terme d’ "énergie noire". Mais chose beaucoup plus intéressante, elles montrent qu’elle n’a pas varié dans les derniers 10 milliards d’années. Cette énergie noire reste cohérente avec une nature de  type "constante cosmologique" à  la Einstein, alors que cela aurait pu ne pas être le cas.
La collaboration BOSS enregistre les spectres de presque 2 millions de galaxies et de 150000 quasars grâce au télescope de 2.5 m du Sloan Digital Sky Survey , situé à  l’observatoire Apache Point au Nouveau Mexique. Leur objectif est de déterminer la distribution de la matière à  travers plus de la moitié de l’Univers observable. Cette distribution, qui n’apparaît pas aléatoire fournit de précieux renseignement non seulement sur l’énergie noire, mais aussi sur la distribution de matière noire et sur la gravitation.
Télescope de 2.5 m du Sloan Digital Sky Survey , situé à  l’observatoire Apache Point (CalTech)
Depuis sa mise évidence en 1998 par l’observation de supernovae, l’accélération de l’expansion n’a eu de cesse d’être investiguée pour essayer d’en déterminer l’origine.
Parmi les premiers paramètres utilisables se trouvent ce qu’on appelle les oscillations acoustiques baryoniques, qui sont des sortes d’ondes acoustiques se déplaçant très vite dans l’Univers très jeune et très dense et qui se retrouvent aujourd’hui comme figées, dès lors que la matière n’était plus assez dense pour leur propagation, 300000 ans après le BigB.
Ces oscillations acoustiques se traduisent aujourd’hui par des variations de densité de matière caractéristiques, visibles au niveau des distributions de galaxies, et qui conservent l’empreinte des fluctuations primordiales de densité.
Depuis une dizaine d’années, de nombreux programmes de recherches de galaxies ultra-lointaines ont vu le jour, et tous parviennent à  voir l’échelle des OAB dans les distributions des galaxies. C’est grâce à  ces mesures que l’accélération de l’expansion a pu être confirmée sans faire appel au supernovae.
Vue schématique de l'expansion, d'abord se ralentissant puis s'accélérant (NASA Science)
L’apport du programme BOSS vient de sa prise en compte de quasars très lointains. L’équipe a utilisé ces quasars comme des lampes torches projetées vers nous pour étudier la distribution d’hydrogène qui se trouve entre les galaxies, par l’"ombre" qu’il produit (absorption de la lumière des quasars d’arrière-plan).
C’est la première fois qu’une mesure de l’hydrogène par cette méthode est utilisée pour mesurer les oscillations acoustiques baryoniques. Et c’est cette technique qui a ainsi permis de trouver les taux d’expansion les plus anciens.
D'après les résultats de BOSS, l’énergie noire est donc constante dans le temps. C’est finalement la théorie la plus simple qu’on pouvait imaginait qui semble se révéler la  bonne.
Désormais, la balle est plutôt dans le camp des théoriciens. Alors que les techniques observationnelles peuvent toujours être améliorées et on sait comment faire,  en revanche, trouver la bonne théorie qui explique ce qu’est vraiment ce qu’on appelle par défaut "énergie noire" est une autre affaire… mais on on a au moins éliminé pas mal de pistes.
Cosmology: Hydrogen wisps reveal dark energy
Nature498,179–180 (13 June 2013)
A. Busca, N. G. et al. Astron. Astrophys. 552, A96 (2013)
A. Slosar, A. et al. J. Cosmol. Astropart. Phys. 026 (April 2013).
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