fabrice herpin laboratoire d’astrophysique de bordeaux · 2019. 9. 25. · astronome laboratoire...

Radioastronome ?

Fabrice Herpinastronome

Laboratoire d’Astrophysique de

Bordeaux

ESA/PACS & SPIRE Consortia, T. Hill, F. Motte, AIM, CEA, HOBYS Key Programme Consortium

Un métier qui a changé !

Origine : molécules dans l’espace émettent des ondes électromagnétiques (exemple : lumière visible)

Pourquoi une molécule émet-elle de la lumière ?

La mécanique quantique nous apprend qu’un atome ou une molécule ne peut exister que dans des états d’énergie bien définis.

Quand un atome passe d’un niveau d’énergie E1 à un autre d’énergie inférieure E2 il y a émission d’un photon, dont la fréquence est très simplement liée à la différence entre E1 et E2.

Observer la lumière

E1

E2exci

tati

on

désexcitation

Chaleur ⇒ ⇒ lumière

→ fer qu’on chauffe au rouge ⇒ lumière émise

L’émission ne se fait qu’à des fréquences bien déterminées

= carte d’identité de la molécule

Des fréquences…

L’émission de chaque atome est très faible, mais vu l’immensité des espaces interstellaires, l’émission totale sera parfaitement détectable.

⟹ De la même manière qu’en tournant le bouton d’un récepteur radio l’on s’accorde sur la fréquence d’une station, les (spectromètres des) antennes s’accordent sur les fréquences émises par les molécules, ce qui facilite leur identification.

Des fréquences…

Rappel : C = λ.f

La radioastronomie est la science qui étudie le rayonnement électromagnétique émis par les sources astronomiques à des longueurs d’onde plus grandes que celles émises dans l’optique et l’infrarouge, entre quelques MHz et 2 THz.

Ø5 1016 Hz (< 0.01 nm)

Ø 5 1016 - 5 1019 Hz (0.01-10 nm)

Ø 1015 - 5 1016 Hz (10 nm - 0.4 µm)

Ø 6 1014 - 1015 Hz (0.4 - 0.8 µm)

Ø 5 1011 - 6 1014 Hz (0.8 µm - 1 mm)

Ø 300 Hz - 5 1011 Hz (1 mm - 2000 km)

10-102 K

Un type de lumière, un environnement

Ø5 1016 Hz (< 0.01 nm)

Ø 5 1016 - 5 1019 Hz (0.01-10 nm)

Ø 1015 - 5 1016 Hz (10 nm - 0.4 µm)

Ø 6 1014 - 1015 Hz (0.4 - 0.8 µm)

Ø 5 1011 - 6 1014 Hz (0.8 µm - 1 mm)

Ø 300 Hz - 5 1011 Hz (1 mm - 2000 km)

10-102 K

Un type de lumière, un environnement

Bébé étoiles

Formation d’étoiles ⟹ Radioastronomie et IR

IR : anneaux de formation d'étoiles (nuages de poussière froide et de gaz) ; plusieurs centaines de milliards d'étoiles

étoiles mourantes en rayons X

M31= Andromède, galaxie similaire à notre propre Voie Lactée

ESA/Herschel/PACS/SPIRE/J. Fritz, U. Gent; ESA/XMM-Newton/EPIC/W. Pietsch, MPE; R. Gendler

75 000 années-lumière

Un type de lumière, un environnement

TRANSMISSION DÉPEND DE L’ALTITUDE ET DES CONDITIONS ATMOSPHÉRIQUES

Toutes les lumières ne sont pas observables de la Terre

ATCA, AustralieNançay, France

Radiotélescopes

IRAM-30m, Espagne

Hawaii

IRAM-NOEMA, France

http://www.iram-institute.org/

Radiotélescopes

-ALMA = Atacama Large Millimeter Array. Chili

= Instrument Europe/USA/Japon

= Interféromètre de 54 antennes de 12m + réseau compact (12x7m)

Plusieurs antennes pour voir plus de détails

made in Bordeaux

ESA

Mise en orbite le 14 mai 2009

• 1er observatoire spatial couvrant complètement l’IR lointain ~ 60-670 μm• 3 instruments à bord:

PACS, SPIRE, HIFI

• imagerie, photométrie, spectroscopie

• diamètre du télescope 3.5 m

• température du télescope 3 K

• hauteur 9 m

• masse au lancement 3300 kg

• lancement avec le satellite Planck

• orbite L2

• Fin de mission avril 2013

Le satellite Herschel Space Observatory

crédits ESA

ESA

Mise en orbite le 14 mai 2009

• 1er observatoire spatial couvrant complètement l’IR lointain ~ 60-670 μm• 3 instruments à bord:

PACS, SPIRE, HIFI

• imagerie, photométrie, spectroscopie

• diamètre du télescope 3.5 m

• température du télescope 3 K

• hauteur 9 m

• masse au lancement 3300 kg

• lancement avec le satellite Planck

• orbite L2

• Fin de mission avril 2013

Le satellite Herschel Space Observatory

crédits ESA

2000

Site ranking

‘1% SKA’Science

ISSCMoAs

SiteSelection

ScienceCase published

Inter-governmental discussions

First SKA WorkingGroup

Initial concept

2000

‘10% SKA’Science

92 96 04 05 06 07 08 09 10 14 18 22{

Feasibility study

Full arrayBuild

100% SKA

SKAComplete{ Phase 1

Build10% SKA

{Concept

expositionDefine SKA

System

{ { {

Optimise Reference Design

{

Construct 1% SKA “pathfinders”

La longue genèse d’un télescope…

Qu’observons-nous ?

Spectroscopie...

F. Herpin

Qu’observons-nous ?

Spectroscopie...

F. Herpin

Notre Galaxie : plus de gaz grâce au C+

⟹ réservoir de matière première (H2) pour la fabrication des étoiles avait été sous-estimé de presque un tiers et s'étend plus loin du centre de notre galaxie que ce qu’on pensait.

ESA/NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (Caltech)

La formation des étoilesUne étoile est en équilibre sous l’effet de 2 forces :

- la gravitation qui entraîne la contraction de l’étoile

- la pression du gaz qui s’oppose à la gravitation

ESA/PACS/SPIRE/Thomas Preibisch, Universitäts-Sternwarte München, Ludwig-Maximilians-Universität München, Germany

Le satellite Herschel et les filaments

Etoiles se forment dans des filaments dont la masse est suffisamment élevée pour favoriser l'effondrement du filament et la formation de poches plus denses dans lesquelles les étoiles naissent. Les filaments trop légers restent stables et incapables de former des étoiles.

Le satellite Herschel et les filaments

Etoiles se forment dans des filaments dont la masse est suffisamment élevée pour favoriser l'effondrement du filament et la formation de poches plus denses dans lesquelles les étoiles naissent. Les filaments trop légers restent stables et incapables de former des étoiles.

Le satellite Herschel et les filaments

Etoiles se forment dans des filaments dont la masse est suffisamment élevée pour favoriser l'effondrement du filament et la formation de poches plus denses dans lesquelles les étoiles naissent. Les filaments trop légers restent stables et incapables de former des étoiles.

Filaments de section ~ 0.1 pc

densité minimale pour former des étoiles ~ 2 × 104 cm-3

~ 1600 M⦿︎/pc3 !

Des océans d’eau dans les disques stellaires

1ère détection de la vapeur d'eau enveloppant un disque de poussière autour d'une jeune étoile (TW Hydrae). = première détection de l’eau aussi loin dans le disque, là où les comètes se forment.⟹ assez d'eau existe dans le disque pour combler des milliers des océans de la Terre.

Il contient de quoi donner naissance à 50 planètes de la taille de Jupiter.

Ce disque, qui est en passe de se transformer en un système solaire, contient de grandes quantités d'eau, ce qui suggère que les planètes recouvertes d'eau comme la Terre peuvent être communes dans l'univers.

Il nous faut un télescope spatial type Herschel:-plus sensible (au moins 100 fois mieux), -plus grand (au moins 3 fois plus), -aussi performant en résolution spectrale pour observer

entre 50 et 700 microns -et si possible qui mesure le champ magnétique !!

Et maintenant ?

= la machine ultime à 1 milliard d’euros qu’on ne sait pas faire !

SPICA SPace Infrared telescope for Cosmology and Astrophysics

Concept de la mission SPICA• mission ESA M5

+ grosse contribution JAXA• télescope de 2.5 m, < 8K• 12 - 350 μm• Masse - 3450 kg• lanceur Japonais H3, orbite L2• durée de vie 5 ans• pré-sélectionné ESA en mai 2018• sélection finale 2021• lancement 2025-2030

… résoudre le coeur des processus critiques à l’oeuvre dans l’Univers: premières galaxies, AGNs, refroidissement du MIS pour former le gaz, formation des filaments, chemin de l’eau dans les disques proto-planétaires.

2 ordres de grandeur plus sensible dans le FIR pour…

Merci pour votre attention !

Merci pour votre attention !

Disques proto-planétaires vus par ALMA

23

Comparaison de la taille du Système solaire jusqu’à l’orbite de Neptune (à droite) avec le disque protoplanétaire de HL Tauri qui est près de 3 fois plus étendu.

Le disque protoplanétaire visible autour de HL Tauri mesure environ 3 fois le diamètre du Système solaire en limitant celui-ci à l’orbite de la planète Neptune, à quelque 4,5 milliards de km du Soleil.

Disques proto-planétaires vus par ALMA

24

Jeune étoile (pré-séquence principale) de type solaire HL Tauri. Age: 106 ans.

Or, le processus de formation des planétoïdes par accrétion de grains de plus en plus massifs est censé durer plusieurs millions d’années !

disques de gaz et de poussière

Les anneaux et les vides qui le segmentent sont très probablement la marque des planètes en cours de formation ou déjà suffisamment massives pour commencer à nettoyer leur orbite, à faire le vide autour d’elles.