Du 15 au 17 octobre 2013, le colloque « From Quantum to Cosmos » se tiendra sur le campus de Valrose de l’Université de Nice Sophia-Antipolis (UNS). Organisé avec le CNES par Catherine Nary Man, directrice du laboratoire Artémis (CNRS - UNS - OCA), cette manifestation fait partie d’une série de séminaires qui débuta en 2006 sous l’impulsion de la NASA. Le concept est de réunir la communauté internationale de chercheurs en physique fondamentale. Leurs travaux de recherche et leurs expériences sont menés sur terre ou en lien avec des missions dans l’espace et touchent donc les domaines de la physique fondamentale, mais également l’astrophysique et la cosmologie. « En France, la physique fondamentale n’a pas vraiment d’appartenance à un Institut du CNRS. Il est donc important pour le laboratoire Artémis de participer et de s’impliquer dans ce colloque », explique Catherine Nary Man, directrice du laboratoire Artémis. En effet, le projet de détection des ondes gravitationnelles VIRGO auquel participe le laboratoireArtémis est du ressort de la physique fondamentale et contribue à tester la théorie de la Relativité Générale.

« L’objectif de cette manifestation est de suivre l’état de l’art dans le domaine de la physique fondamentale. Nous aborderons des thèmes comme la relativité générale, le principe d’équivalence, le modèle standard de la physique des particules, la matière noire et l’énergie noire... », précise Catherine Nary Man. Près d’une cinquantaine de spécialistes sont invités à intervenir pour présenter leurs travaux de recherche et les expériences qui ont été menées ces dernières années. Le prix Nobel de physique, Theodor Wolfgang Hänsch, ouvrira les débats auxquels participeront des représentants du CNES, de la NASA, del’ESA, de l’agence spatiale allemande...

Les missions spatiales en cours feront partie des sujets traités, mais ce colloque est également l’occasion de lancer des idées de nouvelles missions et de débattre de leur pertinence, sachant que leur réalisation est souvent très longue à mettre en œuvre. Quelques bourses de l’ESA seront accordées aux étudiants pour leur permettre de participer au colloque.

 

Un suivi de l’astéroïde géo-croiseur (163249) 2002GT a été réalisé par Maxime Devogele, étudiant en thèse à l’Université de Liège (Belgique) et à l’Observatoire de la Cote d’Azur/UNS, et par l’équipe C2PU.

Cet astéroïde, soupçonné d’être binaire, ne sera plus visible depuis la Terre à cette magnitude avant 2020. La sonde spatiale EPOXI, initialement dédiée à l’étude d’exoplanètes et de comètes dans notre système solaire, approchera cet astéroïde en 2020, lors de sa dernière mission. Toute observation faite au préalable depuis la Terre sur 2002 GT aidera à la réussite de cette rencontre.

Vidéo de 2002GT extraite d’une observation d’une durée de 8 h.

On a en a déduit une période de 3.776 h et l’étude photométrique se poursuivra tant que cela sera possible afin de détecter l’éventuel comapgnon. L’étude astrométrique (importante pour affiner l orbite de ce PHA : potentially hazardous asteroid) est en cours.

Stochastic Gravitational Wave Background in the Advanced Detector Era

 

According to various cosmological scenarios, we are bathed in a stochastic background of gravitational waves generated in the first instants after the Big Bang. Detection of this background would have a profound impact on our understanding of the evolution of the Universe, as it represents a unique window on the very early Universe. In addition to the cosmological background, an astrophysical contribution may have resulted from the superposition of a large number of unresolved sources since the beginning of stellar activity. Detection of an astrophysical GW background would not only provide information about the physical properties of the respective astrophysical objects (such as compact binaries of neutron stars), but it would also elucidate the evolution of these objects with redshift and trace the star formation history or the metallicity.

 

Second-generation detectors such as Advanced LIGO and Advanced Virgo are currently under construction and are expected to start collecting data in 2015-2017 with the strain sensitivity about 10 times better than that of the initial detectors, making many models of stochastic backgrounds potentially detectable. The purpose of this workshop is to gather theorists, astrophysicists and data analysists in order to prepare the search for a stochastic background in the ’advanced detector era’, and maximise the chance of an early detection. The workshop is open to non experts in order to inform people from other fields who may be interesting in participating in stochastic activities about the sources, the different searches and the data analysis issues.

The main topics will be :

  • models of stochastic backgrounds, astrophysical or cosmological
  • search algorithms
  • Mock data challenges
  • Parameter estimation
  • Astrophysical and cosmological constraints

Program.

 

Petits corps du système solaire : une réunion internationale pour coordonner les missions

 

Les spécialistes internationaux de l’étude des petits corps du système solaire (astéroïdes, comètes…) étaient réunis du 29 au 31 à mai à Nice sous l’égide de l’Observatoire de la Côte d’Azur, de l’Université de Nice-Sophia Antipolis et avec le soutien financier du Comité Doyen Jean Lépine de la Ville de Nice. L’objectif de cette rencontre où étaient représentés les plus grandes agences spatiales internationales (NASA, Agence spatiale européenne, agence spatiale japonaise, CNES… ) était de mieux coordonner les missions spatiales d’exploration (robotiques et humaines ) des petits corps du Système Solaire au niveau international, les observations et les recherches théoriques dans ce domaine en soutien à ces missions.

 

En effet, deux missions de retour d’échantillon d’astéroïde sont actuellement en développement : Hayabusa 2 (Japon) qui sera lancée en 2014 pour un retour en 2020, OSIRIS-Rex (Etats-Unis) qui sera lancée en 2016 pour un retour en 2023, etMarcoPolo-R (Europe) qui est en cours de sélection (résultat en février 2014) pour un lancement en 2022 si elle est sélectionnée et un retour en 2027. Etant donnée la grande diversité de propriétés physiques et de composition de ces petits corps, il est important que plusieurs missions visant des corps différents soient développés pour espérer obtenir une connaissance globale. Ces petits corps sont les briques restantes de la formation des planètes et contiennent des informations cruciales sur le stade de formation des planètes et l’histoire précoce du Système Solaire. Par ailleurs, ils pourraient avoir apporté sur Terre les éléments (matière organique et eau) nécessaires à l’émergence de la Vie sur Terre, et seule leur exploration spatiale permettra de le vérifier. Enfin certains d’entre eux représentent une menace pour l’humanité et ces connaissances permettront de mieux nous en protéger. Certains projets de missions discutés dans ce congrès ont pur but de tester notre capacité à dévier un corps potentiellement dangereux.

Patrick Michel, Directeur de Recherches au CNRS, responsable de l’équipe de Planétologie du laboratoire Lagrange à l’Observatoire de la Côte d’Azur, co-porteur de la mission MarcoPolo-R, membre des équipes scientifiques des missions Hayabusa 2 et OSIRIS-REx, et organisateur de cette rencontre, rappelle : « Les astéroïdes sont l’ADN du système solaire. Les étudier permet de mieux comprendre comment notre Système Solaire et nos planètes se sont formées, comment la vie a pu émerger, et comment la maintenir en se protégeant de ceux qui nous menacent. »

De gauche à droite : Donald Yeomans, Jet Propulsion Lab- Caltech,
Patrick Michel, directeur de chercheur CNRS à l’OCA, Lindley Johnson, Nasa Headquarters.

 

Lancement du satellite Gaia le 19 décembre 2013

 

Gaia est une mission d’astronomie pionnière de l’Agence Spatiale Européenne visant à révolutionner notre vision de la Voie Lactée, en révélant l’histoire de sa formation, sa situation actuelle et son évolution future. Construit par la société Astrium, le satellite relèvera la position, la distance et le déplacement dans le ciel d’un milliard d’étoiles. Cet ensemble sans précédent de données permettra d’accéder aux propriétés physiques de chaque étoile ainsi qu’à la carte tridimensionnelle et en mouvement de notre Galaxie. En plus des étoiles, le satellite Gaia détectera des centaines de milliers de petits corps du système solaire comme des astéroïdes et observera des objets hors de notre galaxie. Ce vaste recensement d’un immense contenu scientifique va bouleverser beaucoup de disciplines astronomiques.

 

 

Le site web de l’équipe Gaia de l’Unité de Recherche Lagrange (OCA-CNRS-UNS)

 Le lancement est prévu le 19 décembre 2013 à 10 h 12 heure de Paris.

 Suivre la retransmission en direct sur le site Internet du CNES.

                 

Le processus même de formation de l’astéroïde Itokawa serait à l’origine de ses rochers

Un chercheur du laboratoire Lagrange de l’Observatoire de la Côte d’azur et un collaborateur américain de l’Université de Maryland ont proposé un mécanisme de formation de l’astéroïde Itokawa et l’ont modélisé numériquement. Ils ont trouvé que la forme d’Itokawa -(une sorte d’otarie) et la présence de gros rochers à sa surface viennent du processus même de formation.

La faible densité volumique d’Itokawa (2 g/cc) et les images envoyées par la sonde Hayabusa (voir Fig. 1) qui en a ramené un échantillon sur Terre en 2010 suggèrent que ce petit astéroïde est un agrégat constitué de plusieurs blocs liés par leur attraction mutuelle. Mais jusqu’à présent ceci n’avait pas été démontré, et la présence observée de gros rochers à sa surface restait un mystère. En effet, ces rochers ne peuvent pas être du matériau éjecté des cratères formés par les impacts subis par l’astéroïde au cours de son histoire. D’une part ils sont trop nombreux par rapport au volume disponible dans les cratères identifiés, d’autre part ils auraient dû être éjectés à des vitesses les faisant s’échapper de l’astéroïde du fait de sa faible gravité.

Selon les modèles d’évolution collisionnelle de la Ceinture d’astéroïde, située entre Mars et Jupiter, un objet de la taille d’Itokawa doit nécessairement être un fragment d’un corps plus gros détruit par collision dans la Ceinture des astéroïdes, entre Mars et Jupiter. Les chercheurs ont modélisé numériquement la destruction d’un gros astéroïde. En particulier, ils ont simulé en détail la phase de réaccumulation gravitationnelle durant laquelle les fragments générés, du fait de leurs attractions mutuelles, peuvent se réaccumuler et former des agrégats. De telles simulations avaient été effectuées auparavant par ces mêmes auteurs et des collaborateurs suisses et avaient permis d’expliquer la formation des familles d’astéroïdes. Mais les simulations précédentes ne permettaient pas de calculer la forme des agrégats et rendaient seulement compte de leurs tailles et de leurs vitesses d’éjection car les fragments réaccumulés étaient remplacés par des sphères, par soucis de simplicité et de réduction du temps de calcul.

 Figure 1. A gauche, image de l’astéroïde Itokawa prise par la sonde Hayabusa (credit : JAXA). A droite : image d’un agrégat obtenu dans une simulation numérique de la phase de réaccumulation d’une destruction d’un astéroïde. La forme de l’agrégat produit dans cette simulation est similaire à celle de l’astéroïde Itokawa, et sa surface contient aussi de nombreux petits rochers comme l’objet réel.

Les chercheurs ont récemment introduit un modèle d’agrégat rigide dans leur programme informatique sophistiqué appelé pkdgrav qui permet de calculer les interactions gravitationnelles d’un grand nombre de corps (jusqu’à plusieurs millions) et leurs éventuelles réaccumulations. Lors de la réaccumulation des fragments, ce nouveau modèle permet la formation d’agrégats non-idéalisés constitués de blocs solides de formes irrégulières. Le modèle permet ainsi aux fragments de rester liés lorsqu’ils se touchent (ou de rebondir ou encore de se fragmenter en fonction de paramètres choisis par le modélisateur), plutôt que de les remplacer par des sphères, et suit l’évolution de leurs propriétés mécaniques. Ainsi, la forme et la période de rotation des agrégats sont préservées dans ces nouvelles simulations qui nécessitent plusieurs mois de temps de calculs en utilisant plusieurs dizaines de processeurs.

En utilisant des paramètres mécaniques des agrégats tenant compte de leur résistance mécanique selon leur taille et des coefficients de rebond identiques à ceux mesurés par des expériences, les chercheurs montrent que le processus de réaccumulation lors d’une destruction d’astéroïde peut produire des agrégats dont la forme est similaire à celle d’Itokawa (voir Fig. 1). De plus, les simulations montrent que typiquement, lorsqu’un gros agrégat commencent à grossir par réaccumulation, les plus petits fragments qui sont éjectés à des vitesses initialement élevées mais qui sont suffisamment proches de cet agrégat en formation commencent à ressentir l’influence de l’attraction de sa masse croissante et finalement ralentissent et réaccumulent sur celui-ci. Les chercheurs concluent que ce mécanisme de réaccumulation tardive des plus petites composantes d’un objet formé par réaccumulation est une explication très plausible de la présence d’un grand nombre de gros rochers à la surface d’Itokawa.

Les chercheurs ont donc modélisé pour la première fois la formation d’un objet de forme identique à Itokawa et leurs résultats en accord avec l’interprétation des données de la mission Hayabusa suggérant qu’Itokawa est un agrégat. De plus, ils fournissent une explication à la présence des gros rochers à sa surface. Enfin, en changeant les paramètres mécaniques des agrégats dans les simulations, les chercheurs ont trouvé des agrégats de différentes formes, dont certaines pourraient ressembler à celles d’autres astéroïdes. Leurs travaux se poursuivront afin de vérifier la sensibilité des résultats aux différents paramètres mécaniques des agrégats et de comprendre quels paramètres conduisent à quelles formes observées. Ils pourraient ainsi contribuer à contraindre les propriétés physiques des astéroïdes en fonction de leur forme observée.

Référence :

Michel, P. & Richardson D.C. 2013. Collision and gravitational reaccumulation : Possible formation mechanism of the asteroid Itokawa. Astronomy and Astrophysics Letter, in press.

 

C’est avec tristesse que nous avons appris le décès de notre collègue, Michel Hénon, directeur de recherche émérite au CNRS et astronome à l’Observatoire de la Côte d’Azur, dans la nuit du 6 au 7 avril. Michel a été incinéré le vendredi 12 avril dans la stricte intimité familiale.

Michel Hénon a été l’une des figures emblématiques de l’Observatoire de Nice et celui de la Côte d’Azur. Ses contributions, dès les années 1960 et 1970, ont posé autant de jalons qui ont marqué à la fois l’astronomie et les mathématiques modernes.

Les recherches de Michel Hénon, comme le comportement chaotique dans les systèmes hamiltoniens, le chaos dans les systèmes dissipatifs, liés par exemple à la convection ou à la turbulence, constituent de véritables contributions originales avec, l’attracteur dit de Hénon qui est le premier exemple vraiment simple d’un attracteur étrange.

Les retombées des travaux de Michel Hénon dans le domaine du système solaire, la dynamique des galaxies et les anneaux planétaires ont suscité de nombreux autres travaux par ses disciples et avec ses collaborateurs qui l’ont qualifié de "roi de la simulation intelligente" puisque l’attracteur de Hénon a été découvert sur une calculette programmable dans les années 70’s. Le départ de Michel Hénon laisse une grand vide au sein de notre observatoire et sans doute parmi les chercheurs et amis français et étrangers à qui nous présentons nos sincères condoléances.

Farrokh Vakili, au nom des personnels de l’Observatoire de la Côte d’Azur

 

Le chant du cygne des étoiles super-massives dure plusieurs heures

Une équipe internationale composant la collaboration FIGARO(1) (France – Italie – Australie) comprenant des astronomes des laboratoires ARTEMIS à Nice, IRAP à Toulouse et LAM à Marseille a découvert récemment que les étoiles très massives pouvaient exploser suivant une voie originale. Cette découverte est présentée aujourd’hui dans le cadre du colloque international sur les sursauts gamma(2) à Nashville aux Etats-Unis. Elle a été publiée récemment dans l’Astrophysical Journal.

On connaissait jusqu’à présent deux classes de sursauts gamma. Les sursauts « courts » d’une part, qui durent moins de deux secondes, et sont sans doute associés à la fin catastrophique d’un système binaire d’étoiles à neutrons(3), dont les membres se rapprochent inexorablement sous l’effet du rayonnement des ondes gravitationnelles(4). D’autre part les sursauts « longs »durent de quelques secondes à quelques minutes. Ils sont associés à la fin de vie d’une étoile massive, de l’ordre d’une dizaine de fois la masse du Soleil ; l’étoile brule très rapidement son combustible nucléaire, hydrogène puis éléments plus lourds, et à l’épuisement des ressources un trou noir se forme en son centre tandis que les couches externes se précipitent vers le centre (figure 1).

Le 9 décembre 2011 le satellite Swift de la NASA a détecté un sursaut très puissant mais aussi très original, appelé GRB 111209a. En effet, contrairement aux sursauts gamma « classiques », sa durée était d’au moins 7 heures. Immédiatement il était suivi par une armada d’instruments à toutes les longueurs d’ondes, dont le télescope TAROT du CNRS placé à l’Observatoire Européen Austral au Chili et l’observatoire de rayons X XMM-Newton de l’Agence Spatiale Européenne.

Pour trouver une explication à ce nouveau type de sursaut gamma, il fallait donc imaginer un mécanisme pour alimenter le jet sur une aussi longue durée. Les chercheurs ont proposé qu’un autre « monstre » soit invoqué : une étoile bleue super-géante, faisant 50 fois la masse du Soleil et composée presque exclusivement d’hydrogène, implose à la fin de sa vie en produisant le trou noir en son centre. Dans ce cas cependant, la taille énorme d’une telle étoile – elle s’étendrait jusqu’au-delà de l’orbite de Jupiter – fait que les couches externes prendront plusieurs heures pour se précipiter vers le centre, alimentant le jet pendant cette période (figure 2).

L’un des problèmes est que normalement, les étoiles bleues super-géantes sont environnées d’un vent stellaire très puissant qui les dépouille de leurs couches externes. Il ne reste plus alors que le cœur de l’étoile mis à nu, et ce rapidement après leur formation. Pour maintenir les couches externes en place, l’équipe a proposé que l’étoile soit composée quasi-exclusivement d’hydrogène et d’hélium. Or, depuis le début de l’Univers, plusieurs générations d’étoiles ont été produites, chacune enrichissant un peu plus le milieu interstellaire en éléments lourds comme l’oxygène et le carbone lors des explosions de supernovae. GRB 111209a a été produit à une distance relativement modérée, à un moment où l’Univers devrait être déjà enrichi en éléments lourds, à qui on doit par ailleurs la vie sur Terre. Ces faits semblent, au premier abord, incompatibles entre eux. Cependant, on sait maintenant qu’il existe toujours des régions, de plus en plus rares, composées presque exclusivement d’hydrogène dans notre voisinage galactique.

Si un sursaut long devait se produire dans notre environnement, il aurait des conséquences fatales sur la vie sur Terre, ce qu’ont pointé les astronomes depuis longtemps. Cependant, l’enrichissement en éléments lourds de l’Univers fait que les sursauts gamma deviennent de plus en plus rares, en particulier dans des galaxies comme la notre, riches en populations d’étoiles évoluées. La compréhension de ces événements extrêmes est importante pour la synthèse des étoiles et les mécanismes qui peuvent produire la vie, mais aussi la menacer.

Notes

1. Fast International GRB Afterglow Robotic Observations, collaboration internationale soutenue en France par le Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS/PNHE), Programme National Hautes Energies, l’Instituto Nazionale di AstroFisica (Italie), et l’Australian Research Council.

2. Les sursauts gamma ont été découverts dans les années soixante-dix sous forme de brusques bouffées de rayons gamma détectées par des satellites militaires américains dont la finalité était la détection d’explosions de bombes nucléaires dans l’atmosphère. Ce n’est qu’à partir des années quatre-vingt-dix que l’on a compris qu’ils se produisaient à des distances considérables où les effets de la dilatation de l’Univers se font sentir. Un jet de matière allant à une vitesse très proche de celle de la lumière est émis, qui sera observé par les astronomes sous forme d’une émission puissante de rayons gamma et X, les formes les plus énergétiques de la lumière, mais aussi en optique, infrarouge et radio.

3. Une étoile à neutron possède la masse de notre Soleil, mais dans un rayon de dix kilomètres au lieu de 600 000 kilomètres)

4. Ces sources sont considérées comme les meilleurs candidats pour la détection d’ondes gravitationnelles par l’instrument franco-italien VIRGO (CNRS/INFN), actuellement en phase de mise au point.

Source

« The Ultralong Gamma-Ray Burst 111209a : The Collapse of a Blue Super-Giant ? », B. Gendre et al., The Astrophysical Journal, 2013 March 20, Volume 766, page 30.

Illustrations

Figure 1 : Explosion d’un sursaut gamma : après la formation d’un trou noir au centre de l’étoile, les couches externes vont se précipiter. Une partie de la matière pourra s’échapper sous forme de deux jets lancés à une vitesse très proche de celle de la lumière (crédit : CNRS/ARTEMIS – Céline Lavalade)

Figure 2 : Une étoile super-géante bleue comme celle à l’origine de GRB 111209a est composée presque exclusivement d’hydrogène et d’hélium. Sa masse est cinquante fois celle du Soleil et sa taille va au delà de l’orbite de Jupiter. (Crédit NASA/GSFC)

Contacts :

  • Michel Boer, Laboratoire ARTEMIS (Observatoire de la Côte d’Azur/CNRS/Université de Nice Sophia Antipolis), Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser., 04 92 00 31 88 / 06 77 02 02 95
  • Stéphane Basa, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM), Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser., 04 91 05 69 35
  • Alain Klotz, IRAP (CNRS/Univesrité Paul Sabatier-Toulouse III), Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser., 05 61 55 83 71
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