Posté par Adrien le Lundi 18/03/2019 à 08:00
Le Grand Nuage de Magellan est à 162 000 années-lumière de distance
La distance au Grand Nuage de Magellan, galaxie satellite la plus proche de la Voie Lactée, est déterminée avec une précision inégalée et symbolique de 1 %. Fruit de travaux menés depuis plus de 20 ans, ce résultat remarquable auquel ont contribué des chercheurs du laboratoire Joseph-Louis Lagrange (LAGRANGE, Université Côte d'Azur/ Observatoire de la Côte d'Azur/CNRS) et du Laboratoire d’études spatiales et d’instrumentation en astrophysique (LESIA, CNRS/Observatoire de Paris/Sorbonne Université/Université Paris-Diderot) parait dans la revue Nature, le 14 mars 2019.

Figure d’artiste. Pour la première fois, l’équipe du projet Araucaria a déterminé la distance du Grand Nuage de Magellan avec une précision de 1%. Cette précision est comparable par exemple à celle que l’on peut atteindre en mesurant la taille d'une personne à une longueur de cheveu près, à la "simple" différence que dans le cas du GNM, la distance mesurée correspond à 162 000 années-lumière, soit 1,53 milliard de milliards de kilomètres.

Le Grand Nuage de Magellan (GNM) sert de point d’ancrage pour étalonner les échelles de distance dans l’Univers. C’est dire l’importance de ces travaux récents qui, par échafaudage, mènent à la détermination de la constante de Hubble, une quantité fondamentale en cosmologie qui caractérise le taux d’expansion de l’Univers.

Les céphéides, méthode classique

Le Grand Nuage de Magellan abrite un grand nombre de céphéides, un type d’étoiles pulsantes particulièrement brillantes. Ces étoiles supergéantes se singularisent par la relation existant entre leur période de variation lumineuse et leur luminosité intrinsèque: les céphéides varient avec une période d’autant plus longue qu’elles sont plus brillantes, selon la loi de Leavitt. Cette loi a été découverte par l'astronome américaine Henrietta Leavitt en 1908 grâce à l'étude des céphéides du Grand Nuage de Magellan, où plus de 4000 céphéides sont aujourd'hui répertoriées.

Appliquée aux céphéides détectées dans les galaxies lointaines, la loi de Leavitt permet d’étalonner la luminosité intrinsèque d'un indicateur secondaire de distance permettant d'aller encore plus loin: les supernovae de Type 1a ou SN1a. Ces explosions d'étoile des évènements rares mais extrêmement brillants, et donc détectables à de très grandes distances de plusieurs milliards d'années-lumière. A l’affût des supernovae SN1a, les astronomes cartographient l’univers, et peuvent déterminer le taux d’expansion de l’univers, quantifié par la constante de Hubble H0. Grâce à ces mesures de distance obtenues de proche en proche, on peut ainsi étudier un des problèmes les plus épineux de la cosmologie moderne: la nature de l’énergie noire.

Il existe dans la littérature plusieurs centaines d’estimations de distance du Grand Nuage de Magellan, basées sur un grand nombre d'indicateurs de distance astrophysiques différents, dont les céphéides. Néanmoins, chaque méthode possède ses propres biais.

Une méthode infaillible

Au sein du projet international Araucaria, les chercheurs ont étudié des étoiles binaires à éclipses situées dans le Grand Nuage de Magellan. Ces objets remarquables sont constitués de deux étoiles en orbite autour de leur centre de gravité, qui s'éclipsent mutuellement à intervalle régulier.

Les variations de lumière enregistrées lors des éclipses, associées aux variations de vitesse de chacune des deux étoiles, permettent de contraindre avec une grande précision leurs diamètres linéaires. Parallèlement, on utilise le fait que ces étoiles émettent de la lumière selon une relation très précise entre la température ou la couleur de l’étoile, sa magnitude apparente et son diamètre angulaire (sa taille apparente). La combinaison de l’estimation du diamètre linéaire des deux étoiles de la binaire à éclipse, avec celle de leurs diamètres angulaires, permet d’obtenir une mesure précise de sa distance.

Les vingt binaires à éclipses détectées dans le Grand Nuage de Magellan, la plus proche galaxie satellite de la Voie Lactée. Grâce à une mesure précise de la distance de ces vingt binaires à éclipse, une distance au Nuage de Magellan a été obtenue avec une précision inégalée de 1.0%. Figure extraite du papier Nature Pietrzynski et al. (2019).

L'application pratique de cette technique de mesure est cependant difficile, car les binaires à éclipses visées dans cette étude sont des objets "froids" et qui émettent relativement peu de lumière. Ainsi, l’équipe du projet Araucaria a suivi près de 35 millions d’étoiles dans le GNM pendant plus de 20 ans. Sur ces 35 millions d’objets, vingt binaires à éclipses seulement ont été soigneusement sélectionnées, puis suivies à l'aide de grands télescopes pendant plus de 15 ans. En combinant la distance estimée des vingt binaires à éclipse observées, l’équipe a mesuré une distance au GMN de 162 000 années-lumière, soit 1 530 000 000 000 000 000 km (1,53 milliard de milliards de kilomètres) avec une précision encore jamais atteinte de 1 %.

Retombées fondamentales pour l’astrophysique

Il s'agit de la première mesure de distance d'une galaxie avec une telle précision. Elle donne ainsi la meilleure référence absolue pour l'échelle des distances extragalactiques et donc pour la mesure de la constance de Hubble, actuellement objet d'une controverse.

Cette mesure est aussi fondamentale pour mieux comprendre la nature de la mystérieuse énergie noire. D’autres retombées sont attendues comme une meilleure connaissance de toutes les classes d'objets célestes situés dans le GMN, ou encore l’étalonnage et la validation d'autres méthodes de mesure de distance, par exemple les mesures de parallaxes obtenues par le satellite européen Gaia de l'Agence Spatiale Européenne (ESA).

L’apport français à ce résultat est décisif et relève d’une expertise reconnue en interférométrie optique à longue base. L’obtention d’une telle précision n’aurait pas été possible sans un nouvel étalonnage de la relation entre la couleur de l’étoile, sa magnitude apparente et son diamètre angulaire. Il a été réalisé grâce à l'instrument français PIONIER placé au foyer du grand interféromètre optique européen de l'Observatoire Européen Austral (ESO), le Very Large Telescope Interferometer (VLTI) installé au nord du Chili. Les équipes françaises possèdent une position privilégiée au niveau international pour la conception, le développement et l’exploitation des instruments interférométriques.

Ces travaux de recherche rapportés ont bénéficié du soutien de l'Agence Nationale de la Recherche (ANR, projet UnlockCepheids) et du Conseil Européen de la Recherche (ERC, projet CepBin).
Dernières news
Les échinodermes, parmi lesquels on compte les oursins, étoiles de mers, concombres de mers, ophiures et lys de mer sont probablement l'un des groupes les plus...
Nougat, l’insert supraconducteur à haute température critique (SHT), fruit d’une collaboration CEA-CNRS, a atteint un champ magnétique central de 32,5 teslas...
Des chercheurs de l’UNIGE ont découvert que des bactéries parvenaient à survivre dans des sédiments de la Mer Morte à plus de 400 mètres de profondeur, malgré...
En 2016 des scientifiques du CNRS ont démontré que le blob (Physarum polycephalum), un organisme unicellulaire dépourvu de système nerveux, pouvait apprendre à ne...
La collaboration STEREO, à laquelle sont associés le LPSC à Grenoble et le LAPP à Annecy, a présenté ses derniers résultats fin mars lors des Rencontres de...
Dans le cadre d'un projet collaboratif Horizon 2020 FET-OPEN (INITIO), des scientifiques de toute l'Europe unissent leurs efforts pour mettre au point des "nez...
Une équipe d’astronomes dirigée par l’UNIGE a découvert cinq nouvelles planètes dont les périodes de révolution se situent entre 15 et 40 ans. Il aura fallu 20...
Le développement de matériaux verts performants est une préoccupation majeure de notre société pour faire face à l’épuisement des ressources fossiles. Pour la...
Des chercheurs de l’UNIGE ont découvert qu’une personne a davantage confiance en ses choix et les exécute plus vite lorsqu’elle poursuit des récompenses, mais...
Dans le cadre d'un grand projet de l'Union européenne, des experts de 14 institutions de dix pays européens ont passé trois ans à scruter la glace antarctique, à la...
En combinant des méthodes expérimentales de pointe (spectroscopie en rayonnement synchrotron), des chercheurs de l’Institut de minéralogie, de physique des...
Une équipe de scientifiques européens a créé un appareil qui, à l’image des plantes, permet de convertir le CO2, l’eau et la lumière du soleil en carburants et...
Contrairement aux jeunes de 10 à 19 ans, les moins de 10 ans ne profitent pas de l'immunisation induite par la pandémie de grippe H1N1 de 2009. De plus, les enfants...
Des chercheurs de notre institut s’intéressent aux effets de nanoparticules de TiO2 sur des modèles in vitro de cellules épithéliales intestinales. Ils soulignent...
Le géographe Jared Diamond a qualifié de "single most astonishing fact of human geography" le fait que les îles proches de la côte est-africaine (Madagascar et les...
Inscrire et relire des informations avec la plus grande densité de stockage possible est un enjeu permanent pour les données numériques. Dans ce travail, une nouvelle...
Les hémisphères gauche et droit du cerveau sont chacun responsables de fonctions particulières, comme par exemple le langage qui est localisé à gauche pour près de...
Il est maintenant largement accepté que les hommes anatomiquement modernes se sont hybridés avec leurs parents proches, les Néandertaliens et les Dénisoviens, lors...
Grâce à son expertise dans la réalisation de transistors cryogéniques à haute mobilité électronique, une équipe du C2N a permis à une équipe néerlandaise...
Une équipe internationale menée par des chercheurs du Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (LESIA, CNRS/Observatoire de Paris -...
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL
sous le numéro de dossier 1037632
Informations légales