La mission Planck, observatoire de l'ESA des fréquences micro-ondes, et première mission européenne conçue pour étudier le Rayonnement Cosmologique Fossile (RCF), vient de commencer le second de quatre relevés successifs du ciel. Des relevés qui vont à terme fournir l'image la plus détaillée jamais obtenue de l'Univers primordial. Sur de nouvelles images publiées ce jour, on peut découvrir des nuages filamentaires connectant les plus grandes échelles de la Voie Lactée aux plus petites.
Bien que la mission première de Planck soit de cartographier le RCF (les vestiges de la toute première lumière émise il y a 13,7 milliards d'années), en imageant l'intégralité du ciel, l'instrument va aussi fournir des données précieuses pour nombre d'études astrophysiques. Pour preuve les nouvelles images publiées ce jour, qui révèlent la distribution de la poussière froide de notre Galaxie et la structure du milieu interstellaire qui l'emplit.
Image Planck d'un écheveau Galactique de poussière froide.
La capacité de Planck de mesurer la température des particules de poussière les plus froides permet de fournir un indicateur
important des processus physiques à l'œuvre dans le milieu interstellaire, et dans les régions de formation des étoiles.
L'image couvre une portion de ciel d'environ 50 degrés. Cette image composite en trois couleurs a été obtenue à partir
des deux fréquences les plus élevés de Planck (les canaux à 557 et 857 GHz de l'instrument HFI, qui correspondent
à des longueurs d'onde de 540 et 350 micromètres), et d'une image à plus courte longueur d'onde (100 micromètres),
obtenue grâce au satellite IRA (InfraRed Astronomical Satellite).
Cette composition permet de situer efficacement la poussière: les tons rougeoyants correspondent à des températures
qui peuvent atteindre près de 12 degrés au-dessus du zéro absolu (soit environ -260 degrés Celsius),
tandis que les tons à base de blanc correspondent à des régions nettement plus chaudes
(des dizaines de degrés au-dessus du zéro absolu) où des étoiles massives sont en cours de formation.
L'image dans son ensemble révèle l'état de la poussière dans un voisinage d'environ 500 années lumière du soleil.
Cette image Planck a été obtenue au cours du premier relevé intégral du ciel qui a débuté en Août 2009
et qui est aujourd'hui, à la mi-mars 2010, complet à 98 %. A ce rythme, Planck aura terminé d'effectuer son premier relevé
intégral du ciel à la fin mai 2010. Cette image montre aussi l'intérêt que représente la combinaison des informations
de Planck à celles obtenues par un autre instrument, IRAS, permettant dans le cas présent de mieux définir
la température de la poussière.
Crédits: © ESA et le Consortium HFI, IRAS. Révéler le milieu interstellaire à grande échelle
L'espace entre les étoiles n'est pas vide, il contient des nuages de poussière et de gaz intimement mêlés qui forment le "milieu interstellaire". La richesse des structures filamentaires observées, et la façon dont les petites et les grandes échelles sont interconnectées, fournissent des indices importants sur les mécanismes physiques à la base de la formation des étoiles et des galaxies.
Ces structures filamentaires de la Voie Lactée sont clairement visibles aux grandes échelles,
comme le montre l'image Planck à droite, tout comme aux petites échelles, comme le montre l'image agrandie de gauche,
une petite région obtenue par le satellite Herschel dans la constellation de l'Aigle
(même région que dans la première image).
L'image Planck, à droite, qui couvre une portion du ciel d'environ 55 degrés, a été obtenue par l'instrument HFI
à une fréquence de 857 GHz (soit une longueur d'onde de 350 micromètres). La bande horizontale rouge profond
au bas de l'image correspond au disque de notre Galaxie spirale vu de l'intérieur. Les couleurs de cette image
ont été choisies pour traduire l'intensité de l'émission du rayonnement thermique de la poussière à cette fréquence.
L'image de gauche montre une "pouponnière stellaire" typique (d'environ 3 degrés de large) dans la constellation
de l'Aquila (aigle), dont l'image vient d'être prise par l'Observatoire Spatial Herschel. Un des constats les plus intéressants
étant que la structure filamentaire vue aux toutes petites échelles par Herschel a une ressemblance frappante
avec celle vue par Planck aux plus grandes échelles, soulignant la synergie entre les deux instruments.
Crédits: © ESA et le Consortium HFI ;
pour l'insert: ESA et Consortia SPIRE & PACS, P. André (CEA Saclay) pour le programme clé de la ceinture de Gould. Situer où se forment les étoiles
Une des caractéristiques essentielles de Planck est son aptitude à révéler la température des particules de poussière les plus froides, cette même température qui reflète l'équilibre des énergies en présence dans le milieu interstellaire. En révélant ces amas froids (près de -260 °C), Planck permet d'isoler les lieux où la formation des étoiles est sur le point de commencer. Ainsi, en combinant les données de Planck avec celles d'autres satellites, comme Herschel de l'ESA, Spitzer de la NASA, ou encore IRAS, les astronomes vont pouvoir étudier la formation des étoiles de la Voie Lactée dans son ensemble.
Les dernières images obtenues montrent par leur existence et leur qualité que l'Instrument HFI fonctionne de manière très satisfaisante et que tout le segment sol, qui recueille les données, vérifie journellement leur qualité et les transforme en produits utilisables par les scientifiques, est pleinement opérationnel. Il est composé du centre d'opération de HFI basé à l'Institut d'Astrophysique Spatiale à Orsay (CNRS, Université Paris-sud 11 - OSU/INSU) et du Centre de Traitement des données situé à l'Institut d'Astrophysique de Paris (CNRS, Université Pierre et Marie Curie - OSU/INSU), tout deux financièrement soutenus par le CNES. Le centre de mission de l'ESA est quant à lui situé à l'ESAC en Espagne.
La région du ciel couverte par l'image Planck est mise en situation grâce à sa superposition à l'image optique du ciel
obtenue par Axel Mellinger. Cette image montre la capacité de l'instrument à balayer une large région
pour en donner un aperçu panoramique.
Crédit: © ESA et le Consortium HFI ; Axel Mellinger.
Planck cartographie le ciel dans neuf bandes de fréquence en utilisant deux instruments de dernière génération, conçus pour produire des mesures multifréquences et à haute sensibilité du rayonnement diffus du ciel ; l'Instrument Haute Fréquence (HFI) couvre six bandes entre 100 et 857 GHz, et l'Instrument Basse Fréquence (LFI) couvrent trois bandes entre 30 et 70 GHz.
Le premier relevé intégral du ciel par Planck a débuté en août 2009 et est aujourd'hui complet à 98%. La dernière partie de ce relevé ne sera acquise qu'à la fin mai 2010. Planck va ensuite collecter des données jusqu'à la fin 2012, lui permettant d'établir quatre relevés successifs du ciel complet. Un premier ensemble de données astronomiques, appelé 'catalogue initial de sources compactes' sera rendu public en janvier 2011. Les principaux résultats cosmologiques demanderont quant à eux deux années supplémentaires de traitement et d'analyse des données, afin d'arriver à un premier ensemble de données traitées et disponible pour la communauté scientifique mondiale vers fin 2012.
Les laboratoires CNRS (INSU et IN2P3(1)) ont joué un rôle crucial dans la conception, le développement et la maîtrise d'œuvre de l'instrument HFI (High Frequency Instrument). En particulier:
l'Institut d'Astrophysique Spatiale (IAS: CNRS, Université Paris-Sud 11 - OSU/INSU(2)) a joué le rôle principal en assurant la conception initiale et la responsabilité scientifique et technique de l'instrument. Il a de plus assuré l'intégration et les tests de l'instrument fini ;
l'Institut d'Astrophysique de Paris (IAP: CNRS, Université Pierre et Marie Curie - OSU/INSU) a plutôt contribué au développement des objectifs scientifiques et à la conception du traitement des données ; il héberge le Centre de traitement des données et est responsable de cette activité ;
le Centre de recherches sur les très basses températures, aujourd'hui Institut Néel (CNRS) et le Laboratoire de Physique Subatomique et Cosmologie (LPSC: CNRS, Université Joseph Fourier, Institut Polytechnique de Grenoble) ont joué un grand rôle dans le développement de la cryogénie à respectivement 0,1K et 20 K ;
le Centre d'Etudes Spatiales des Rayonnements (CESR: CNRS, Université Paul Sabatier, OMP-OSU/INSU) dans celui de l'électrique de lecture des détecteurs ;
le Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire (LAL: CNRS, Université Paris-Sud 11) dans celui de l'ordinateur de bord ;
le laboratoire AstroParticule et Cosmologie (APC: CNRS, Université Paris-Diderot, CEA, Observatoire de Paris) dans le développement de moyens de tests ;
le Laboratoire d'AstrOphysique de Grenoble (LAOG: CNRS, Université Joseph Fourier, OSUG-OSU/INSU) et le Laboratoire d'Etudes du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique (LERMA: CNRS, Observatoire de Paris, Université Cergy-Pontoise, Université Pierre et Marie Curie, Ecole Normale Supérieure), ont apporté leur expertise dans la modélisation de l'instrument.
(1) IN2P3: Institut national de physique nucléaire et de physique des particules.
(2) OSU/INSU: Observatoire des Sciences de l'Univers/Institut National des Sciences de l'Univers.