Comment les yeux infrarouges de Spitzer ont aidé les astronomes à déverrouiller l'univers invisible

La lumière infrarouge peut percer la poussière obscurcissante et révéler des caractéristiques d'étoiles et de planètes autrement indétectables.

Par Erika K. Carlson  | Publication: jeudi 30 janvier 2020

Le centre de notre galaxie de la Voie lactée, vu en infrarouge. Il permet aux astronomes de voir profondément dans le centre surpeuplé de notre galaxie, normalement obscurci par la poussière.

NASA, JPL-Caltech, Susan Stolovy (SSC / Caltech) et al.

Lorsque les astronomes étudient les étoiles et les galaxies à la lumière visible, ils sont en proie à la poussière qui remplit les galaxies et bloque parfois les objets de la vue. Regardez une photographie de la Voie lactée par une nuit sombre et vous remarquerez des nuages ​​obscurcissant une grande partie de la galaxie - ce sont des nuages ​​de poussière. C'est un problème particulièrement important pour les chercheurs qui souhaitent étudier le centre de la Voie lactée ou d'autres galaxies, qui sont souvent entourées d'épais nuages ​​de poussière.

Mais la lumière visible n'est qu'une partie du large spectre de rayonnement électromagnétique, principalement invisible aux yeux humains, que les astronomes peuvent capturer avec des télescopes. Certaines longueurs d'onde de la lumière infrarouge peuvent passer à travers la poussière, donc regarder la lumière infrarouge provenant du centre de la galaxie donne aux astronomes une fenêtre sur ce monde caché.

La lumière infrarouge est également essentielle pour étudier des objets comme les planètes et les astéroïdes qui ne sont pas assez chauds pour briller dans la lumière visible mais qui brillent dans l'infrarouge. En tant que télescope spatial infrarouge, le télescope spatial Spitzer a joué un rôle vital dans l'élargissement de la vue des astronomes sur l'univers - un rôle dont il se retire , car la NASA prévoit de retirer le télescope le 30 janvier.

La position de Spitzer dans l'espace lui permet d'éviter les interférences de L'atmosphère terrestre qui afflige les télescopes au sol. Et surtout, sa capacité à voir dans l'infrarouge a permis à Spitzer d'étudier des objets cachés aux télescopes qui voient à la lumière visible et d'obtenir de nouvelles vues qui complètent le travail des astronomes dans d'autres longueurs d'onde.

Regarder à travers l'espace poussiéreux

Lorsque la lumière visible est bloquée par la poussière, certaines longueurs d'onde infrarouges brillent. Lorsque les astronomes pointent des télescopes infrarouges vers le centre de la Voie lactée, ils peuvent voir des étoiles qui accélèrent autour du trou noir supermassif au centre de la galaxie, par exemple. Et lorsque Spitzer a tourné son regard vers les centres de galaxies éloignées, il a pu repérer la lumière infrarouge provenant de matériaux tombant dans ces trous noirs supermassifs .

«L'image optique ne vous montre rien. Mais dans l'infrarouge, nous pouvons capter les émissions de matières tombant dans le trou noir supermassif », a déclaré Varoujan Gorjian, chercheur Spitzer au Jet Propulsion Laboratory de la NASA, lors d'une table ronde sur Spitzer diffusée le 23 janvier.

Révéler de nouveaux sites

Regarder le ciel dans l'infrarouge permet également aux astronomes d'étudier des objets qui ne sont pas assez chauds pour émettre dans des longueurs d'onde plus énergétiques comme la lumière visible ou ultraviolette. Les planètes, par exemple, ne sont pas assez chaudes pour émettre de la lumière visible mais peuvent briller dans l'infrarouge. L'étude de la lumière infrarouge des planètes de notre système solaire a révélé de nouvelles fonctionnalités qui n'étaient pas visibles autrement, comme le lot de cyclones au pôle sud de Jupiter , ou un anneau massif et invisible autour de Saturne.

Les astronomes ont également profité de l'infrarouge pour regarder les planètes d'autres systèmes solaires. Une exoplanète peut être une tache invisible à côté de l'éclat de son étoile en lumière visible, mais en infrarouge, elle a une chance d'être repérée. Jusqu'à présent, les astronomes ont réussi à prendre des images d'une poignée d'exoplanètes en lumière infrarouge.

Spitzer est allé encore plus loin. En 2007, les chercheurs ont utilisé Spitzer pour étudier la lumière infrarouge de HD 189733b, une exoplanète située à environ 60 années-lumière. Ils ont pu capturer des variations de la luminosité infrarouge de la planète, et donc de la température, à la surface de la planète, créant ainsi la première «carte météo» sur une exoplanète.

Et il y a tellement plus d'objets célestes que les astronomes peuvent étudier avec des observatoires infrarouges comme Spitzer.

"Cela ouvre une corne d'abondance de données sur des objets tels que les pépinières stellaires, les zones de formation d'étoiles, les galaxies, les galaxies mourantes, les étoiles en évolution - une multitude d'objets", a déclaré Suzanne Dodd, ancienne chef de projet Spitzer au Jet Propulsion Laboratory de la NASA, au panneau.

Source: http://www.astronomy.com
Lien: http://www.astronomy.com/news/2020/01/how-spitzers-infrared-eyes-helped-astronomers-unlock-the-invisible-universe?utm_source=asyfb&utm_medium=social&utm_campaign=asyfb&fbclid=IwAR14yg-zUc5lDdsKAXiFseHMYhuBbODFeNmtq2T_d6TbAwNRnJtFEjJoqvo

Spitzer : fin d'une mission exceptionnelle qui laisse un immense héritage

 

Rémy Decourt

Journaliste

Publié le 29/01/2020

La mission de l'observatoire Spitzer touche à sa fin. Après 16 années sur orbite à étudier et à observer l'univers dans l'infrarouge, le satellite de la Nasa sera mis hors service. Spitzer aura révolutionné notre vision de l'Univers et son apport à l'astronomie infrarouge aura été immense.

 

Fin de mission pour l'observatoire spatial Spitzer. Après 16 années d'observations et de découvertes, ce télescope de la Nasa, lancé en août 2003, sera mis hors service le 30 janvier. Il aura étudié l'Univers en lumière infrarouge avec, à la clé, de nombreuses découvertes et avancées scientifiques. Comme les satellites de l'Agence spatiale européenne ISO (1995-1998) et Herschel (2009-2013) en leur temps, il n'est pas exagéré d'écrire que Spitzer a révolutionné notre vision de l'Univers.

Cet observatoire comprenait un télescope de 85 centimètres et trois instruments à refroidissement cryogénique : une caméra fonctionnant dans le proche et moyen infrarouge, un spectrographe permettant d'analyser l'ensemble des longueurs d'ondes de l'infrarouge et un photomètre pour la collecte d'informations sur la gamme d'infrarouge lointain. Spitzer fait partie du programme des grands observatoires de la Nasa qui regroupe 6 télescopes spatiaux : Hubble (qui observe dans le visible et l'ultraviolet), Compton Gamma-Ray (rayonnement gamma et rayons X durs mais désorbité en 2000), Chandra (rayons X mous) et les futurs observatoires spatiaux James Webb (mars 2021) et WFirst (2025) qui observeront tous les deux dans l'infrarouge.

Des étoiles jettent un coup d'œil sous leur couverture natale de poussière dans cette image dynamique du nuage sombre Rho Ophiuchi du télescope spatial Spitzer. Appelée « Rho Oph » par les astronomes, c'est l'une des régions de formation d'étoiles les plus proches de notre système solaire, à environ 407 années-lumière de la Terre. © Nasa, JPL-Caltech 

Difficile de résumer son héritage

Six ans après son lancement, en mai 2009, la mission de Spitzer est arrivée à son terme avec l'évaporation des réserves d'hélium liquide, nécessaire au refroidissement de ses instruments à moins de cinq degrés au-dessus du zéro absolu (cinq kelvins), marquant ainsi la fin de sa mission dite « froide ».  S'est ensuivie la mission étendue Warm Spitzer, rendue possible par un réchauffement du télescope moins fort que prévu de sorte que, malgré une température de fonctionnement de 30 kelvins (- 244 °C tout de même), Spitzer avait la capacité d'observer dans deux longueurs d'onde infrarouges ! Cette phase dite « chaude » de sa mission s'est, certes, déroulée avec des capacités d'observation diminuées, mais toujours scientifiquement productives.

Comme pour chaque mission scientifique qui se termine, résumer l'héritage que laisse Spitzer à la communauté est très difficile tant son apport à l'astronomie infrarouge aura été immense. À la fois dans notre propre voisinage cosmique (astéroïdes, comètes, anneaux de Saturne..) et aussi loin que les galaxies les plus éloignées jamais observées, sans oublier les nébuleuses qui montrent ce à quoi ressemblera le Système solaire dans quelque 4 à 5 milliards d'années lorsque le Soleil ne sera plus l'étoile qu'il est aujourd'hui.

Cette image du télescope spatial Spitzer montre des centaines de milliers d'étoiles entassées au cœur de la Voie lactée. © Nasa, JPL-Caltech 

Un trop grand nombre de découvertes pour toutes les mentionner

Si les avancées sur les exoplanètes sont souvent citées en exemple pour illustrer l'étendue des avancées obtenues par Spitzer, il a été le premier télescope ayant observé la lumière d'une exoplanète et à en obtenir le spectre, l'observation des premiers objets « visibles » de l'Univers est tout aussi notable.

Ces objets sont ceux qui se sont formés après les Âges sombres, une période de l'histoire de l'Univers qui débute après la diffusion du rayonnement cosmique, lorsqu'il apparaissait chaud et opaque, et avant la formation des premières structures lumineuses constituées d'étoiles et de galaxies à partir de 200 millions d'années après le Big Bang.

Tout ce qui s'est passé avant cette période est masqué à jamais par ce  « mur » complètement opaque, c'est-à-dire lorsque l'Univers était âgé de 0 à 380.000 ans, de l'Univers primordial à l'Univers structuré et hétérogène que l'on connaît aujourd'hui.

POUR EN SAVOIR PLUS

Spitzer, le télescope spatial infrarouge, accorde une interview !

Article de Laurent Sacco publié le 07/05/2009

Tout comme Hubble, le satellite Spitzer observant dans l'infrarouge a révolutionné notre vision de l'Univers. Bientôt à court d'hélium, nécessaire au refroidissement de certains de ses instruments, il a accordé une interview à un journaliste de la Nasa. Nous vous en proposons une traduction. 

Un journaliste imaginaire, en orbite héliocentrique, vient de rejoindre l'un des plus extraordinaires instruments jamais lancés dans l'espace. Il est venu interroger Spitzer, qui, depuis août 2003, observe l'Univers en infrarouge. La mission de cet instrument massif (près d'une tonne au décollage), avec son télescope de 85 centimètres, devait se terminer en 2008. Elle se poursuit encore et d'autres missions vont lui être confiées...

Bonjour Spitzer. Il fait froid ici...

Spitzer : Désolé. Même si ma température monte, j'ai encore besoin d'être suffisamment froid pour que deux de mes canaux d'observation en infrarouge continuent à travailler.

Pourquoi les télescopes à infrarouge doivent-ils être refroidis ?

Spitzer : Bonne question. La lumière infrarouge est produite par la chaleur. Ainsi, les ingénieurs doivent-ils limiter le plus possible ma propre chaleur pour être certain que je mesure bien uniquement la lumière infrarouge des objets que j'observe. C'est pour la même raison que je tourne autour du Soleil de manière à être toujours loin derrière la Terre, et c'est aussi pourquoi j'ai un grand bouclier thermique pour me protéger au maximum du Soleil.

Quelle est, pour vous, votre plus grande découverte ?

Spitzer : Il s'agit probablement de mon travail sur les exoplanètes, des planètes qui tournent autour d'autres étoiles que notre Soleil. Je déteste me vanter, mais j'ai été le premier télescope ayant observé la lumière d'une exoplanète. J'ai également été le premier à en obtenir le spectre. Oh, désolé, mais je vais devoir aborder des détails techniques, là. La lumière est composée de différentes longueurs d'onde, de la même manière que l'arc-en-ciel est composé de différentes couleurs. J'ai été capable de séparer et d'observer différentes longueurs d'onde infrarouge présentes dans la lumière d'une exoplanète. Cette information spectrale nous renseigne sur les atmosphères des exoplanètes.

Qu'avez-vous donc appris sur ces planètes ?

Spitzer : Tout d'abord, j'ai appris que les exoplanètes gazeuses géantes, appelées des jupiters chauds, ne sont pas toutes identiques. Certaines sont très inhospitalières, avec des températures chaudes comme le feu et d’autres presque aussi froides que la glace. J'ai également créé la première carte des températures d'une exoplanète, et j'ai vu une tempête aux proportions colossales agitant la face d'une exoplanète bizarre, avec une orbite très excentrique. Elle passe en effet très près de son étoile mais se retrouve à d'autres moments à des distances comparables à celle de la Terre par rapport au Soleil.

La galaxie du Triangle (alias M33), à 2,9 millions d'années-lumière (autant dire une voisine), observée par Spitzer en avril 2009. (Cliquer sur l'image pour en obtenir une version à haute résolution.) © Nasa 

Vous semblez vraiment aimer les planètes...

Spitzer : Eh bien, vous savez, je n'étais en fait même pas conçu à l'origine pour observer des exoplanètes ! Cela a été une surprise pour moi que d'avoir cette étonnante capacité. Je peux vous dire que je m'occupe, et je le ferai toujours, des disques planétaires. Parce que mes yeux voient dans l'infrarouge, je perçois la lumière émise par la poussière des disques planétaires chauds et turbulents autour des étoiles jeunes. Je peux aussi voir les anciens disques, jonchés de débris de planètes. En fait, j'ai sans doute observé des milliers de disques à ce jour. Ce qui a été amusant, c'est de les trouver autour de toutes sortes d'étoiles excentriques, telles que des étoiles mortes, des binaires et même autour de planètes. Ce qu'il faut conclure de tout cela, c'est que la formation des planètes semble se produire assez facilement partout dans la Galaxie, et peut-être dans l'Univers.

Cela veut-il dire que des extraterrestres pourraient se trouver partout ?

Spitzer : Je ne peux pas vraiment vous donner une réponse satisfaisante mais les études des disques nous montrent que les planètes rocheuses sont communes. Cependant, nous ne savons pas si ces planètes pourraient abriter des formes de vie. N'oubliez pas que, pour le moment, personne n'a encore détecté de planètes ressemblant vraiment beaucoup à la Terre. Elles devraient être des mondes rocheux orbitant autour d'une étoile similaire au Soleil et situées à une distance permettant l'existence de lacs et d'océans. La tâche de découvrir des exoterres est probablement dévolue à la mission Kepler de la Nasa, qui commencera bientôt sa chasse.

A part les disques planétaires et les planètes, avez-vous étudié d'autres objets ?

Spitzer : Oh oui, bien sûr. J'ai observé les comètes de notre système solaire, les galaxies les plus éloignées connues, et tout ce qui existait entre les deux. J'ai ainsi été très heureux de trouver des centaines de trous noirs cachés à des milliards d'années-lumière. Les astronomes savaient qu'ils étaient là, à cause de leurs émissions de rayons X qui peuvent être détectées comme une lueur diffuse. Mais ces objets eux-mêmes sont dissimulés par des nuages de poussière. Mes yeux infrarouges, contrairement aux vôtres, peuvent voir à travers la poussière, ce qui m'a permis de débusquer un grand nombre de ces trous noirs.

Nous parlerez-vous d'autres découvertes ?

Spitzer : Il y en a un trop grand nombre pour toutes les mentionner... Mais je suis particulièrement fier de l'immense mosaïque d'images de notre Voie lactée que j'ai réalisée. C'est la meilleure vue de l'animation au centre de notre Galaxie, avec ses étoiles et la poussière. Ces observations ne sont pas seulement plaisantes, elles ont également contribué à redéfinir la structure de notre galaxie. La nouvelle carte montre deux bras spiraux d’étoiles au lieu des quatre précédemment estimés. Vous vous rendez compte ?

Qu’allez vous faire maintenant ?

Spitzer : Je me prépare pour la phase chaude de ma mission, celle avec seulement deux canaux infrarouges disponibles. Mes réserves d’hélium seront épuisées vers le 12 mai 2009 et je vais donc me réchauffer un peu. Au lieu d'être proche du zéro absolu, ma température va augmenter un peu pour atteindre 30 kelvins environ, ce qui est suffisant pour poursuivre certaines observations en infrarouge pendant encore un à deux ans. Je vais pouvoir me concentrer sur des portions de l'Univers plus vastes et pendant davantage de temps. Je devrais pouvoir aider les astronomes à répondre à certaines grandes questions pour lesquelles du temps d'observation n'était pas disponible auparavant.

Pouvez-vous dresser une liste de projets spécifiques sur lesquels vous allez travailler ?

Spitzer : Je prévois de continuer à étudier les exoplanètes, y compris les nouveaux jupiters chauds que Kepler devrait trouver. Je vais aussi affiner les estimations de la vitesse d'expansion de notre univers local et je vais regarder l'univers profond, en essayant de voir quelques-uns des objets les plus éloignés. Oh, je vais également m'occuper de recenser les milliers d'astéroïdes dans le voisinage du Soleil afin d'estimer pour la première fois leur distribution en taille ainsi que la probabilité d'occurrence de géocroiseurs, les astéroïdes potentiellement dangereux pour la Terre.

Cela pourrait devenir inquiétant...

Spitzer : Cette information nous aidera à nous préparer en cas de danger et la Nasa piste ce genre objets proches de la Terre avec diligence. Plus d'information ne peut qu'être bénéfique.

Allez-vous continuez à prendre de belles photos ?

Spitzer : Vous pensez que mes photos sont jolies ? Merci ! Oui, je vais encore prendre beaucoup d'images. Par exemple, je vais continuer à sonder les régions de formation d'étoiles dans notre galaxie, celles qui donnent souvent des photos spectaculaires.

Autre chose à  ajouter ?

Spitzer : Mes années dans le froid m'ont donné plus que ce que je pouvais en demander... Et ce n'est pas fini, d'autres aventures m'attendent. Je tiens également à remercier tous les scientifiques et les ingénieurs qui ont travaillé si dur pour faire de ma mission un succès. Et si l'un de mes fans veut en savoir plus, il peut toujours aller là.

• Source: https://www.futura-sciences.com
  Lien: https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/astronomie-spitzer-fin-mission-exceptionnelle-laisse-immense-heritage-19172/?fbclid=IwAR3gN06Iqnd4PGyr6UDL3FSx5K2kOJjU1D-IV7D17EaEYNYtyFmzjZoI_Q0#utm_content=futura&utm_medium=social&utm_source=facebook.com&utm_campaign=futura

Étoiles mortes et planètes condamnées

Lorsque le Soleil mourra, il deviendra une naine blanche entourée des restes en décomposition des planètes, des astéroïdes et des comètes. Les astronomes regardent des destins similaires s'abattre sur des dizaines d'autres systèmes dans notre galaxie.

Par John H. Debes , Marc J. Kuchner  | Publication: lundi 27 juin 2016

SUJETS CONNEXES: SCIENCE SOLAIRE

Un disque poussiéreux entoure une jeune naine blanche, le reste d'une étoile semblable au soleil. Alors que les astéroïdes et les comètes pleuvent sur le nain, d'autres objets rocheux sont déchirés par sa gravité.

Don Dixon

Cet article a été initialement publié dans notre numéro de mars 2012. 

Un pont de nuages ​​bas était suspendu au-dessus du complexe de lancement de la base aérienne de Vandenberg, en Californie, le 14 décembre 2009. L'obscurité avant l'aube a explosé de lumière lorsqu'une fusée Delta II s'est allumée. Sa cargaison: le télescope spatial WISE (Wide-Field Infrared Survey Explorer) de la NASA. La fusée a rapidement percé les nuages, une métaphore appropriée pour le télescope, dont la vision infrarouge pourrait pénétrer des nuages ​​de poussière pour révéler des sources de chaleur au-delà.

L'un des principaux objectifs de WISE était d'aider les scientifiques à comprendre la jeunesse de notre galaxie et la naissance du système solaire - et peut-être de raconter comment tout a commencé. Le télescope a inspecté le ciel entier au cours de sa mission de 10 mois. Il a découvert des naines brunes à proximité, exploré la formation d'étoiles dans des galaxies lointaines et observé des pépinières stellaires poussiéreuses et des bébés étoiles dans la Voie lactée.

À partir de 2010, un groupe d'astronomes a commencé à parcourir les rames de données de WISE pour étudier un phénomène beaucoup plus macabre: les disques de débris entourant les naines blanches. Ces objets bizarres ne sont pas du tout jeunes - ce sont les restes froids et morts d'étoiles de faible masse comme le Soleil et les pierres tombales de systèmes planétaires comme le nôtre. Pour expliquer pourquoi, nous devons vous raconter une histoire - une histoire de fantôme qui commence dans le futur.
 

Des disques poussiéreux entourent de nombreuses naines blanches dans notre galaxie. Ces disques sont les restes d'objets rocheux qui appartenaient aux systèmes planétaires des étoiles, et ils ont tendance à être petits (rarement plus grands que le diamètre complet des anneaux de Saturne, montré à l'extrême droite s'étendant jusqu'à l'anneau E faible). Le nombre de disques connus a bondi une fois que le télescope spatial Spitzer a commencé à les chasser en 2006.

Roen Kelly / John H. Debes

L'avenir de notre système solaire

Imaginez que c'est l'année 180 000 000, donnez ou prenez quelques millions. Le Soleil brûle son hydrogène depuis près de cinq milliards d'années maintenant, devenant progressivement plus gros et plus lumineux dans le processus. Ces changements sont sur le point de provoquer une catastrophe sur Terre. Mais ce n'est qu'un avant-goût de la catastrophe cosmique qui attend notre système solaire.

Premièrement, la Terre souffre d'une pénurie d'eau. Le rayonnement ultraviolet solaire déchire les molécules d'eau dans la stratosphère terrestre depuis le début. Lorsque l'hydrogène est arraché à ces molécules, la majeure partie de celui-ci s'échappe dans l'espace et l'eau est reconstituée par évaporation des océans de la Terre. Nous perdons lentement notre eau océanique de cette façon depuis la formation de la Terre.

Mais maintenant, la situation devient désastreuse. La circonférence croissante du Soleil provoque une inondation toujours croissante de rayonnement ultraviolet qui frappe l'atmosphère. Lorsque l'eau s'évapore des océans, elle aide l'atmosphère à retenir la chaleur, ce qui augmente encore le taux d'évaporation. Un effet de serre galopant transforme bientôt la surface de la Terre en un endroit gril et inhospitalier qui ressemble plus ou moins à Vénus. La vie telle que nous la connaissons - ou du moins à l'endroit où nous la connaissons - prend fin.

Mais la situation de notre planète continue de s'aggraver.

Alors que le Soleil continue de brûler à travers son hydrogène, une vaste boule d'hélium s'accumule dans son cœur. Finalement, ce combustible usé perturbe la structure du Soleil. À 12,2 milliards d'années, le Soleil se transforme en une géante rouge, se refroidissant et gonflant. Il s'étend sur un rayon d'environ 110 millions de miles (177 millions de kilomètres), assez grand pour engloutir notre planète avec Mercure et Vénus.

Tôt ou tard, le Soleil avalera probablement la Terre. Mais nous ne savons pas exactement quand, parce que le flux de particules chargées provenant du Soleil, appelé le vent solaire, s'intensifie dans ce scénario futur à mesure que notre étoile se dilate et provoque une perte de masse du Soleil. Ce faisant, toutes les planètes, astéroïdes, comètes, etc. qui gravitent autour du Soleil marchent vers de nouvelles orbites, plus loin de leur hôte stellaire rouge géant.

En attendant, l'évolution du Soleil secoue complètement toutes les comètes, astéroïdes et objets de la ceinture de Kuiper. Beaucoup d'entre eux se vaporisent dans la chaleur intense. (À son apogée, le Soleil déversera environ 2 700 fois plus de lumière qu'aujourd'hui.) Cela provoque la séparation de ces objets rocheux et la libération de poussière. D'autres corps trouvent leurs orbites déstabilisées lorsque les planètes se réorganisent. Ces objets volent autour du futur système solaire dans une frénésie.

En fin de compte, le Soleil souffle environ la moitié de sa masse dans des vents violents et des pulsations. Et, dans le processus, il cessera de tourner. Alors que la rotation du Soleil ralentit, des marées puissantes entraînent la Terre dans l'étoile gonflée. Puis, une fois que le Soleil a fait sauter la dernière de son enveloppe extérieure, il ne lui reste qu'une étrange et dense boule de combustible nucléaire irradié - une naine blanche.

Lorsque la naine blanche est née, elle se trouve au centre d'un nuage de gaz en expansion géant connu sous le nom de nébuleuse planétaire avec les planètes géantes et, probablement, Mars. Un essaim d'astéroïdes, de comètes et d'objets de la ceinture de Kuiper perturbés entourent la naine blanche comme des abeilles enragées, frappant l'étoile mourante et les planètes restantes. La naine blanche survit pour le reste de la vie de l'univers, se refroidissant et s'assombrissant comme une braise cosmique.

Alors que les restes du système planétaire continuent de se dégrader, le martèlement de la naine blanche devient plus sporadique. Mais parfois, un gros objet rocheux passera suffisamment près pour que la puissante gravité de l'étoile morte le déchire. Les débris forment un disque poussiéreux autour de la naine blanche.

Cette histoire s'est produite à maintes reprises dans les étoiles et les systèmes planétaires à travers le cosmos, et elle finira par arriver à notre système solaire.

Le gaz en expansion d'une nébuleuse planétaire marque la fin de la vie d'une étoile semblable au soleil. Ici, le télescope spatial Spitzer révèle la lueur infrarouge de la nébuleuse à hélice (NGC 7293). Le cercle rouge au centre est clair de la poussière et est un précurseur des disques de débris discutés dans cet article.

NASA / JPL-Caltech / K. Su (Université de l'Arizona)

Nains blancs et nains bruns

Comme tant d'objets bizarres, les astronomes ont découvert par accident le premier disque de débris entourant une naine blanche. Eric Becklin et Ben Zuckerman de l'Université de Californie à Los Angeles l'ont trouvé en cherchant une autre bête étrange dans le zoo astronomique: une naine brune.

Aujourd'hui, nous en savons beaucoup sur les naines brunes. Ces étoiles ratées comblent le fossé entre les planètes géantes gazeuses et les étoiles de masse la plus basse - celles à peine assez grandes pour soutenir la fusion de l'hydrogène dans leurs noyaux. Les naines brunes orbitent souvent autour d'autres étoiles, mais elles sont faibles et leurs compagnons stellaires peuvent facilement les éclipser. En 1987, cependant, les naines brunes étaient des objets hypothétiques. C'est alors que Becklin et Zuckerman se sont mis à les trouver.

Lorsqu'une étoile semblable au soleil vieillit et se transforme en une naine blanche et sombre, la quantité d'énergie qu'elle émet diminue d'un facteur de plus de mille. Becklin et Zuckerman ont réalisé que si certaines de ces étoiles ont des compagnons nains bruns, alors certains nains blancs devraient aussi. Et parce que les naines blanches sont tellement plus petites et plus faibles que les étoiles semblables au soleil, il serait beaucoup plus facile de repérer une naine brune à côté d'une naine blanche qu'à côté d'une étoile à part entière. Au fur et à mesure que les étoiles disparaissent, les naines brunes sont petites, avec des diamètres similaires à ceux de Jupiter. Mais les naines blanches n'ont qu'un dixième de cette taille, avec des diamètres à peu près équivalents à ceux de la Terre.

Les astronomes se sont rendus dans les installations du télescope infrarouge de la NASA sur le Mauna Kea d'Hawaï et ont commencé à observer chaque naine blanche qu'ils pouvaient. Nuit après nuit, ils ont regardé des centaines de naines blanches dans l'espoir d'en trouver une qui était trop lumineuse pour être une seule étoile. La plupart des objets semblaient simples et ennuyeux dans l'infrarouge - pas plus lumineux que prévu en fonction de la température des gaz incandescents dans leur atmosphère.

Mais l'une des naines blanches ciblées par Becklin et Zuckerman, Giclas 29–38 (G29–38), s'est démarquée. Il était environ 40% trop lumineux à la longueur d'onde qu'ils ont mesurée. Les chercheurs ont fait valoir que cet excès de lumière infrarouge était le rayonnement d'une naine brune située si près de la naine blanche que la lumière des deux objets se mélangeait.

Une supposition raisonnable, bien sûr - et il semblait que G29–38 pourrait être la première naine brune jamais détectée. Mais l'interprétation des astronomes de leurs données s'est avérée erronée. Ils ne voyaient pas la signature d'un nain brun, mais ils étaient tombés sur quelque chose d'aussi particulier.

Le Wide-Field Infrared Survey Explorer a inspecté le ciel infrarouge de la fin de 2009 jusqu'à ce qu'il manque de liquide de refroidissement 10 mois plus tard. La sonde a découvert au moins 50 naines blanches qui pourraient avoir des disques de débris environnants. (La poussière de la Voie lactée constitue la toile de fond de la conception de cet artiste.)
 

NASA / JPL-Caltech / R. Blessé (SSC)

Mystérieuse pollution spatiale

Les débris poussiéreux autour d'une naine blanche ne se contentent pas de rester dans l'espace. Il n'orbite même pas autour de l'étoile morte le long de chemins stables. Au lieu de cela, ce matériau se transforme en étoile. Au cours de centaines ou de milliers d'années, il pleut sur les couches superficielles de la naine blanche, que les astronomes appellent parfois l'atmosphère. Cela peut sembler long aux humains, mais c'est un clin d'œil en termes astronomiques.

Becklin et Zuckerman ont suggéré que G29–38 pourrait avoir un disque poussiéreux lorsqu'ils ont découvert son excès de lumière infrarouge. Mais ils savaient que la poussière ne peut pas survivre longtemps à proximité d'une naine blanche, alors ils se méfiaient de cette hypothèse. Ensuite, un autre type d'observation des naines blanches a commencé à changer d'avis sur la possibilité que ces objets puissent héberger des disques de débris.

La plupart des naines blanches sont constituées en grande partie de carbone et d'oxygène recouverts d'une fine atmosphère d'hydrogène et d'hélium. Ces objets compacts contiennent généralement environ la moitié de la masse du Soleil entassés dans un volume pas beaucoup plus grand que la Terre, produisant d'énormes densités et de fortes forces gravitationnelles près de leurs surfaces. Cette gravité intense garantit que tout élément plus lourd que l'hydrogène ou l'hélium tombe dans l'atmosphère et hors de vue en peu de temps.

Pourtant, étrangement, les atmosphères de certaines naines blanches sont pleines d'éléments lourds tels que le calcium et l'aluminium. Il y a une dizaine d'années, des astronomes armés de grands télescopes et de spectrographes de grande puissance ont trouvé de plus en plus de ces naines blanches «polluées» avec de la «ferraille» dans leur atmosphère. Il semblait possible que cette pollution provienne de systèmes planétaires morts, si les disques étaient suffisamment denses pour survivre pendant de longues périodes et avaient déversé une partie de leur matériel sur les naines blanches récemment. G29–38 est l'une de ces naines blanches polluées, ce qui a fait croire à de nombreux astronomes que son excès de lumière infrarouge provenait d'un disque de débris.

Un objet rocheux est déchiqueté par la puissante gravité de la naine blanche cataloguée Giclas 29–38. L'impression de cet artiste montre comment de tels incidents peuvent créer des disques de débris poussiéreux trouvés autour de nombreuses naines blanches.

NASA / JPL-Caltech / R. Blessé (SSC)

L'ange de la mort

En 2005, la plupart des astronomes étaient convaincus que le rayonnement infrarouge supplémentaire provenant du G29–38 était le signe d'un disque de débris poussiéreux, mais certains d'entre nous n'étaient toujours pas satisfaits. Les chercheurs avaient précédemment trouvé de nombreuses étoiles ordinaires avec de grands disques de poussière. Ces disques de débris ordinaires se sont révélés de nombreuses façons frappantes, des images Hubble spectaculaires montrant des anneaux, des chaînes et des motifs en spirale aux spectres qui révélaient la composition de la poussière. En comparaison, les scientifiques se sont retrouvés avec une image mentale de disques de débris nains blancs.

Puis, en 2006, le télescope spatial Spitzer a inauguré une nouvelle ère pour la science des nains blancs. Spitzer est un petit télescope selon les normes modernes, mais c'est une centrale électrique. Son miroir principal ne mesure que 33 pouces (85 centimètres) de diamètre. Mais contrairement au Hubble beaucoup plus grand, Spitzer collecte la lumière aux longueurs d'onde infrarouges. Ce qui lui manque de taille, il le compense avec des détecteurs infrarouges avancés qui sont des centaines de fois plus puissants que ceux qui avaient volé dans l'espace auparavant. La NASA a déployé Spitzer en 2003, et il continue de fonctionner aujourd'hui, bien qu'à des capacités réduites depuis que son liquide de refroidissement à hélium liquide s'est épuisé en 2009.

Spitzer n'envoie pas à la maison des images murales éblouissantes de disques; ce n'est pas sa spécialité. Il est préférable de disséquer la lumière, longueur d'onde par longueur d'onde, pour former un spectre. La plupart de la lumière qu'il analyse a des longueurs d'onde de quelques fois supérieures à la largeur d'un cheveu humain. Un par un, Spitzer a pointé du doigt toutes les étoiles poussiéreuses des différents types dans le ciel, collectant les spectres des objets que nous et d'autres astronomes pensions bien connaître.

Souvent, lorsqu'il regardait un disque de débris ordinaire autour d'une étoile normale, Spitzer trouvait une bosse caractéristique en forme de gant dans l'infrarouge moyen. Tout le monde sur le terrain a vite compris que cela signifiait la présence de petits grains de silicates - comme des grains de sable fin de plage.

Lorsque nous avons vu pour la première fois le spectre de G29–38, nous nous sommes sentis étrangement mal à l'aise. D'une part, cela a confirmé ce que nous pensions déjà savoir - que la poussière expliquait la lumière infrarouge supplémentaire provenant de cette étoile morte. D'un autre côté, lorsque nous avons repéré cette bosse en forme de gant ordinaire dans le spectre (voir «Signature révélatrice de Dust» à gauche), les cheveux se sont dressés sur notre cou comme si nous avions vu un fantôme.

Nous avions l'habitude de voir ce modèle sur de jeunes disques. Là, il raconte une histoire heureuse, celle des bébés planétésimaux entrant en collision ensemble pour former des planètes. Mais G29–38 n'est pas un endroit heureux. Une ligne de la Bible dit que nous sommes nés de la poussière et que nous retournerons dans la poussière - eh bien, la poussière autour des naines blanches est la poussière dans laquelle nous retournerons. Au moins un astronome a qualifié le spectre G29–38 de «signature de l'ange de la mort».

Bientôt, des observations faites par Spitzer et, dans une moindre mesure, des télescopes au sol comme Keck, Gemini et la NASA Infrared Telescope Facility ont trouvé des preuves de la poussière en orbite autour de 20 naines blanches à proximité. (Voir «Disques de débris nains blancs» en haut des pages 32 et 33.) Comme le montre le diagramme, les disques ont tendance à être petits. Ils vont de l'anneau étroit autour de WD 1457–086 à l'anneau beaucoup plus grand entourant SDSS 1228 + 1040, qui est comparable en taille au système d'anneaux étendus de Saturne.

Environ un tiers des disques découverts par Spitzer présentent la même signature silicate que G29–38. Le reste peut aussi, mais les astronomes ne les ont pas encore recherchés pour la fonction silicate ou ils sont trop faibles pour que même Spitzer puisse sonder la composition de la poussière. Tous les disques de débris poussiéreux entourent des naines blanches polluées.
 

Un objet rocheux est déchiqueté par la puissante gravité de la naine blanche cataloguée Giclas 29–38. L'impression de cet artiste montre comment de tels incidents peuvent créer des disques de débris poussiéreux trouvés autour de nombreuses naines blanches.

NASA / JPL-Caltech / T. Pyle (SSC)

Devenir SAGE

Lorsque les chercheurs ont commencé à assembler et à analyser les premières données WISE environ un an après son lancement, les astronomes étaient au bord de leur siège. Comme nous l'avons mentionné, la mission de WISE était d'étudier des galaxies lointaines, de découvrir des naines brunes et d'observer de jeunes étoiles poussiéreuses. Mais précisément parce qu'il est bon pour repérer la poussière et les naines brunes, il est apte à trouver de telles choses autour des naines blanches. L'enquête WISE tout ciel ressemble beaucoup à une version plus puissante de l'enquête de Zuckerman et Becklin d'il y a plus de 20 ans.

Suivre les traces de Zuckerman et Becklin est l'objectif d'une équipe de chercheurs dirigée par Stefanie Wachter du Spitzer Science Center de la NASA au California Institute of Technology de Pasadena. L'équipe WISE Infrared Excesses around Degenerates (WIRED) recherche dans l'infrarouge toutes les naines blanches connues à la recherche de traces de poussière et de naines brunes, principalement aux deux longueurs d'onde les plus courtes de WISE (3,4 et 4,6 micromètres). Ces longueurs d'onde se situent dans un point idéal en fonction de l'endroit où la poussière et les naines brunes apparaissent les plus brillantes et WISE est le plus sensible.

Malgré les prédictions sur la performance de WISE, les observations ont quand même ébloui l'équipe. Les premiers résultats montrent que WISE a trouvé 50 nouveaux candidats nains blancs poussiéreux et 40 candidats nains blancs avec des compagnons nains bruns. 70 autres nains blancs montrent de mystérieux excès qui pourraient être de la poussière, une naine brune ou quelque chose de totalement nouveau.

L'équipe WIRED examinera ces naines blanches avec d'autres télescopes pour les années à venir. Ces études seront un peu comme des autopsies. Considérez-les comme des «CSI pour les systèmes solaires». Mais elles ne seront pas totalement néfastes. Avec des spectrographes haute résolution sur des télescopes au sol, les scientifiques peuvent étudier ces objets récemment découverts et mesurer exactement la quantité de chaque élément qui pleut sur les naines blanches. Cela nous dit directement la composition du matériau rocheux dans ces anciens systèmes planétaires extrasolaires - des informations difficiles à obtenir de toute autre manière et des connaissances qui pourraient potentiellement nous dire comment ces systèmes planétaires se sont formés.

La mission WISE transforme les disques de débris nains blancs d'une petite collection d'objets bizarres en clés pour comprendre l'évolution des systèmes planétaires, y compris celui que nous appelons chez nous. Peut-être que les disques de débris nains blancs racontent une histoire effrayante. Mais si vous êtes sage, vous écouterez.

Source: http://www.astronomy.com
Lien: http://www.astronomy.com/great-american-eclipse-2017/articles/2016/06/dead-stars-and-doomed-planets?utm_source=asyfb&utm_medium=social&utm_campaign=asyfb&fbclid=IwAR0q9SGuxLnuL965F5AYOTL2WesRmzo4uuqEA8KbuM-xmpqsl10KqoSJ3dE

 

Qu'adviendra-t-il du télescope spatial Spitzer après sa retraite?

Spitzer sera mis hors tension cette semaine. Mais qu'arrive-t-il au télescope en orbite maintenant?

Par Hailey Rose McLaughlin  | Publication: lundi 27 janvier 2020

SUJETS CONNEXES: NASA

Une illustration du télescope spatial Spitzer.

NASA

Le télescope spatial Spitzer de la NASA sera mis hors service le 30 janvier après 16 ans d'étude des exoplanètes, de notre propre système solaire et des galaxies lointaines .

Parce qu'il voit dans l'infrarouge, la chaleur AKA, les capacités de Spitzer ont été cruciales pour les missions d'observation de la NASA. Les instruments ont permis aux scientifiques de collecter des données dans des zones de notre univers normalement couvertes de gaz interstellaires et de poussières.

Le dernier jour officiel de collecte des données sera le 28 janvier. Le 30, une commande sera envoyée à Spitzer depuis le contrôle au sol, déclenchant un «mode sans échec» et éteignant les systèmes du télescope.

Mais contrairement à Hubble, qui sera désorbité pour brûler dans l'atmosphère, Spitzer fait face à un sort différent. En effet, le télescope a une orbite très particulière, traînant à environ 158 millions de kilomètres derrière la Terre pour le tenir à l'écart de la chaleur parasite.

Dans environ 53 ans, l'orbite de Spitzer dépassera notre planète. Mais, une fois que le télescope survolera le vaisseau spatial Terre, Spitzer s'éloignera dans la direction opposée dans le vide de l'espace, a déclaré Joseph Hunt, l'actuel chef de mission de Spitzer, dans un récent discours .

Un héritage durable

Le télescope a certainement gagné sa subsistance au cours de sa mission d'une décennie et demie. Spitzer a regardé à travers les nuages ​​de gaz et de poussière pour imaginer certaines des galaxies les plus éloignées, a analysé la composition chimique des nuages ​​de poussière dans l'univers et a même trouvé quelques planètes.

Au cours de la dernière année et demie de la mission de Spitzer, il a passé beaucoup de temps à étudier l'univers des systèmes d'exoplanètes, une mission pour laquelle il n'était pas conçu. Malgré cela, le télescope a découvert un certain nombre d'exoplanètes, y compris le système Trappist-1, le groupe d'exoplanètes le plus proche de la Terre.

Donc pour l'instant, quand vous regardez dans le ciel nocturne, souvenez-vous que Spitzer est toujours avec nous. Eh bien, nous suivre au moins.

Source: http://www.astronomy.com
Lien: https://astronomy.com/news/2020/01/spitzer-is-about-to-retire-what-will-happen-to-it?utm_source=asyfb&utm_medium=social&utm_campaign=asyfb&fbclid=IwAR30WZA_BCaHDu8emB2HpV3zbjjqZbMheh91b3GNduPuQQ4yufuuSFspXsU