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LE 22.03.2020: Actualité de l'astronomie / Hubble observe un gigantesque tsunami d'énergie produit par un quasar.
- Par dimitri1977
- Le 22/03/2020
- Dans Actualité de la météo,de l'astronomie et de la sciences à la une du jour
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Hubble observe un gigantesque tsunami d'énergie produit par un quasar
Laurent Sacco
Journaliste
Hubble a permis d'estimer la vitesse et surtout la puissance des vents de matière soufflés par le rayonnement des quasars. Ces trous noirs supermassifs sont bel et bien en mesure d'affecter, tels des tsunamis, la matière interstellaire à l'échelle des galaxies.
Comme l'explique Jean-Pierre Luminet dans la vidéo ci-dessous, c'est à partir de 1963 lorsque Maarten Schmidt, un astronome néerlandais, a fait l'analyse spectrale d'un astre, la contrepartie dans le visible d'une source radio puissante nommée 3C 273, que l'on a fait la découverte des quasi-stellar radio sources, des quasars selon la dénomination proposée en 1964 par l'astrophysicien d'origine chinoise Hong-Yee Chiu. 3C 273 se présentait comme une étoile mais elle se trouvait à plus de 2,4 milliards d'années-lumière de la Voie lactée, ce qui veut dire que pour être observable à une telle distance proprement cosmologique, elle devait être d'une luminosité absolument prodigieuse, dépassant les 5 millions de millions de fois celle du Soleil, ou présenté d'une autre façon était équivalente à celle de 1.000 fois les centaines de milliards d'étoiles de notre Voie lactée !
Toujours comme l'explique Jean-Pierre Luminet, nous savons que ces quasars sont des exemples de ce que l'on appelle des noyaux actifs de galaxies, (Active Galactic Nuclei ou AGN, en anglais) qui ne sont pas forcément aussi lumineux que les quasars. Et nous avons toutes les raisons de penser que leur prodigieuse énergie provient de l'accrétion de la matière par des trous noirs supermassifs de Kerr en rotation, pouvant contenir des milliards de masses solaires comme M87*, récemment imagé par les membres de la collaboration Event Horizon Telescope.
Aujourd'hui, une série de six publications, également accessible sur arXiv, fait état de mesures stupéfiantes concernant ces quasars et qui ont été obtenues grâce au télescope Hubble et à sa capacité de voir dans l'ultraviolet. Les astrophysiciens ont ainsi découvert des débits les plus énergétiques jamais vus dans l'Univers observable et parlent même, à leur sujet, de véritables tsunamis cosmiques.
Dans cet extrait de la plateforme TV-Web-cinéma « Du Big Bang au Vivant », qui couvre des découvertes dans le domaine de l'astrophysique et de la cosmologie, Jean-Pierre Luminet nous parle des quasars. © Jean-Pierre Luminet
Les chercheurs ont mesuré via l'effet Doppler les vitesses des vents de matière produites par la pression du rayonnement des quasars sur le gaz interstellaire dans des galaxies. On connaît cet effet, bien plus modeste, produit par une partie du vent solaire sur la queue des comètes dans le Système solaire. Mais ici, le souffle des quasars accélère de la matière à quelques pourcents de la vitesse de la lumière !
Des centaines de masses solaires de gaz éjectés chaque année
L'astrophysicien Nahum Arav de Virginia Tech à Blacksburg, en Virginie (États-Unis) explique de plus que « Les vents poussent des centaines de masses solaires de matériaux chaque année. La quantité d'énergie mécanique que ces flux transportent est jusqu'à plusieurs centaines de fois supérieure à la luminosité de toute la Voie lactée » et le chercheur d'ajouter dans un communiqué de la Nasa : « Aucun autre phénomène ne transporte plus d'énergie mécanique. Au cours d'une durée de vie de 10 millions d'années, ces éjections de matière produisent un million de fois plus d'énergie qu'un sursaut gamma ».
Cette découverte ne fait que confirmer ce dont on se doutait depuis un moment. En effet, le souffle des quasars peut être tel que non seulement il bloque sa propre alimentation en gaz, très probablement sous la forme des filaments froids que l'on commence à voir, mais il peut aussi vider une galaxie du gaz qui lui sert à former de nouvelles étoiles. Cela contribue à jeter de la lumière sur la relation de coévolution que l'on constate avec la proportionnalité entre la masse d'une galaxie et celle du trou noir supermassif qu'elle abrite, et explique aussi pourquoi bien des galaxies ont cessé de former des étoiles en quelques milliards d'années seulement, faute de matière pour cela. Hubble montre en effet que le rayonnement des quasars pousse le gaz et la poussière interstellaire à des distances bien plus grandes que ce que les astrophysiciens pensaient auparavant, tout simplement à l'échelle d'une galaxie. Le souffle des supernovae n'est donc pas le seul mécanisme capable de « tuer » une galaxie en la vidant de son gaz.
« Les théoriciens et les observateurs savaient depuis des décennies qu'il existe un processus physique qui empêche la formation d'étoiles dans les galaxies massives, mais la nature de ce processus restait un mystère. Mettre les débits observés dans nos simulations résout ces problèmes en suspens de l'évolution galactique », explique l'éminent cosmologiste Jeremiah P. Ostriker de l'université Columbia à New York et également collègue du prix Nobel James Peebles à l'université Princeton dans le New Jersey.
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LE 22.03.2020: Actualité de l'astronomie / Partez à la chasse aux exoplanètes et aux trous noirs pendant le confinement.
- Par dimitri1977
- Le 22/03/2020
- Dans Actualité de la météo,de l'astronomie et de la sciences à la une du jour
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Partez à la chasse aux exoplanètes et aux trous noirs pendant le confinement
Laurent Sacco
Journaliste
En attendant la fin du confinement, vous pouvez essayer de faire comme Isaac Newton, confiné chez lui pendant plus d'un an à la suite d'une épidémie de peste, et faire de grandes découvertes scientifiques en aidant les chercheurs grâce aux sites de science participative.
Tirons le meilleur du confinement « Restez chez vous ! » C’est le mot d’ordre lancé par les autorités pour lutter contre la propagation du coronavirus responsable de la pandémie de Covid-19. Et nous sommes désormais des millions à vivre une situation inédite, celle du confinement. Pour nous en sortir au mieux, peut-être faut-il la vivre comme une expérience humaine de plus.
L'histoire est archiconnue et on ne manque pas de la rappeler en ce moment. Né en 1642, Isaac Newton est admis en 1661 au fameux Trinity College de Cambridge où il va se familiariser avec les travaux de Descartes, Galilée et Kepler en mathématique, mécanique et astronomie. Mais en 1665, une épidémie de peste se déclare en Angleterre, la tristement célèbre Grande peste de Londres, et l'université n'a pas d'autre choix que de fermer ses portes dans une stratégie de confinement, déjà. Newton rentre chez lui et passe les 18 mois suivants à se consacrer à ses réflexions solitaires qui vont le mener bien au-delà des travaux de ces prédécesseurs car, selon ses dires, c'est pendant cette « Annus mirabilis », une locution latine pouvant se traduire par « année de merveilles » qui aurait été utilisée la première fois par le poète britannique John Dryden pour désigner cette période, qu'il va découvrir les bases de ses travaux révolutionnaires en optique, théorie de la gravitation et calcul infinitésimal. Par extension, on utilise aussi le terme « Annus mirabilis » pour désigner l'année la plus productive d'Albert Einstein, 1905, où il découvre simultanément la théorie de la relativité restreinte, les quanta de lumière, et donne la théorie du mouvement brownien qui permettra à Jean Perrin de démontrer l’existence des atomes.
Newton est un cas unique dans l'histoire des sciences, surpassant même Einstein dont bien évidemment aucun d'entre nous ne peut imaginer l'égaler pendant la période de confinement qui nous frappe avec le coronavirus. Mais cela ne veut nullement dire que tout un chacun ne peut pas aider à faire des découvertes extraordinaires. Le cerveau humain reste encore plus puissant que les techniques de deep learning, ou plus généralement de l'IA, pour découvrir des régularités dans des données fournies par des expériences scientifiques. Et c'est pourquoi depuis des années les chercheurs font appel aux internautes pour analyser des données fournies par des programmes de recherche.
Dans Space, Jérémy Wilks vous emmène ce mois-ci à l'observatoire de Genève, la « maison » des experts en exoplanètes, ces planètes qui sont en dehors de notre Système solaire. À ce jour, plus de 4.000 d'entre elles ont été découvertes, mais les scientifiques pensent qu'il en existe des millions dans la Voie lactée. La première exoplanète qui a été découverte est une planète géante gazeuse similaire à Jupiter, en orbite autour de son étoile. Cette découverte, faite en 1995 par le professeur Michel Mayor de l'université de Genève, a donné le coup d'envoi d'une révolution en astronomie. © European Space Agency, ESA
Chassez exoplanètes, trous noirs, astéroïdes et ondes gravitationnelles
On se souvient de la mission Stardust où il s'agissait d'identifier et isoler les poussières interstellaires emprisonnées dans l'aérogel du collecteur de cette mission qui avait rencontré la comète Wild 2. Futura vous avait aussi proposé de partir à la chasse aux exoplanètes, dans le précédent article ci-dessous, dans le cadre du site Planethunters qui mettait à disposition les données de la mission Kepler afin d'y chercher des transits possibles d'exoplanètes. Ce site existe toujours mais ce sont maintenant les données de Tess, le successeur de Kepler, qui requièrent votre attention. Alors êtes-vous prêt à découvrir, peut-être, une exoterre habitable ?
Futura vous a récemment proposé aussi d'aider les astrophysiciens à débusquer des trous noirs supermassifs en se connectant en ligne à Radio Galaxy Zoo dans le cadre du célèbre Zooniverse. Ce portail de science citoyenne bien connu est une extension du projet original Galaxy Zoo qui invitait les internautes à classer les galaxies.
Zooniverse contient maintenant un large catalogue de projets de science citoyenne, et pas seulement en astronomie. Vous pouvez bien sûr aider à trouver des astéroïdes dans les images collectées par Hubble, des ondes gravitationnelles dans les données enregistrées par Ligo mais aussi contribuer à un projet visant à développer un modèle informatique de diagnostic de la rétinopathie diabétique ou encore déchiffrer les archives climatiques de la planète enregistrées depuis quelques millions d'années dans des fossiles de feuilles.
POUR EN SAVOIR PLUS
Fête de la science : devenez chasseur d'exoplanètes !
Article de Laurent Sacco publié le 11/10/2012
Les exoplanètes vous font rêver, vous êtes membre de Seti@home mais vous regrettez de ne pas pouvoir faire partie des équipes qui chassent des superterres ? Vous avez tort ! La Nasa vous offre de prendre part à l'analyse des données de Kepler et de découvrir des exoplanètes, de chez vous. Serez-vous le découvreur de la première exoterre habitable ?
Rappelez-vous, c'était en 2006. La sonde Stardust venait juste de rapporter sur Terre des poussières piégées dans de l'aérogel lors de son survol de la comète Wild 2. Le rêve de certains, celui de pouvoir travailler pour la Nasa en analysant des échantillons de matière extraterrestres, allait se réaliser. Les membres de la mission Stardust annonçaient recruter à tour de bras pour analyser, via Internet, les photos du piège à poussières afin d'y retrouver la précieuse matière cométaire et peut-être même des grains de matière interstellaire.
Si des ordinateurs peuvent fouiller efficacement dans des bases de données, il est tout de même des domaines où le cerveau humain se révèle encore le plus efficace. C'est notamment le cas lorsqu'il s'agit de reconnaître des caractéristiques sur des photos. Les auteurs du site Zooniverse l'ont bien compris et ils permettent depuis quelque temps à tous les passionnés, qu'ils soient docteur en astrophysique ou non, d'analyser les images prises par des télescopes comme Hubble ou Spitzer comme le feraient des professionnels pour percer les secrets de l'univers.
Depuis quelque temps, c'est à la recherche des exoplanètes qu'ils vous convient avec Planethunters. Ils vous proposent en effet de devenir vous-même un chasseur de planètes et d'aider les membres de la mission Kepler, ainsi que les exobiologistes qui chassent les exoplanètes, à en découvrir dans les observations de ce télescope en orbite.
Chasser des exoplanètes avec la méthode du transit planétaire
Nul besoin d'équipement compliqué ou d'une formation poussée en science, votre ordinateur, votre passion et un minimum de maîtrise de l'anglais à l'écrit suffisent pour cela. Mais avant de pouvoir partir en chasse, il vous faut comprendre ce qu'est la méthode du transit planétaire et à quoi elle sert.
Schéma illustrant le principe du transit planétaire s'accompagnant d'une baisse de luminosité de l'étoile d'autant plus importante que l'exoplanète est de grande taille par rapport à son soleil. © Institute for Astronomy-University of Hawaii
La méthode du transit planétaire est une méthode photométrique. Elle repose sur la mesure des faibles variations périodiques de la luminosité d'une étoile lorsqu'une planète passe devant elle. L'orientation du plan orbital d'une exoplanète est arbitraire et l'observation possible d'un transit est d'autant plus rare que la période de révolution d'une telle planète est importante. Il faut donc observer simultanément un grand nombre d'étoiles pour espérer surprendre un transit. C'est ce que font les deux missions spatiales actuellement dédiées à l'étude, entre autres, des transits planétaires : la mission Kepler de la Nasa et la mission Corot de l'Esa.
Il n'est pas forcément évident de distinguer une brusque et faible baisse de luminosité de l'étoile due à un transit d'une variation similaire liée à l'activité propre de l'étoile. La courbe de luminosité d'une étoile est parfois fortement variable, même si les amplitudes de ces variations sont faibles. Si l'on veut faire des mesures fines de photométrie pour les transits planétaires extrasolaires, il est donc nécessaire de placer un détecteur dans l'espace afin de s'affranchir des variations de luminosité causées par l'atmosphère de la Terre.
Deux courbes photométriques de variations de la luminosité d'une étoile pour deux exoplanète, OGLE-TR 113 et OGLE-TR 132. © ESO
Enfin, il faut que le transit se répète périodiquement un nombre suffisant de fois avant de pouvoir commencer à envisager que l'on a détecté une exoplanète. Dans le cas d'une vraie exoterre, il faudrait donc attendre au moins 3 ans avant de parler d'une découverte, avec de plus une estimation de la masse fournie par la méthode des vitesses radiales. Si la masse de l'exoplanète est comprise entre 2 et 10 fois celle de notre planète, il faudra alors parler d'une superterre. Dans les deux cas, si la planète est en orbite autour d'une naine rouge, sa zone d'habitabilité sera à des distances inférieures à celle de notre Système solaire. Il n'est donc pas nécessaire d'attendre 3 ans pour confirmer un transit.
Les courbes de luminosité de Kepler
La largeur et la profondeur de courbe de luminosité permettent d'avoir des renseignements sur l'exoplanète. En effet, connaissant le spectre de l'étoile, il est possible d'en tirer la valeur de son rayon. Or, la diminution relative du flux de lumière de l'étoile à l'occasion d'un transit est égale au carré du rapport du rayon de l'exoplanète à celui de son soleil. Si on connaît sa masse, que l'on détermine par la méthode des vitesses radiales, on en déduit automatiquement sa densité moyenne. C'est une donnée importante car une superterre trop peu dense est probablement une planète océan comme 55 Cancri e.
Sur cette image, on voit la courbe de luminosité d'une étoile observée pendant plus d'un mois. Chaque point blanc correspond à une mesure. Une courbe en trait plein est donnée en dessous et les cercles blancs sont utilisés pour déterminer la largeur de portion de courbe où l'on peut faire un zoom pour tenter de surprendre un transit planétaire. © Planethunters.org
Ce que proposent donc les membres de Planethunters, c'est que vous examiniez les courbes de luminosité prises en surveillant les plus de 145.000 étoiles observées par Kepler et d'y chercher des signes de transits. Comme l'explique une vidéo en anglais, il vous faut aussi répondre à quelques questions concernant les caractéristiques de ces courbes de luminosités. Il est nécessaire d'utiliser une fonction zoom pour observer les détails possibles d'un transit qui sont parfois cachés dans un signal apparaissant très bruité, comme le montre la courbe ci-dessus extraite du site de Planethunters.org.
Un autre exemple de courbe de luminosité d'une étoile observée pendant presque un mois. L'étoile est très calme et le transit planétaire très clair. © Planethunters.org
Comme le montre l'image ci-dessus, le cas idéal est celui où l'on est en présence d'une étoile très calme devant laquelle transite une exoplanète de grande taille.
Bien entendu, les chasseurs d'exoplanètes auront leur nom dans la publication des chercheurs annonçant une nouvelle découvert
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LE 22.03.2020: Actualité de l'astronomie / Tess découvre la première exoplanète au-dessus du plan galactique.
- Par dimitri1977
- Le 22/03/2020
- Dans Actualité de la météo,de l'astronomie et de la sciences à la une du jour
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Tess découvre la première exoplanète au-dessus du plan galactique
Laurent Sacco
Journaliste
Les exoplanètes n'étaient jusqu'à présent découvertes que dans le disque mince des étoiles dans la Voie lactée et pas dans le disque épais qui entoure le premier. Tess vient pourtant d'en débusquer une proche du Soleil en transit à travers le disque mince. Elle pourrait s'être formée dans une autre galaxie mais rien n'est certain.
Cela ne fait qu'un siècle environ que l'on a commence vraiment à connaître la structure de notre Galaxie grâce à l'astronome Harlow Shapley. Pour atteindre son but, il avait entrepris, à partir de 1914, d'utiliser les positions et les mouvements des amas globulaire en orbite autour de la Voie lactée pour déterminer sa taille et la position qu'occupait le Soleil. Il arriva finalement au résultat escompté en 1918. Depuis lors, notre savoir sur l'Univers-île que nous habitons, ainsi que le philosophe Emmanuel Kant le dénommait, n'a fait que progresser, notamment avec la cartographie de ses nuages de gaz via la fameuse raie à 21 cm de l’hydrogène et aujourd'hui, grâce aux spectaculaires relevés astrométriques des positions et vitesses des étoiles de la Voie lactée fournis par la mission Gaia.
Comme l'explique un groupe d'astronomes dans un article publié dans The Astronomical Journal et disponible en accès libre sur arXiv, les données de Gaia ont permis de faire une découverte surprenante concernant une exoplanète située à seulement 97 années-lumière du Système solaire. Il s'agit d'une planète rocheuse tout juste identifiée par la méthode des transits planétaires par le successeur de Kepler dans l'espace, le satellite Tess (Transiting Exoplanet Survey Satellite) de la Nasa.
Rappelons que la mission de Tess est de détecter des exoplanètes, surtout des superterres ou de tailles proches de notre planète bleue, autour d'environ 200.000 étoiles parmi les plus brillantes, situées à moins de 200 années-lumière de notre Soleil sur 90 % de la voûte céleste.
Une présentation de la mission Tess. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Nasa Goddard
Tess a donc mis en évidence une exoplanète autour de l'étoile LHS 1815, une naine rouge contenant la moitié de la masse du Soleil environ. L'existence de LHS 1815b a été confirmée par la méthode des vitesses radiales et donc sa masse est relativement et précisément connue puisqu'elle effectue aussi les transits détectés par Tess et l'on sait qu'elle pourrait être aussi importante, 8,7 fois celle de la Terre et plutôt de l'ordre de 4 masses terrestre. C'est déjà une valeur surprenante puisque la méthode du transit lui donne un rayon d'environ 1,088 fois celui de la Terre, ce qui indiquerait donc une forte densité avec sans doute beaucoup de métaux lourds, probablement du fer et du nickel mais ce n'est qu'une spéculation. LHS 1815b boucle son orbite en 3,1843 jour seulement et c'est donc un monde infernal.
Une exoplanète née dans une autre galaxie ?
Jusqu'ici rien de bien nouveau parmi les plus de 4.000 exoplanètes connues à ce jour. Ce qui fait pour le moment la singularité de LHS 1815b, c'est que les données de Gaia concernant son mouvement indiquent qu'elle se situe sur une orbite qui coupe le plan galactique et qu'elle ne provient pas du disque mince qui contient la majeure partie des étoiles de notre Voie lactée. Périodiquement, elle doit se retrouver à une distance de 5,870 années-lumière au-dessus du plan galactique alors que l'épaisseur du disque mince n'est que de quelques centaines à environ un millier d'années-lumière et que le disque lui-même a un diamètre d'environ 100.000 années-lumière.
LHS 1815b est donc originaire de la partie de la Galaxie que l'on appelle le disque épais qui est une sorte de gaz diffus d'étoiles au-dessus du disque mince, un peu comme de la vapeur juste au-dessus de la surface d'un liquide. La majorité de ces étoiles sont anciennes, plus de 10 milliards d'années, elles sont donc formées à partir d'un gaz encore peu enrichi en éléments lourds comme le fer, le magnésium, l'oxygène et le carbone. Pour cette raison -- et parce que l'on sait qu'il y a une corrélation entre l'existence d'exoplanètes rocheuses et le contenu en éléments lourds d'une étoile, un vestige de la composition du nuage moléculaire et poussiéreux d'où naissent les étoiles et leurs cortèges d'exoplanètes --, on ne s'attendait pas vraiment à trouver d'exoplanètes autour des étoiles du disque épais.
Une représentation de la Voie lactée avec son disque fin (thin disk) et son disque épais (thick disk). Le Soleil (sun) est représenté. © Gaba p, Wikimedia Commons, CC by-sa 3.0
De fait, on n'en avait jamais trouvées jusqu'à présent mais une fois de plus, le cosmos déjoue nos prévisions...
Pour en avoir trouvé aussi proches du Soleil, il doit y en avoir bien d'autres dans le disque épais de la Galaxie et ceci est extrêmement intéressant. En effet, on pense que les étoiles, dans ce disque qui enveloppe le disque mince en s'élevant d'entre 3.000 et 16.000 années-lumière au-dessus du plan galactique, sont peut-être le vestige d'une collision entre la Voie lactée et une autre galaxie il y a des milliards d'années, auquel cas elles ne se seraient pas formées dans notre Galaxie -- il se pourrait aussi que ce soit le cas, une rencontre avec une galaxie naine aurait simplement, en quelque sorte, « chauffé » le disque mince par ses perturbations gravitationnelles qui aurait éjecté des étoiles pour former le disque épais.
Si tel est bien le cas, on aurait donc peut-être sous les yeux une exoplanète qui s'est formée dans une autre galaxie. En tout état de cause, son étude va nous renseigner sur les exoplanètes dans le disque épais et LHS 1815 est suffisamment proche pour que l'on puisse espérer analyser l'atmosphère d'une autre exoplanète qui pourrait exister autour.
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LE 17.03.2020: Actualité de l'astronomie / Moteurs électriques : des perspectives d’utilisation inédites dans l’espace.
- Par dimitri1977
- Le 17/03/2020
- Dans Actualité de la météo,de l'astronomie et de la sciences à la une du jour
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Moteurs électriques : des perspectives d’utilisation inédites dans l’espace
Journaliste
Aujourd'hui, la propulsion électrique, qui ne dispose pas de tuyère pour orienter la poussée du moteur, est limitée dans ses manœuvres orbitales. La startup autrichienne Enpulsion a conçu un moteur doté d'une technologique inédite qui permet le contrôle du vecteur de poussée, sans pièce mobile ni système mécanique. Une première mondiale ! Les explications très techniques de Stéphane Mazouffre, directeur de recherche au CNRS, au sein du laboratoire Icare à Orléans.
Aujourd'hui, les propulseurs électriques sont indissociables de la gamme des petits satellites, en particulier les nanosatellites, notamment parce qu'ils permettent d'atteindre une grande vitesse d'éjection, ce qui se traduit directement par une très faible consommation d'ergol. C'est cette « caractéristique qui les rend parfaitement compatibles avec les exigences des petits satellites en matière de masse et de volume », nous explique Stéphane Mazouffre, directeur de recherche au CNRS, au sein du laboratoire Icare à Orléans.
Mais, si la propulsion électrique « offre de nombreux avantages sur la propulsion conventionnelle chimique », suscitant un intérêt grandissant pour son utilisation dans diverses manœuvres, maintien à poste, contrôle d'attitude et de trajectoire, vol interplanétaire, etc., elle présente un « point faible qui bride son potentiel, notamment pour les missions d'exploration ». En effet, à ce jour aucun moteur électrique ne « peut orienter son vecteur de poussée, comme peuvent le faire les moteurs chimiques en utilisant des tuyères orientables ». Un choix qui s'explique moins par « des difficultés techniques de mise en œuvre que par un souci de simplicité et de maîtrise de la masse du satellite ». Bien sûr cela n'empêche nullement de « réaliser des transferts d'orbite, de corriger l'orientation et la trajectoire mais les opérateurs de satellites sont contraints pour des manœuvres combinées ou successives, telles que le transfert et la correction d'attitude, ainsi que pour les missions interplanétaires ».
Du fait du déploiement de plusieurs constellations de petits satellites, la mise en œuvre de méga-constellations et des projets de remorqueurs spatiaux et d'activités de service en orbite, tous les acteurs (motoristes, agences spatiales, utilisateurs) « sont à la recherche d'une plus grande agilité et liberté de manœuvre, difficilement réalisables avec les modes de propulsion électrique en service ». Aujourd'hui, « si l'on souhaite gagner en flexibilité », il faut des systèmes mécaniques, voire des bras comme c'est le cas sur le satellite Eutelsat 172B. « Des solutions qui coûtent cher et ajoutent de la complexité et de la masse. »
Le propulseur IFM nano SE avec ses trois électrodes d'accélération. Dans la version standard de ce moteur, il y a seulement une électrode, c'est-à-dire un cercle de sorte que le faisceau est aligné avec l'axe du moteur. En séparant l'électrode en trois arcs, le faisceau ne sera évidemment plus symétrique et le vecteur de poussée sera orienté vers la partie en question. © Enpulsion
Demain, en raison des progrès faits dans la miniaturisation des instruments et des capteurs, ces petits satellites « pourraient ne plus se cantonner à l'orbite basse mais jouer un rôle dans l'exploration du Système solaire ». Suivant la voie ouverte par les deux MarCO (Mars Cube One A et B), qui ont relayé les données de l'atterrissage sur Mars de la sonde InSight de la Nasa, ces satellites seront de plus en plus « utilisés dans le cadre de missions d'exploration lointaine à destination de Mars et d'astéroïdes (mission Hera), voire des voyages interplanétaires vers les planètes Saturne, Jupiter et leurs satellites ». D'où ce besoin de souplesse et d'agilité.
Une innovation majeure
Dans ce contexte, la startup autrichienne Enpulsion vient de mettre sur le marché le propulseur IFM Nano Thruster SE « qui permet le contrôle du vecteur de poussée sans pièce mobile ni système mécanique, une première mondiale », souligne Stéphane Mazouffre dont le laboratoire collabore étroitement avec Enpulsion. L'idée de la startup autrichienne est de jouer avec le « champ électrique de façon à modifier la trajectoire des ions qui peuvent ainsi être éjectés en dehors de l'axe du propulseur ». L'option choisie par Enpulsion, pour avoir le système le moins complexe possible et la capacité d'orienter le vecteur sur une grande plage angulaire « est l'utilisation d'un de trois électrodes accélératrices disjointes ».
Concrètement, les ions positifs d'indium produits par les injecteurs (anode, pôle +) sont extraits et accélérés grâce à une électrode circulaire (cathode, pôle -) située en aval de la couronne d'injecteurs. Cette électrode est polarisée à haute tension pour donner une grande vitesse aux ions. Comme la couronne d'injecteur et l'électrode sont à géométrie cylindrique et alignées, le faisceau d'ions est symétrique autour de l'axe du propulseur (propulseur IFM nano). Si on découpe l'électrode, on peut briser la symétrie (propulseur IFM nano SE). En effet, si on polarise uniquement un segment, alors les ions iront préférentiellement vers ce segment. En séparant l'électrode en trois arcs de cercle et selon la partie polarisée, le faisceau ne sera évidemment plus symétrique et le vecteur de poussée sera orienté vers la partie en question. Dit autrement, en jouant sur la polarisation des électrodes on joue sur l'angle du vecteur de poussée.
Propulseur IFM nano en tir - Couronne d'injecteurs d'indium (la couleur vient du plasma d'indium). © Enpulsion
Résultat, des « manœuvres plus précises qui consomment moins d'ergols ». Le maintien de l'orientation des satellites est ainsi facilité. Autre avantage potentiel, un satellite équipé de ce propulseur pourrait être « susceptible de se passer de roues à inertie ».
C'est évidemment une grande avancée qui va « augmenter l'attractivité opérationnelle, déjà forte, de cette gamme de satellites ». Elle ouvre également de nouvelles perspectives en matière de « contrôle de trajectoire et simplification des systèmes ». Pour les satellites de type nano, de seulement quelques dizaines de centimètres, ce type de moteur va « non seulement renforcer leur attractivité mais également libérer tout leur potentiel, freiné en partie aujourd'hui par ce manque d'agilité ». L'émergence de cette technologique apparaît aussi comme un nouveau levier de compétitivité et représente une opportunité technologique et scientifique à saisir pour les futurs projets d'exploration robotique qui s'appuient sur cette gamme de satellites.
Ainsi, les petits satellites qui opèrent au-delà des orbites basses (géostationnaire, interplanétaire) et qui ne peuvent pas désaturer leurs roues à inertie (qui servent à corriger l'attitude et la trajectoire) à l'aide d'un magnétorqueur ou qui ne peuvent pas faute d'un volume suffisant embarquer plusieurs moteurs, la vectorisation permet de corriger les désalignements (du vecteur de poussée par rapport au centre de masse) et par exemple de réussir une mission interplanétaire à moindre coût. Autre intérêt, les satellites en orbite basse qui ont besoin pour atteindre leur objectif d'un alignement parfait de leur vecteur de poussée.
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LE 17.03.2020: Actualité de l'astronomie / Exoplanètes : Kepler aurait découvert des exosaturnes
- Par dimitri1977
- Le 17/03/2020
- Dans Actualité de la météo,de l'astronomie et de la sciences à la une du jour
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Exoplanètes : Kepler aurait découvert des exosaturnes
Laurent Sacco
Journaliste
Les exoplanètes super-enflées (en anglais, super-puff) seraient un nouveau type d'exoplanète avec une densité inférieure à celle de l'eau. Mais il se pourrait que le rayon de ces astres, pour une même masse, ait été surestimé parce que l'on n'avait pas compris qu'elles étaient entourées d'anneaux comme Saturne.
Le satellite Kepler a achevé sa mission de détection des exoplanètes par la méthode des transits et le relais a été pris par Tess, toujours sous l'égide de la Nasa. Les astrophysiciens n'en continuent pas moins à dépouiller les données de Kepler qui leur ont notamment signalé l'existence possible et intrigante des exoplanètes super-enflées (en anglais, super-puff). Il s'agirait d'un type d'exoplanète dont la masse n'est que quelques fois celle de la Terre mais dont le rayon est plus grand que celui de Neptune, ce qui leur donne une densité inférieure à celle de l'eau, en dessous 0,3 g/cm3.
Même Saturne, qui est pourtant la planète la moins dense du Système solaire, les surclasse avec une densité de 0,6873 g/cm3. Plusieurs hypothèses ont donc été avancées pour rendre compte de l'existence de tels astres et la dernière vient d'être proposée dans un article publié dans The Astronomical Journal (mais disponible sur arXiv) par Anthony Piro de la Carnegie Institution for Science et Shreyas Vissapragada du célèbre Caltech, là où ont enseigné plusieurs prix Nobel de légende comme Richard Feynman, Murray Gell-Man et actuellement Kip Thorne.
Les deux chercheurs proposent tout simplement qu'au moins certaines des exoplanètes super-enflées n'existent tout simplement pas mais qu'à la place, on a observé sans le réaliser immédiatement des exosaturnes, si l'on peut dire car après tout, Jupiter, Uranus et Neptune ont aussi des anneaux bien que nettement moins spectaculaires.
Les méthodes de détection des exoplanètes se sont largement diversifiées depuis les années 1990. Elles peuvent se classer en deux grandes catégories, les méthodes directes et les méthodes indirectes. Les trois méthodes principales sont la méthode directe d’imagerie, la méthode indirecte du transit et la méthode indirecte de la vitesse radiale. © CEA Recherche
Pour comprendre leur raisonnement, il faut se souvenir qu'il y a essentiellement deux méthodes principales pour détecter des exoplanètes, celle du transit planétaire et celle des vitesses radiales comme l'explique la vidéo du CEA ci-dessus.
Kepler utilisait celle du transit planétaire, c'est-à-dire le passage répété d'une exoplanète devant son étoile hôte, ce qui produit un petit creux périodique dans la courbe de lumière de l'étoile, à savoir une légère baisse de l'intensité lumineuse mesurée. On peut, de cette manière, obtenir le rayon de l'exoplanète.
Des densités sous-estimées à cause de rayons surestimés
L'autre méthode consiste à mesurer les variations de vitesse par l'effet Doppler sur le décalage spectral d'une étoile en mouvement en réponse à l'attraction d'une exoplanète proche. Cette méthode permet d'estimer la masse de l'exoplanète et en particulier, plutôt précisément, si l'exoplanète effectue un transit -- la masse estimée dépend du sinus de l'inclinaison de la normale du plan orbital de la planète par rapport à l'axe de visée, quand cet angle est de 90 °, le sinus vaut 1, c'est le cas d'un transit idéal et l'on obtient donc la masse sans ambiguité.
En disposant d'une masse précise et d'un rayon qui l'est tout autant, on peut déterminer une densité, cela renseigne sur la composition d'une exoplanète et nous dit si l'on est en présence d'une planète rocheuse, d'une géante gazeuse, voire d'une planète océan. Anthony Piro et Shreyas Vissapragada sont partis de l'hypothèse que le rayon des exoplanètes super-enflées avait été surestimé parce que l'on n'avait pas compris qu'elles étaient entourées d'anneaux comme Saturne. Pour tester leur hypothèse, les chercheurs ont conduit des simulations de transit pour voir s'il était vraiment possible ensuite, en comparant les résultats calculés aux observations, de rendre compte de celles concernant des exoplanètes comme Kepler 51b, 51c, 51d, et 79d ou Kepler 87c et 177c.
Une illustration du transit simulé d'une exosaturne. © Anthony Piro, Shreyas Vissapragada
Anthony Piro a commenté les conclusions de son travail avec son collègue en ces termes : « Ces planètes ont tendance à orbiter à proximité de leurs étoiles hôtes, ce qui signifie que les anneaux devraient être composés de particules rocheuses plutôt que glacées. Mais les rayons de ces anneaux rocheux ne peuvent être aussi grands, à moins que la roche des particules ne soit très poreuse, or toutes les super-enflées ne correspondent pas facilement à ces contraintes ».
Selon Piro et Vissapragada, trois super-enflées sont de particulièrement bonnes candidates pour être des sortes d'exosaturne, Kepler 87c et 177c, ainsi que HIP 41378f qui possède peut-être une exolune. Il est vraiment difficile de rendre compte des exoplanètes de Kepler 51 avec des anneaux par contre, sauf, on l'a dit, si les particules rocheuses sont poreuses.
Comment vraiment tester ce scénario par rapport aux autres ? Pour les deux chercheurs, on ne pourra pas tant que le James Webb Space Telescope ne sera pas en orbite.
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