Le nouveau catalogue de données Gaia révèle des lentilles rares, des noyaux d’amas et des données scientifiques imprévues

Gaia cartographie notre galaxie et au-delà avec des détails multidimensionnels extraordinaires, réalisant ainsi le recensement stellaire le plus précis jamais atteint. La mission dresse un tableau détaillé de notre place dans l’Univers, nous permettant de mieux comprendre les divers objets qui s’y trouvent.

Le dernier « focused product release » de la mission s’appuie davantage sur cela, fournissant de nombreuses informations nouvelles et améliorées sur l’espace qui nous entoure. Ce catalogue de données apporte une science passionnante et inattendue : des découvertes qui vont bien au-delà des découvertes pour lesquelles Gaia a été initialement conçue et un approfondissement de notre histoire cosmique.

Alors, quelles nouveautés Gaia nous apporte-t-elle ?

Un demi-million de nouvelles étoiles : Le mode d’observation de Gaia étendu pour révéler des noyaux d’amas

Le troisième catalogue de données Gaia (DR3) contenait des données sur plus de 1,8 milliard d’étoiles, créant ainsi une vue assez complète de la Voie lactée et au-delà. Cependant, des lacunes subsistaient dans notre cartographie. Gaia n’avait pas encore complètement exploré les zones du ciel qui étaient particulièrement densément peuplées d’étoiles (les laissant relativement inexplorées) et surplombant des étoiles qui brillaient moins fort que leurs nombreuses voisines.

Les amas globulaires en sont un exemple clé. Ces amas font partie des objets les plus anciens de l’Univers, ce qui les rend particulièrement précieux pour les scientifiques qui étudient notre passé cosmique. Malheureusement, leurs noyaux brillants, remplis d’étoiles, peuvent saturer les télescopes qui tentent d’obtenir une vision claire. En tant que tels, ils restent des pièces manquantes du puzzle dans nos cartes de l’Univers.

Pour combler les lacunes de nos cartes, Gaia a sélectionné Omega Centauri, le plus grand amas globulaire visible depuis la Terre et un excellent exemple d’amas « typique ». Plutôt que de se concentrer uniquement sur des étoiles individuelles, comme ce serait généralement le cas, Gaia a activé un mode spécial pour cartographier véritablement une zone de ciel élargie entourant le noyau d’amas à chaque fois que l’amas est visible.

« Dans Omega Centauri, nous avons découvert plus d’un demi-million de nouvelles étoiles que Gaia n’avait jamais vues auparavant – à partir d’un seul amas ! », déclare Katja Weingrill, l’auteure principale du Leibniz-Institute for Astrophysics Potsdam (AIP), en Allemagne, et membre de la collaboration Gaia.

« Il ne s’agit pas seulement de combler les lacunes de notre cartographie, même si cela est précieux en soi », ajoute Alexey Mints, co-auteur et membre de la collaboration Gaia, également de l’AIP. « Nos données nous ont permis de détecter des étoiles trop rapprochées pour être correctement mesurées dans la chaîne de traitement normale de Gaia. Grâce aux nouvelles données, nous pouvons étudier la structure de l’amas, la façon dont les étoiles qui le composent sont réparties, comment elles se déplacent, et bien plus encore, créant ainsi une carte complète à grande échelle d’Omega Centauri. Gaia est utilisée à son plein potentiel : nous avons déployé cet incroyable outil cosmique à sa puissance maximale. »

Cette découverte non seulement atteint mais dépasse en réalité les potentialités prévues de Gaia. L’équipe a utilisé un mode d’observation conçu pour garantir le bon fonctionnement de tous les instruments de Gaia. « Nous ne pensions pas l’utiliser un jour à des fins scientifiques, ce qui rend ce résultat encore plus stimulant », ajoute Katja.

Les nouvelles étoiles révélées dans Omega Centauri marquent l’une des régions les plus encombrées explorées par Gaia jusqu’à présent.

Gaia explore actuellement huit autres régions de cette manière, dont les résultats seront inclus dans le quatrième catalogue de données Gaia. Ces données aideront les astronomes à véritablement comprendre ce qui se passe au sein de ces éléments cosmiques constitutifs, une étape cruciale pour les scientifiques visant à confirmer l’âge de notre galaxie, à localiser son centre, à déterminer si elle a subi des collisions passées, à vérifier comment les étoiles changent tout au long de leur vie, à contraindre nos modèles d’évolution galactique et finalement à déduire l’âge possible de l’Univers lui-même.

À la recherche de lentilles : Gaia, le cosmologiste accidentel

Bien que Gaia n’ait pas été conçu pour la cosmologie, ses nouvelles découvertes explorent les profondeurs de l’Univers lointain, à la recherche d’objets insaisissables et passionnants qui contiennent des indices sur certaines des plus grandes questions de l’humanité sur le cosmos : les lentilles gravitationnelles.

Une lentille gravitationnelle se produit lorsque l’image d’un objet lointain est déformée par une masse importante par exemple une étoile ou une galaxie – située entre nous et l’objet. Cette masse intermédiaire agit comme une loupe géante, ou lentille, qui peut amplifier la luminosité de la lumière et projeter plusieurs images de la source lointaine sur le ciel. Ces configurations curieuses et rares sont visuellement intrigantes et renferment une immense valeur scientifique, révélant des indices uniques sur les tout premiers jours et les habitants de l’Univers.

« Gaia est un véritable chercheur de lentilles », déclare Christine Ducourant, co-auteure du Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux, en France, et membre de la collaboration Gaia. « Grâce à Gaia, nous avons découvert que certains des objets que nous voyons ne sont pas de simples étoiles, même s’ils leur ressemblent. Il s’agit en fait de quasars lentillés très lointains – des noyaux galactiques extrêmement brillants et énergétiques contenant un trou noir. Nous présentons 381 candidats quasars lentillés solides, dont 50 que nous jugeons très probables. C'est une mine d’or pour les cosmologistes, et le plus grand ensemble de candidats jamais publiés en même temps. »

L’équipe a identifié les candidats parmi une longue liste de quasars possibles (y compris ceux du troisième catalogue de données Gaia). Cinq des lentilles possibles sont des croix d’Einstein potentielles, des systèmes de lentilles rares avec quatre images différentes en forme de croix. (Voir 12 configurations de ce type découvertes par Gaia en 2021.)

Trouver des quasars lentillés est un défi. Les images constitutives des lentilles peuvent se regrouper dans le ciel de manière trompeuse, et la plupart sont très éloignées, ce qui les rend peu brillantes et difficiles à repérer.

« Ce qui est formidable avec Gaia, c’est qu’il regarde partout. Cela nous permet de trouver des lentilles sans avoir besoin de savoir où chercher », ajoute Laurent Galluccio; co-auteur de l’Université Côte d’Azur, en France, et membre de la collaboration Gaia. « Avec ce catalogue de données, Gaia est la première mission à réaliser un relevé de lentilles gravitationnelles à haute résolution dans la totalité du ciel. »

L’extension de la mission Gaia à la cosmologie apporte une synergie avec la mission Euclid de l’ESA, récemment lancée dans sa quête d’exploration de l’Univers sombre. Bien que les deux se concentrent sur différentes parties du cosmos – Euclid sur la cartographie de milliards de galaxies, Gaia sur la cartographie de milliards d’étoiles – les quasars lentillés découverts par Gaia peuvent être utilisés pour guider l’exploration future avec Euclid.

Astéroïdes, lumière stellaire empilée et étoiles pulsantes

D’autres articles publiés aujourd’hui offrent un aperçu plus approfondi de l’espace qui nous entoure et des objets divers et parfois mystérieux qui s’y trouvent.

On en dévoile plus sur 156 823 des astéroïdes faisant partie du troisième catalogue de données Gaia (DR3). Le nouvel ensemble de données positionne précisément ces corps rocheux sur près du double de la période précédente, rendant la plupart de leurs orbites (basées uniquement sur les observations de Gaia) 20 fois plus précises. À l’avenir, le quatrième catalogue de données Gaia (DR4) complétera l’ensemble et inclura des comètes, des satellites planétaires et doublera le nombre d’astéroïdes, améliorant ainsi notre connaissance des petits corps dans l’espace proche.

Un autre article cartographie le disque de la Voie lactée en traçant les signaux faibles observés à la lumière des étoiles, de faibles empreintes de gaz et de poussière qui flottent entre les étoiles. L’équipe de Gaia a empilé six millions de spectres pour étudier ces signaux, formant ainsi un ensemble de données incroyablement vaste de caractéristiques faibles qui n’ont jamais été mesurées auparavant dans un échantillon aussi vaste. Nous espérons que l’ensemble de données permettra aux scientifiques de préciser enfin la source de ces signaux, que l’équipe soupçonne être une molécule organique complexe. En savoir plus sur l’origine de ce signal nous aide à étudier les processus physiques et chimiques complexes et entrelacés actifs dans toute notre galaxie, ainsi qu’à mieux comprendre la matière qui se trouve entre les étoiles.

Enfin, et surtout, un article caractérise la dynamique de 10 000 étoiles géantes rouges pulsantes et binaires dans la plus grande base de données de ce type disponible à ce jour. Ces étoiles faisaient partie d’un catalogue de deux millions d’étoiles variables candidates publiées dans le troisième catalogue de données Gaia (DR3) et sont essentielles au calcul des distances cosmiques, à la confirmation des caractéristiques stellaires et à la clarification de la façon dont les étoiles évoluent dans le cosmos. Le nouveau catalogue permet de mieux comprendre comment ces étoiles fascinantes évoluent au fil du temps.

« Ce catalogue de données démontre une fois de plus la valeur vaste et fondamentale de Gaia, même sur des sujets pour lesquels elle n’était pas initialement conçue », déclare Timo Prusti, responsable scientifique de la mission Gaia à l’ESA.

« Bien que son objectif principal soit d’étudier les étoiles, Gaia explore tout, depuis les corps rocheux du système solaire jusqu’aux quasars multi-images situés à des milliards d’années-lumière, bien au-delà des limites de la Voie lactée. La mission fournit un aperçu véritablement unique de l’Univers et des objets qu’il contient, et nous tirons vraiment le meilleur parti de sa large perspective sur le ciel qui nous entoure. »

Les prochaines étapes

Le précédent catalogue de données Gaia, le troisième, a été publié le 13 juin 2022. Il s’agissait de l’étude la plus détaillée de la Voie lactée à ce jour et d’un trésor de données sur d’étranges « tremblements d’étoiles », des étoiles se déplaçant de façon asymétrique, l’ADN stellaire, et bien plus. Le troisième catalogue de données Gaia contenait des détails nouveaux et améliorés sur près de deux milliards d’étoiles de la Voie lactée, ainsi que le plus grand catalogue d’étoiles binaires, des milliers d’objets du système solaire et, plus loin et en dehors de notre galaxie, des millions de galaxies et de quasars.

Le prochain catalogue de données de la mission, le quatrième, n’est pas attendu avant fin 2025. Il s’appuiera à la fois sur le troisième catalogue de données Gaia et sur cette version intermédiaire du produit pour améliorer davantage notre compréhension de la Voie lactée multidimensionnelle. Il affinera notre connaissance des couleurs, des positions et des mouvements des étoiles ; résoudra des systèmes stellaires variables et multiples ; identifiera et caractérisera des quasars et des galaxies ; listera des exoplanètes candidates ; et bien plus.

Restez informé sur le calendrier des catalogues de données Gaia ici.

Notes aux éditeurs

Vous trouverez davantage de détails sur ce catalogue, nommé FPR pour « focused product release », ici : 

• https://www.cosmos.esa.int/web/gaia/fpr
• https://www.cosmos.esa.int/web/gaia/focused-product-release
• https://www.cosmos.esa.int/web/gaia/fpr-papers
• https://www.cosmos.esa.int/web/gaia/fpr-stories

 

Articles comprenant le FPR Gaia :

• 'Gaia Focused Product Release: Sources from Service Interface Function image analysis – half a million new sources in omega Centauri' by Gaia Collaboration, K. Weingrill, et al.
• 'Gaia Focused Product Release: Radial velocity time series of long-period variables' by Gaia Collaboration, M. Trabucchi, et al.
• 'Gaia Focused Product Release: Asteroid orbital solution' by Gaia Collaboration, P. David, et al.
• 'Gaia Focused Product Release: Spatial distribution of two diffuse interstellar bands Gaia Collaboration' by M. Schultheis, et al.
• 'Gaia Focused Product Release: A catalogue of sources around quasars to search for strongly lensed quasars' by Gaia Collaboration, A. Krone-Martins, et al.

 

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