Le télescope spatial Gaia fait basculer la science des astéroïdes

La mission spatiale Gaia de l’Agence spatiale européenne ESA construit une carte tridimensionnelle ultraprécise de notre galaxie, la Voie lactée, en observant près de deux milliards d’étoiles, soit environ un pour cent de toutes les étoiles de notre galaxie. Gaia a été lancé en décembre 2013 et a collecté des données scientifiques à partir de juillet 2014. Le lundi 13 juin, l’ESA a publié les données Gaia dans Data Release 3 (DR3). Des chercheurs finlandais ont été fortement impliqués dans la libération.

Les données de Gaia permettent, par exemple, de dériver les orbites et les propriétés physiques des astéroïdes et des exoplanètes. Les données aident à dévoiler l’origine et l’évolution future du système solaire et de la voie lactée et aident à comprendre l’évolution du système stellaire et planétaire et notre place dans le cosmos.

Gaia tourne lentement autour de son axe en environ six heures et est composée de deux télescopes spatiaux optiques. Trois instruments scientifiques permettent une détermination précise des positions et des vitesses stellaires ainsi que des propriétés spectrales. Gaia réside à environ 1,5 million de kilomètres de la Terre dans la direction anti-Soleil, où elle orbite autour du Soleil avec la Terre à proximité du soi-disant point Soleil-Terre de Lagrange L2.

Gaia DR3 le 13 juin 2022 était significatif dans toute l’astronomie. Une cinquantaine d’articles scientifiques sont publiés avec DR3, dont neuf articles ont été consacrés à souligner le potentiel exceptionnellement important de DR3 pour les recherches futures.

Les nouvelles données DR3 comprennent, par exemple, les compositions chimiques, les températures, les couleurs, les masses, les luminosités, les âges et les vitesses radiales des étoiles. DR3 comprend le plus grand catalogue d’étoiles binaires jamais créé pour la Voie lactée, plus de 150 000 objets du système solaire, principalement des astéroïdes mais aussi des satellites planétaires, ainsi que des millions de galaxies et de quasars au-delà de la Voie lactée.

“Il y a tellement d’avancées révolutionnaires qu’il est difficile d’identifier une seule avancée la plus significative. Sur la base de Gaia DR3, des chercheurs finlandais vont changer la conception des astéroïdes de notre système solaire, des exoplanètes et des étoiles de notre galaxie de la Voie lactée, ainsi que des galaxies. eux-mêmes, y compris la Voie lactée et ses galaxies satellites environnantes. De retour sur notre planète, Gaia produira un cadre de référence ultraprécis pour la navigation et le positionnement », a déclaré le professeur de l’Académie Karri Muinonen de l’Université d’Helsinki.

Gaïa et les astéroïdes

L’augmentation par dix du nombre d’astéroïdes signalés dans Gaia DR3 par rapport à DR2 signifie qu’il y a une augmentation significative du nombre de rencontres rapprochées entre les astéroïdes détectés par Gaia. Ces rencontres rapprochées peuvent être utilisées pour l’estimation de la masse des astéroïdes et nous prévoyons une augmentation significative du nombre de masses d’astéroïdes à dériver en utilisant l’astrométrie Gaia DR3, en particulier, lorsqu’elle est combinée avec l’astrométrie obtenue par d’autres télescopes.

Dans le calcul conventionnel de l’orbite d’un astéroïde, l’astéroïde est supposé être un objet ponctuel et sa taille, sa forme, sa rotation et ses propriétés de diffusion de la lumière de surface ne sont pas prises en compte. L’astrométrie Gaia DR3 est cependant si précise que le décalage angulaire entre le centre de masse de l’astéroïde et le centre de la zone éclairée par le Soleil et visible par Gaia doit être pris en compte. Basé sur Gaia DR3, le décalage a été certifié pour l’astéroïde (21) Lutetia (Figure 2). La mission spatiale Rosetta de l’ESA a imagé Lutetia lors du survol du 10 juillet 2010. Avec l’aide de l’imagerie Rosetta Lutetia et des observations astronomiques au sol, une période de rotation, une orientation des pôles de rotation et un modèle de forme détaillé ont été dérivés. Lorsque la modélisation physique est intégrée au calcul d’orbite, les erreurs systématiques sont supprimées et, contrairement au calcul classique, toutes les observations peuvent être intégrées à la solution d’orbite. Par conséquent, l’astrométrie Gaia fournit des informations sur les propriétés physiques des astéroïdes. Ces propriétés doivent être prises en compte à l’aide de modèles physiques ou de modèles d’erreurs empiriques pour l’astrométrie.

Le Gaia DR3 inclut, pour la première fois, des observations spectrales. Le spectre mesure la couleur de la cible, c’est-à-dire la luminosité à différentes longueurs d’onde. Une caractéristique particulièrement intéressante est que la nouvelle version contient environ 60 000 spectres d’astéroïdes de notre système solaire (Figure 3). Le spectre des astéroïdes contient des informations sur leur composition et donc sur leur origine et l’évolution de l’ensemble du système solaire. Avant le Gaia DR3, il n’y avait que quelques milliers de spectres d’astéroïdes disponibles, donc Gaia multipliera la quantité de données par plus d’un ordre de grandeur.

Gaïa et les exoplanètes

Gaia devrait détecter jusqu’à 20 000 exoplanètes géantes en mesurant leur effet gravitationnel sur le mouvement de leurs étoiles hôtes. Cela permettra de trouver pratiquement toutes les exoplanètes de type Jupiter dans le voisinage solaire au cours des prochaines années et de déterminer la fréquence des architectures de type système solaire. La première détection astrométrique de Gaia était une exoplanète géante autour d’epsilon Indi A, qui correspond à l’exoplanète de type Jupiter la plus proche à seulement 12 années-lumière. Les premières détections de ce type sont possibles car l’accélération observée dans les levés de vitesse radiale peut être combinée avec les données de mouvement de Gaia pour déterminer les orbites et les masses planétaires.

Gaïa et les galaxies

La résolution à la microseconde d’arc de Gaia DR3 fournit des mesures précises des mouvements des étoiles, non seulement dans notre propre galaxie, la Voie lactée, mais aussi pour les nombreuses galaxies satellites qui l’entourent. À partir du mouvement des étoiles dans la Voie lactée elle-même, nous pouvons mesurer avec précision sa masse, et avec le mouvement propre des satellites, nous pouvons maintenant déterminer avec précision leurs orbites. Cela nous permet de regarder à la fois dans le passé et dans l’avenir du système galactique de la Voie lactée. Par exemple, nous pouvons savoir lesquelles des galaxies qui entourent la Voie lactée sont de vrais satellites et lesquelles ne font que passer. Nous pouvons également étudier si l’évolution de la Voie lactée est conforme aux modèles cosmologiques, et en particulier, si les orbites des satellites correspondent au modèle standard de la matière noire.

Gaïa et cadres de référence

Le référentiel céleste international, ICRF3, est basé sur la position de quelques milliers de quasars déterminée par interférométrie à très longue base (VLBI) aux longueurs d’onde radio. ICRF3 est utilisé pour obtenir les coordonnées des objets célestes et pour déterminer les orbites des satellites. Les quasars de l’ICRF3 sont également des points fixes sur le ciel qui peuvent être utilisés pour déterminer à tout moment l’orientation précise de la Terre dans l’espace. Sans ces informations, par exemple, le positionnement par satellite ne fonctionnerait pas.

Les données de Gaia contiennent environ 1,6 million de quasars, qui peuvent être utilisés pour créer un cadre de référence céleste plus précis en lumière visible en remplacement de l’actuel. À l’avenir, cela aura un impact sur la précision du positionnement des satellites et des mesures des satellites d’exploration de la Terre.