Le télescope Gaia, un cartographe du ciel et un archéologue galactique

L'aventure commence pour le télescope spatial Gaia. Il a été lancé, jeudi 19 décembre, depuis la base de Kourou, en Guyane, à bord d'une fusée Soyouz. Construit à Toulouse par Astrium, pour l'Agence spatiale européenne (ESA), il va réaliser une carte du ciel, en trois dimensions.

Pour mener sa mission à bien, Gaia va se placer sur une orbite elliptique à 1,5 million de kilomètres de la Terre, pendant cinq ans. Lors de cette période, l'ensemble du ciel doit être balayé une dizaine de fois et certains astres seront photographiés à 70 reprises. Francetv info détaille les enjeux de la mission du télescope spatial le plus évolué jamais réalisé en Europe.

Répertorier 1 milliard d'étoiles

Gaia reprend le flambeau de la mission Hipparcos, lancée en 1989. Ce télescope avait déjà fait un relevé du ciel, avec une précision déjà 10 à 100 fois plus grande que ses prédécesseurs. Au total, il avait répertorié 120 000 étoiles contre seulement 1 200 auparavant. Avec Gaia, le bond est encore plus impressionnant : il doit recenser près d'un milliard d'étoiles de la Voie Lactée. C'est une goutte d'eau dans les 250 milliards d'étoiles que compte notre galaxie mais cela va permettre de capter toutes celles qui sont visibles dans notre ciel.

Le satellite pourra repérer des objets dont la brillance est 400 000 fois plus faible que ceux visibles à l'œil nu. Et sa précision est 100 fois supérieure à la mission Hipparcos. Elle serait telle que, sur Terre, il pourrait observer un cheveu parisien depuis Rome (Italie) se félicite le Centre national des études spatiales (Cnes).

Le volume de données recueillies sera monumental. Leur stockage et leur traitement représentent un défi majeur pour cette mission. Au total, Gaia va ramener plus d'un pétaoctet de data. Cela représente 1 milliard de mégaoctets, la capacité de 250 000 DVD, ou encore l'équivalent de 2 000 ans de musique, a précisé Véronique Valette, chef de projet Gaia au Cnes.

Dresser une carte en 3D

L'autre principal objectif de cette mission est de réaliser une cartographie en trois dimensions, en relevant la distance entre les étoiles. Il s'agit donc d'astrométrie, et non pas d'une mission d'observation, comme pour le télescope Hubble. 

Etablir une carte en 3D est une première. Pour l'instant, "la galaxie, on la voit par la tranche, donc on voit un gros disque, une grosse patate étalée où tout est empilé, explique Olivier La Marle, astrophysicien au Cnes et coordinateur des programmes d'astronomie dans cet entretien avec des internautes. La galaxie a une structure en 3D avec des bras spiraux assez complexes, et on ne le voit pas. Pour reconstituer cette structure en 3D, il faut les distances", poursuit le chercheur.

Jusqu'ici nous savons que la Terre se situe dans notre système solaire, qui lui-même se trouve dans le bras d'Orion, l'un des multiples bras de notre galaxie qui a une forme de spirale. Nous nous situons dans la banlieue de la Voie Lactée : elle a un rayon d'une longueur de 50 000 années-lumière, et nous sommes à 27 000 années-lumière de son centre. Nous le représentons ainsi.

Retracer la vie de la Voie Lactée

Les scientifiques parlent d'"archéologie galactique". "Avec Gaia, on va tenter de remonter jusqu'à l'origine de notre galaxie, il y a environ 10 milliards d'années, de définir comment elle s'est formée, et comment elle a évolué jusqu'à maintenant", explique Olivier La Marle à francetv info. "La Voie Lactée a évolué au fil des différentes absorptions d'étoiles en aspirant ou rencontrant des galaxies voisines".

Techniquement, il s'agit donc de retrouver "les signatures fossiles des accrétions". Autrement dit, des traces de ces mélanges qui ressemblent au phénomène qui survient lorsque deux cours d'eau se rencontrent. Il s'agit donc de trouver des "courants d'étoiles" qui se sont dilués depuis. Grâce à nombreuses photos successives des étoiles, "on va déterminer leurs vitesses, leurs couleurs, leurs températures, leurs âges", et ainsi reconstituer l'historique, raconte Olivier La Marle. 

"Notre galaxie se caractérise, entre autres, par un bulbe au centre, un disque principal où la densité d'étoiles est assez importante, et un halo où cette densité est plus faible", détaille le spécialiste. "Au départ, elle n'avait pas cette forme. D'ailleurs, nous pensons qu'à l'origine, toutes les galaxies étaient assez informes", relève Olivier La Marle. Voici la simulation de la formation d'une galaxie en spirale, réalisée par une équipe de l'université de Zürich, en 2011.

Refaire cette chronologie va permettre d'affiner le modèle actuellement dominant dans le scénario de formation des galaxies, dit "de matière noire froide". Par exemple, nous observons actuellement que la vitesse de rotation des galaxies est supérieure à celle qui est établie par les calculs théoriques. Cela serait dû à la matière noire, une masse mystérieuse qui formerait 25% du cosmos.

Découvrir des milliers de nouvelles exoplanètes

Ce n'est pas sa mission initiale. Mais en balayant le ciel, Gaia va repérer d'autres corps célestes. Le télescope devrait ainsi détecter 300 000 astéroïdes ; 1 000 à 2 000 céphéides ; des étoiles géantes dont l'éclat varie de manière extrêmement régulière ; près de 500 000 quasars, des astres d'apparence stellaire qui émettent davantage d'ondes hertziennes que les galaxies ; des milliers de naines brunes, de mystérieuses étoiles qui ne se sont jamais allumées.

Les scientifiques espèrent également découvrir entre 10 000 et 20 000 nouvelles exoplanètes, c'est-à-dire des planètes situées en dehors de notre système solaire. Un chiffre impressionnant car pour l'instant, on recense 3 538 exoplanètes potentielles, et seulement 833 confirmées.

Gaia ne va pas observer directement ces nouvelles exoplanètes mais il va pouvoir les localiser. En enregistrant le positionnement des étoiles, il va observer leurs éventuelles oscillations, signes révélant l'existence d'une ou plusieurs exoplanètes. Celles-ci sont devenues un champ de recherches capital car leurs découvertes se multiplient et pourtant les scientifiques n'ont pas encore trouvé d'exoplanètes similaires à la Terre.