GAIA, cartographier la Voie Lactée

GAIA, cartographier la Voie Lactée

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Sixième pierre angulaire du programme scientifique Horizon 2000 de l'agence spatiale européenne, Gaia (à l'origine de l'acronyme de Global Astrometric Interferometer for Astrophysics) est une mission d'astrométrie qui a pour objectif de cartographier notre Voie Lactée en définissant la distance d'un milliard d'astres par rapport à notre planète. Elle les localisera avec une précision allant de 7 µas (micro arc-seconde) pour les objets les plus lumineux (magnitude 1 2) à 300 µas pour les moins lumineux dont la magnitude est de 20. A titre d'exemple, 24 µas correspondent à l'épaisseur d'un cheveu vu à 1 000 km! Gaia est le digne successeur d'hipparcos. Dans les années 90, cette mission avait permis de réaliser une cartographie précise de 11 8 21 8 étoiles proches avec une précision 1 0 à 1 00 fois plus grande que ce qui avait été fait jusqu'alors depuis le sol. De la mission a découlé deux catalogues que l'esa a rendus public en juin 1 997. Le catalogue Hipparcos et le catalogue Tycho, moins précis mais portant sur plus de 2,5 millions d étoiles. Avec Gaia, les astronomes souhaitent atteindre une précision 1 00 fois supérieure pour une quantité d'astres 1 0 000 fois plus grande pendant une mission qui devrait se prolonger pendant au moins 5 ans. Gaia ne se limitera pas à compter les étoiles et mesurer leur distance par rapport à notre planète. Grâce aux données obtenues, les astronomes espèrent mieux appréhender la formation et la vie des étoiles au cœur des galaxies et la dynamique de leur formation. Il devrait également être d'une aide précieuse dans la compréhension de la matière noire, notamment en identifiant les traces de perturbation gravitationnelle provoquées par celle-ci. Gaia pourrait apporter sa contribution à la recherche des exoplanètes en utilisant la méthode du transit qui consiste à détecter une diminution de la luminosité d'une étoile lors du passage d'une planète entre son étoile et Gaia. La physique fondamentale ne sera pas en reste puisqu'elle pourra, elle aussi, profiter des résultats obtenus. La mesure de la courbure des rayons lumineux par effet gravitationnel sera effectuée avec une précision inégalée, permettant d'affiner les paramètres de la théorie de la Relativité Générale élaborée par Albert Einstein élaborée au début du XXème siècle. DATE CLES DU PROGRAMME 09/2000: Approbation de la mission Gaia pour succéder à Hipparcos. Elle devient la 6ème Pierre Angulaire du programme Horizons 2000. 05/2002: Une réduction budgétaire impose une nouvelle architecture pour Gaia réduisant sa masse, ce qui permet le lancement par une fusée Soyuz moins chère. 03/2004: Début de la phase de définition du projet et association avec l'agence spatiale française CNES. 02/2006: EADS est choisi comme industriel pour construire le satellite. 1 9/1 2/201 3: Lancement par une fusée Soyuz depuis la Guyane. 01 /201 4: Arrivée sur une orbite de type Lissajous autour du point L2, de 340 000 x 90 000 km, avec une période de 1 80 jours. Photo ESA 4

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Gaia est un projet de l'agence spatiale européenne qui en est le maître d'oeuvre. En 2006, elle s'électionne l'industriel français Astrium pour la construction du satellite avec la participation de plus de 50 entreprises à travers l'europe. Seize pays ont collaboré au projet dont les Etats-Unis. 6

DIMENSIONS Diamètre non déployé: 3,8 m Diamètre déployé: 1 0 m Hauteur: 4,4 m MASSE Au décollage: 2 034 kg A sec: 1 695 kg STABILISATION Triaxiale PROPULSION Propulsion assurée par 8 moteurs fournissant chacun une poussée variant entre 6 et 1 2,5 N. La position du satellite sur son orbite est maintenue grâce à 4 micro-propulseurs délivrant une poussée unitaire de 1 à 500 micronewton. DUREE DE VIE Optimale: de 5 ans PUISSANCE Puissance de 2 300 kw fournie par 8 panneaux solaires couvrant une superficie de 1 2,8 m² COMMUNICATIONS Contrôlé depuis l'esoc à Darmstadt en Allemagne via les stations de poursuite Cebreros (Espagne) et Perth (Australie). Les données récoltées seront, quant à elles, analysées depuis l'european Space Astronomy Centre à Villafranca en Espagne COÛT Le coût de la mission s'élève à 740 millions hors analyse des données qui reste à la charge des États membres. Photo CNES 7

La charge utile de Gaia comprend deux télescopes et trois instruments logés à l'intérieur du dôme positionnés sur le sommet du satellite. Les télescopes sont fabriqués en carbure de silicium constitué d'un miroir concave principal de 1,45 x,5 m, de deux miroirs secondaires et d'un un combinateur de faisceaux. Chaque télescope offre une distance focale de 35 m. Ils observent dans deux directions différentes formant un angle de 1 06,5. Les images capturées par le miroir principal sont combinées au niveau du quatrième miroir puis réfléchies par deux miroirs communs. Les images sont ensuite réfléchies vers le plan focal commun de 1,0 0,5 m. Ce dernier est construit autour de 1 06 capteurs CCD de 4500 1 966 pixels. Module de la charge utile Antenne á haut gain A: Entré du faiseau de lumière M1,M2 et M3: Miroirs du télescope 1 M'1, M'2 et M'3: Miroirs du télescope 2 Miroirs non visibles: M4, M'4, M5; M6 1 : Banc optique 2: Electronique plan focal 3: Plan focal et radiateur 4: Réservoirs d'azote 5: Spectromètre de Vitesse Radiale. 6 Réservoirs d'ergols liquides 7 Viseurs d'étoile 8 Électronique télécoms, batteries... 9 Propulsion principale 8 Bouclier solaire déployable Panneaux solaires déployables Photo Lapline/Wikipedia Photo ESA/Medialab

Gaia est équipé de trois instruments qui collectent les images provenant des télescopes. Chacun d entre eux utilise un ensemble de détecteurs type Dispositifs à Transfert de Charge. Combinés, ils permettent de créer une image contenant 1 milliard de pixels couvrant une superficie d environ 0,38 m². ASTRO (Astrometric instrument) Il mesure la position angulaire des étoiles de magnitude allant de 5,7 à 20. Avec ses données, il sera possible de déterminer la distance et la vitesse de déplacement pour une étoile donnée. Tente thermique RP/BP (Red Photometric/ Blue Photometric instrument) Il fournit des données sur la composition chimique, la masse et la température à l'aide d'un instrument photométrique travaillant dans les longueurs d onde bleue et rouge du spectre optique. RVS (Radial-Velocity Spectrometer ) Module de la charge utile Il détermine la vitesse de déplacement des étoiles dont la magnitude apparente inférieure à 1 7 en mesurant l effet Doppler dans le proche infrarouge le long de la ligne de visée des télescopes. Module de service Système de propulsion Panneaux solaires fixes 9

Gaia va dresser une carte en 3 dimensions d'une partie de notre galaxie baptisée Voie Lactée. Elle doit son nom à son apparence dans le ciel qui ressemble à une longue trainée blanchâtre. Elle a la forme d'une galaxie spirale barrée qui s'étend sur une distance de 70 à 1 00 000 années-lumière. Les astronomes estiment son âge à environ 1 3,2 milliards d'années, soit approximativement l'âge de notre Univers. Selon un consensus largement accepté, elle contiendrait entre 200 et 400 milliards d'étoiles d'âges divers. En son centre, on y trouve un Trou Noir super massif dont la masse estimée avoisine 4 millions de fois celle du Soleil. Photo Nasa Photo Nasa Photo ESO/S. Brunier 10

Photo Nasa/JPL Caltech/R. Hurt Photo Nasa 11