Nº 09-98 - Paris, le 7 avril 1998 [ English Version | Deutsche Version ]
De la vapeur d'eau détectée sur Titan, la plus grande
lune de Saturne, et des galaxies repérées dans
l'infrarouge à des distances considérables figurent parmi
les derniers résultats obtenus par ISO, l'Observatoire
spatial dans l'infrarouge de l'ESA. Lors d'une conférence
de presse tenue à Londres aujourd'hui 7 avril, Roger
Bonnet, Directeur du programme scientifique de l'Agence
spatiale européenne, a déclaré : "ISO est l'un des plus
grands succès en matière d'observatoires spatiaux et,
dans l'infrarouge, il ne connaît pas de rival." Ses
découvertes vont modifier la façon dont nous appréhendons
l'univers.
Les équipes d'exploitation d'ISO basées à la station
sol de l'ESA à Villafranca près de Madrid se sont mises
en quatre pour offrir aux astronomes du monde entier le
plus grand nombre possible d'observations. Elles ont
anticipé longtemps à l'avance l'épuisement de l'hélium
liquide, qui constitue un élément vital d'ISO puisque
c'est lui qui permet au télescope infrarouge et à ses
instruments de fonctionner en les refroidissant à des
températures proches du zéro absolu. Deux semaines après
la mise en orbite d'ISO par un lanceur Ariane 44P le 17
novembre 1995, les éléments externes du système de
refroidissement étaient stabilisés à la température de
fonctionnement. Les spécifications imposaient à ISO une
durée de vie d'au moins dix-huit mois, ce qui signifiait
que son exploitation pourrait prendre fin en mai 1997.
Grâce aux prouesses réalisées par l'industrie européenne
qui a construit le satellite et son télescope refroidi à
très basse température, les astronomes ont pu disposer
d'ISO presque un an de plus. Au cours de cette période
supplémentaire, le nombre d'observations conduites par
ISO sur des objets cosmiques est passé de 16 000 à
environ 26 000. L'exceptionnelle longévité d'ISO a
notamment permis d'examiner une vaste zone du ciel à
l'intérieur et autour de la constellation d'Orion. Ces
observations, qui étaient impossibles au cours de la
mission nominale, ont été conduites en deux phases.
Quatre équipes internationales financées par des
organismes nationaux ont fourni les instruments d'analyse
du rayonnement infrarouge reçu par le télescope d'ISO.
Ces équipes sont dirigées par Dietrich Lemke (Heidelberg,
Allemagne) pour le photomètre polyvalent ISOPHOT,
Catherine Césarsky (Saclay, France) pour la caméra
ISOCAM, Thijs de Graauw (Groningue, Pays-Bas) pour le
spectromètre ondes courtes SWS et Peter Clegg (Londres,
Grande-Bretagne) pour le spectromètre ondes longues LWS.
De la vapeur d'eau sur Titan
Le gros avantage d'ISO par rapport au seul satellite d'astronomie dans l'infrarouge lancé auparavant (IRAS 1983) a été de pouvoir examiner des objets distincts sur une large gamme de longueurs d'onde dans l'infrarouge définie avec précision. Les nombreux spectres représentant des courbes d'intensité aux différentes longueurs d'onde ont permis aux astronomes de déduire la présence de différentes matières dans l'espace interstellaire, à proximité des étoiles et dans d'autres galaxies.
Comme la presse en a déjà été informée, ISO a repéré des matières pierreuses, des composés carbonés et des formations de vapeur et de glace sous forme d'eau et de monoxyde de carbone. Ces découvertes donnent pour la première fois une idée précise de la manière dont sont préparés, à partir des éléments produits par les étoiles, les ingrédients nécessaires à la formation des planètes et à la vie proprement dite.
Parmi les résultats les plus intéressants figure la mise en évidence, à plusieurs reprises par ISO, de la présence d'eau dans le désert que représente à nos yeux l'espace interstellaire. Cette découverte permet d'envisager d'autres formes de vie dans l'univers. De l'eau s'est formée autour d'étoiles en fin de vie, à proximité d'étoiles jeunes, dans l'espace interstellaire, dans l'atmosphère des planètes supérieures et dans d'autres galaxies. Or, on peut établir un lien entre cette eau et celle des océans et des rivières que nous connaissons sur notre planète puisque l'on sait depuis longtemps que la glace est l'un des principaux éléments constitutifs des comètes, dont l'origine remonte à l'époque de la formation des planètes.
Autre lien susceptible d'expliciter les origines de la vie, il semble qu'ISO ait détecté de la vapeur d'eau dans l'atmosphère mystérieuse qui entoure Titan, la plus grande lune de Saturne. Une première annonce en ce sens a été faite par une équipe internationale placée sous la conduite d'Athena Coustenis de l'Observatoire de Paris et d'Alberto Salama travaillant au Centre des opérations scientifiques d'ISO à Villafranca.
L'équipe s'est servie du spectromètre ondes courtes d'ISO pendant plusieurs heures au mois de décembre dernier pour observer Titan alors qu'il se trouvait à son point le plus éloigné de Saturne par rapport à ISO. Les scientifiques ont détecté des émissions dans des longueurs d'ondes de 39 et 44 microns, ce qui paraît correspondre à la présence de vapeur d'eau. Cette nouvelle ne manquera pas de susciter un vif intérêt parmi les chercheurs qui travaillent sur la sonde Huygens de l'ESA lancée l'année dernière à bord du satellite Cassini de la NASA. Accrochée à un parachute, elle va être larguée dans l'atmosphère de Titan afin d'observer ce qu'aurait pu être la chimie de la Terre avant l'apparition de la vie.
"La présence de vapeur d'eau augmente beaucoup l'intérêt
de Titan", déclare Athena Coustenis. "Nous savions que
l'atmosphère de Titan contenait du monoxyde et du dioxyde
de carbone et nous espérions donc y trouver également de
la vapeur d'eau. Maintenant que nous pensons en avoir
découvert, nous pouvons espérer mieux comprendre la
chimie organique dont Titan est le siège, ainsi que
l'origine de l'oxygène dans le système saturnien. Après
ISO, la sonde Huygens nous montrera quel est le degré
réel de complexité qui caractérise ce mélange de
molécules organiques élaborées qui ressemble étroitement à la soupe primitive qu'a connu la Terre lors de sa formation."
Un ballet de jeunes étoiles
Les spectaculaires images prises dans l'infrarouge dans la zone de formation
des étoiles de la constellation d'Orion à une distance d'environ
1500 années-lumière ont été obtenues grâce
à la prolongation de la mission ISO.
Dans la nébuleuse de la Tête de cheval, l'observation
dans le visible nous montre un grand nuage de poussières
sombre duquel émerge une volute noire ayant la forme
d'une tête de cheval se détachant sur un nuage de gaz
lumineux. Lorsqu'on observe cette même zone avec la
caméra ISOCAM, les zones sombres du nuage de poussières
se présentent sous la forme de filaments brillants et la
tête de cheval disparaît presque complètement. Des
étoiles jeunes ont été détectées au niveau du front
ainsi, que dans la nébuleuse proche NGC 2023.
Parmi les autres nébuleuses bien connues de cette région figurent NGC 2068 et NGC 2071. Les émissions produites par des composés carbonés (hydrocarbures polycycliques aromatiques (HPA)) donnent dans l'infrarouge une image spectaculaire des nébuleuses avec la caméra ISOCAM. Grâce à la sensibilité de cet instrument et au fait que les rayonnements infrarouges pénètrent plus facilement un nuage de poussières que la lumière visible, un ballet de jeunes étoiles apparaît sous forme de points au centre de ces deux nébuleuses. Ce n'est pas une surprise car les zones de poussières denses dénommées nuages moléculaires sont souvent le lieu d'éclosion de nouvelles étoiles, mais la caméra ISOCAM repousse les limites de détection des objets cosmiques les moins lumineux.
"Nous avons utilisé ISOCAM pour recenser des familles d'étoiles jeunes" déclarent Lennart Nordh et Göran Olofsson de l'Université de Stockholm, qui dirigent une équipe d'astronomes venant de Suède, de France, d'Italie, de Grande-Bretagne et de l'ESA. "En comparant les valeurs d'intensité d'objets ponctuels obtenues à différentes longueurs d'ondes dans l'infrarouge, nous pouvons isoler avec certitude l'ensemble des étoiles jeunes encore présentes dans les nuages moléculaires dont elles sont issues."
En étudiant les premières observations par ISO de quatre
nuages de matière interstellaire, les astronomes ont pu
détecter de petites étoiles en formation. "Nous avons
identifié à ce jour près de 300 étoiles jeunes, dont
nombre d'entre elles n'avaient jamais encore été
repérées", déclarent Nordh et Olofsson. "La plupart de
ces objets ont une luminosité dix à cent fois plus faible
que celle des observations antérieures. Il ressort de nos
analyses préliminaires qu'au moins 10 % des étoiles
jeunes incluses dans leur nuage deviendront des naines
brunes ou de super-planètes isolées d'une masse
inférieure au dixième de celle du Soleil".
Collisions de galaxies
Certaines galaxies présentent un éclat inhabituel dans
l'infrarouge en raison d'accidents cosmiques qui se
traduisent par des collisions avec d'autres galaxies. Il
en résulte une flambée de formation d'étoiles à durée de
vie courte. Ce phénomène crée un voile de poussières
chaudes qu'ISO peut observer dans l'infrarouge. Les
mesures d'intensité relatives aux différentes longueurs
d'ondes permettent aux astronomes de distinguer les
flambées d'étoiles d'autres sources de fort rayonnement
infrarouge, comme l'environnement d'un trou noir dans le
noyau d'une galaxie. Les collisions et les flambées
d'étoiles jouent un rôle important dans l'évolution des
galaxies.
L'une des premières observations réalisées par ISO a porté sur un couple célèbre de galaxies en collision dénommé les Antennes. L'étude en continu de ce phénomène au cours des deux dernières années a fait clairement apparaître une flambée d'étoiles située précisément au point d'intersection des disques denses des galaxies. On a également pu distinguer parfaitement le noyau des deux galaxies.
Centaurus A est une galaxie qui a tout d'abord attiré l'attention des astronomes par l'intensité de ses émissions radio. Observée dans le visible, elle se présente sous la forme d'une grande galaxie ronde (elliptique) barrée d'une bande sombre. Cette dernière s'est également avérée être le résultat d'une collision galactique. Il s'agit en fait d'une galaxie en forme de disque aplati dont on ne voit pratiquement que la tranche. Centaurus A est l'exemple le plus proche de nous d'un phénomène observé ailleurs dans l'univers par ISO, dans lequel une galaxie discoïde fusionne avec une galaxie elliptique tout en conservant sa configuration aplatie.
ISOCAM fournit une image de Centaurus A dans laquelle la galaxie discoïde est l'objet le plus intéressant. L'orientation du disque apparaît clairement : il est perpendiculaire à l'axe des émissions radio, qui sont provoquées par des jets d'électrons propulsés par un trou noir situé au centre de la galaxie. La forte activité détectée par le spectromètre ondes courtes d'ISO signale également la présence d'un trou noir actif.
"Centaurus A illustre la magie d'ISO" déclare Catherine Césarsky du CEA Saclay, France, responsable de l'équipe en charge de l'instrument ISOCAM. "ISO transforme des nuages opaques dans le visible en scènes lumineuses dans l'infrarouge. Il fait de même avec les nuages de poussières qui masquent les étoiles à leur naissance et, à une échelle gigantesque, avec les galaxies entourées de nuages de poussières où se produisent des flambées de formation d'étoiles ; dans le rayonnement infrarouge, elles deviennent des repères lumineux qui balisent notre route jusqu'au plus profond de l'univers."
Des galaxies lointaines observées à travers les trous de l'univers
Lorsqu'ISO a été lancé, les astronomes avaient notamment l'espoir de pouvoir détecter des galaxies rendues lumineuses par des flambées d'étoiles ou par l'activité de trous noirs, dans des régions situées à des distances considérables, ce qui équivalait à remonter très loin dans le passé. Or, la poussière présente dans notre propre galaxie, la Voie lactée, nous empêche généralement de voir les galaxies les plus lointaines et les moins lumineuses. Toutefois, en effectuant des observations vers le nord et vers le sud, perpendiculairement au disque de la Voie lactée, les astronomes découvrent des trous dans les nuages de poussières à travers lesquels ils peuvent observer des galaxies lointaines.
Pour ISO comme pour le télescope spatial, ces trous ont été considérés comme des cibles privilégiées pour les observations à longue durée d'exposition afin de mettre en évidence des galaxies faiblement lumineuses. Les résultats obtenus par une équipe placée sous la conduite de responsables japonais en pointant la caméra ISOCAM sur le trou nord ont été communiqués l'année dernière dans une note d'information ESA (25.97) et sous forme d'images (ESA/ISO 97:8/1). Ils témoignent de la présence de nombreuses galaxies détectables dans l'infrarouge à des milliards d'années lumière, à une époque correspondant à environ la moitié de l'âge actuel de l'univers. Il est possible que les observations d'ISO révèlent des galaxies encore plus lointaines et plus anciennes et même certains objets qui n'ont jamais encore été observés dans le visible.
Les résultats communiqués à la conférence de presse de Londres sur ISO comprennent des observations dans l'espace lointain réalisés par des groupes d'astronomes sous la conduite de Catherine Césarsky du CEA Saclay et de Michael Rowan Robinson de l'Imperial College, Londres, qui ont analysé respectivement les images obtenues en direction du nord et du sud. Vers le nord, si l'on superpose les observations ISOCAM à une image prise par Hubble dans la même zone, on découvre des galaxies spirales qui connaissent des flambées d'étoiles. On trouve également de grandes galaxies elliptiques dont les émissions dans le visible ont été décalées vers l'infrarouge du fait de l'expansion de l'univers. Les astronomes estiment que certains des objets détectés par ISOCAM sont à une distance telle que l'univers n'avait que le tiers de son âge actuel lorsqu'ils ont émis les rayonnements que l'on observe aujourd'hui.
Les premières images d'ISO prises dans l'espace lointain en direction du sud montrent des objets similaires situés également à des distances considérables. Une première analyse indique la présence de trente à quarante galaxies lointaines dans une longueur d'onde de 7 microns et 22 à 30 autres à 15 microns. On a également découvert une intéressante source de rayonnement infrarouge indétectable dans le visible, même par une observation prolongée au moyen du télescope de 4 mètres CTIO au Chili (A. Walker). Les astronomes pensent qu'il pourrait s'agir d'un objet subissant un épisode particulièrement violent de formation d'étoiles. Cette interprétation pourra être vérifiée lorsque Hubble et d'autres télescopes auront la possibilité d'observer cette scène.
Outre le fait qu'ils mettent en lumière l'évolution des galaxies, les résultats obtenus par ISO dans l'espace lointain sont encourageants pour les scientifiques qui travaillent sur un autre projet d'astronomie spatiale de l'ESA dénommé FIRST. Avec des longueurs d'ondes supérieures, il pénétrera encore plus profondément dans l'inconnu.
Des découvertes non-stop
La durée de vie d'ISO plus longue que prévue n'est pas le seul élément qui ait contribué à faire de cette mission une réussite éclatante pour l'ESA, l'industrie européenne et les responsables de son exploitation. La précision de pointage du télescope s'est avérée dix fois supérieure aux spécifications et son instabilité n'a atteint que le cinquième du niveau jugé admissible. La lumière parasite à l'intérieur du système optique a été trop faible pour être mesurable. Les méthodes de planification ont permis d'effectuer des observations scientifiques pendant 90 à 95 % du temps disponible. La plupart du temps résiduel, pendant lequel ISO a été orienté sur de nouvelles cibles, a été utilisé pour cartographier certaines régions du ciel à une longueur d'onde de 200 microns.
Les activités relatives à ISO se poursuivront à la station sol de Villafranca jusqu'en 2001, bien après l'achèvement de la phase d'observation de la mission. Au cours des opérations spatiales, le principal objectif était de réaliser un nombre d'observations aussi élevé que possible. L'analyse détaillée et l'interprétation des résultats prendront plusieurs années.
"Nous avons encore du pain sur la planche" déclare Martin
Kessler, responsable scientifique du projet ISO à l'ESA.
"Notre équipe prépare actuellement à Villafranca des
archives complètes des données ISO sur 500 à 1000 disques
compacts après un nouveau traitement au moyen d'un
logiciel amélioré. Nous diffuserons une partie de ces
archives auprès de la communauté astronomique mondiale
l'automne prochain et le reste en 1999. Nous allons
également conseiller les astronomes qui ont utilisé ISO
sur les exigences particulières de traitement des données
de chaque instrument et nous allons effectuer nous-mêmes
certaines recherches en astronomie. En effet, ISO est
loin d'avoir fourni tous ses résultats".
Les spécialistes européens de l'astronomie dans
l'infrarouge préparent déjà activement les missions FIRST
et Planck de l'ESA, qui doivent être lancées au début du
siècle prochain. FIRST servira à détecter les ondes
longues dans l'infrarouge dans la gamme submillimétrique,
tandis que Planck établira une cartographie du fond
cosmique dans les hyperfréquences avec une précision
nettement supérieure à celle de la mission COBE de la
NASA afin de mettre en évidence les agrégats de matière
qui ont donné naissance aux galaxies. L'ESA étudie
également la possibilité de conduire une mission
d'interférométrie utilisant une combinaison de télescopes
dans l'infrarouge. Elle pourrait en principe permettre
l'observation et la caractérisation de planètes en orbite
autour d'autres étoiles.
Pendant ce temps, le programme européen d'astronomie
spatiale se poursuit à un rythme soutenu dans d'autres
domaines. La participation de l'ESA au télescope spatial
Hubble et à son éventuel successeur assure l'accès des
astronomes européens à ces instruments remarquables. La
publication en 1997 des catalogues de la mission
Hipparcos de l'ESA, qui a procédé à une cartographie
inédite du ciel, a fourni à tous les astronomes des
données d'une précision exceptionnelle pour déterminer la
position des étoiles et cartographier l'univers. L'année
prochaine verra le lancement du satellite XMM de l'ESA,
qui observera les rayonnements X en provenance de
l'univers à l'aide des télescopes à rayons X les plus
ingénieux et les plus sensibles jamais réalisés. Il sera
suivi en 2001 par Integral, qui étudiera le rayonnement
cosmique gamma à l'aide de systèmes d'imagerie
sophistiqués dénommés masques codés et de détecteurs
ultra-sensibles.
"Notre objectif en astronomie spatiale est que chaque
mission de l'ESA soit la meilleure du monde au moment de
son lancement" déclare Roger Bonnet, Directeur du
programme scientifique de l'ESA. "ISO en est un brillant
exemple. Ce satellite a révolutionné l'astronomie dans
l'infrarouge. Il nous a fourni de précieux enseignements
sur certaines zones froides et invisibles de l'univers et
sur les origines de l'eau et d'autres matières sans
lesquelles nous n'existerions pas. L'Europe n'a pu mener
à bien une mission d'une telle ampleur et d'une telle
complexité que par une coopération multinationale
coordonnée par l'ESA."
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associées à cette note d'information.
Consultez les résultats d'ISO sur Internet
Un accès direct aux informations sur ISO et aux résultats obtenus, qui incluent une galerie d'images, est possible via Internet
L'équipe ISO de l'ESA a également préparé à l'intention des journalistes un disque compact contenant les mêmes informations que le site Internet, ainsi que celles qui ont été publiées précédemment au sujet d'ISO et des résultats de la mission.
Pour de plus amples informations, veuillez contacter :
ESA, Division de la communication
Tél. : +33.(0)1.53.69.71.55
Télécopie : +33.(0)1.53.69.76.90