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Catherine TURON Observatoire de Paris- Meudon DASGAL / UMR CNRS 8633 Oser le Savoir Recherches dans l'Univers 24 novembre 2000 Cité des Sciences et de l'Industrie Deux satellites pour arpenter la Galaxie DASGAL / UMR CNRS 8633

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Catherine TURON

Observatoire de Paris-Meudon

DASGAL / UMR CNRS 8633

Oser le SavoirRecherches dans

l'Univers24 novembre 2000

Cité des Sciences et de l'Industrie

Deux satellites pour arpenter la Galaxie

DASGAL / UMR CNRS 8633

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2Recherches dans l'Univers 24 novembre 2000 Catherine TURON

Où vivons-nous ???

Quel est l'ensemble d'étoiles dans lequel nous vivons ?

• quelle est sa forme ?• quelle est sa dimension ?• depuis quand est-il formé ?• comment a-t-il évolué ?

Est-ce que toutes les étoiles sont comme le Soleil ?

Photo Axel Mellinger

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3Recherches dans l'Univers 24 novembre 2000 Catherine TURON

Le monde des étoiles et des galaxies

Est-ce que toutes les galaxies sont comme la nôtre ?

Comment déterminer la distance d'une galaxie lointaine ?

Peut-on estimer l'âge d'une étoile ?Ont-elles toutes le même âge ?

Qu'y a-t-il d'autre que des étoiles dans une galaxie ?

AAT

HST

VLT

AAT

HST

ESO

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4Recherches dans l'Univers 24 novembre 2000 Catherine TURON

à un ensemble d'étoiles

• irrégulier ? • elliptique ?• sphérique ?• en spirale ?• avec une barre ?

A quoi ressemble notre Galaxie ?

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5Recherches dans l'Univers 24 novembre 2000 Catherine TURON

Le choix du poste d'observation est crucial !

Cette planète est toute sèche, et toute pointue et toute salée.

Antoine de Saint-Exupéry

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6Recherches dans l'Univers 24 novembre 2000 Catherine TURON

Forme de notre Galaxie dessinée par William Herschel à partir de dénombrements d'étoiles

Hypothèses fâcheuses: les étoiles sont réparties uniformément l'espace interstellaire est transparent on observe jusqu'aux confins du système les étoiles ont toutes la même luminosité absolue

Manque crucial: des distances correctes W. Herschel, 1785

Soleil

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7Recherches dans l'Univers 24 novembre 2000 Catherine TURON

Notre Galaxie : quelle est sa forme ? quelle est sa taille ?

30 kpc ~ 100 000 années-lumière

9 kpc

1800 Herschell

1900 Kapteyn

Soleil

1915 Shapley

90 kpc

Galaxies extérieures petites et proches

Au cours des siècles ...

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8Recherches dans l'Univers 24 novembre 2000 Catherine TURON

M83 image (with Sun marked)

notre Soleil pourrait être là

M 83

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9Recherches dans l'Univers 24 novembre 2000 Catherine TURON

Disque

Noyau(~ 3 pc)

Bulbe(~ 3 kpc)

Halo sphérique(> 30 kpc)

Amas Globulaires

notre Soleil pourrait être là

NGC 4565

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10Recherches dans l'Univers 24 novembre 2000 Catherine TURON

La détermination des distances dans l'Univers est, par essence, une tâche impossible

P.W. Hodge, 1981

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11Recherches dans l'Univers 24 novembre 2000 Catherine TURON

Quelle est la distance des étoiles ?

Nom Date 109 km

Aristarque - 280   "immense" !

Ptolémée 150 0.13

Copernic 1500 "immense" !

Tycho Brahe 1580 0.09

Képler 1600 220

Newton 1685 150 000

Bessel-Struve-Henderson

1837-39 > 40 000

Etoile 1ères mesures Hipparcos

Sirius (Newton) 150 000 81 380 ± 30

α Centa uri (Henderso )n 33 000 41 58 4 ± 20

61 Cygni (Bessel) 10 5 500 10 7 480 ± 56 0

α Lyrae (Str uve) 12 0 000 23 9 400 ± 10 00AAT

VLT

NGC 6712

NGC 3293

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12Recherches dans l'Univers 24 novembre 2000 Catherine TURON

Distance et parallaxe trigonométrique

orbite de la Terre

étoiles lointaines

D = R / La distance D est de 1 parsec si la parallaxe est de 1 seconde de

degréR = 1 unité astronomique (u.a.)

Etoile la plus proche : = 0,7 , D = 1,2 pc

étoile proche

D

R

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13Recherches dans l'Univers 24 novembre 2000 Catherine TURON

Déplacements sur la sphère céleste :parallaxe trigonométrique et mouvement

propre

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14Recherches dans l'Univers 24 novembre 2000 Catherine TURON

Quelques unités utiles

L'année-lumière 1 année-lumière = 9,5 x 1012 km

Le parsec

C'est la distance d'une étoile dont la parallaxe trigonométrique est de 1 seconde de degré.

1 pc = 206 000 u.a. = 3,1 x 1013 km = 3,26 années-lumière

L'unité astronomique

C'est le rayon de l'orbite circulaire que décrirait autour du soleil une planète de masse négligeable et de révolution 365,256 898 3263 jours

1 u.a. = 149,6 x 106 km

Demi-grand axe de l'orbite terrestre = 1,000 000 236 u.a.

Vitesse de la lumière c = 299 792,458 km/s

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15Recherches dans l'Univers 24 novembre 2000 Catherine TURON

Ordres de grandeur

30 '

0,000 001 "

une fleur sur Mars

une micro-seconde de degré (as)

0,001 "

un personnage sur la Lune

une milli-seconde de degré (mas)

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16Recherches dans l'Univers 24 novembre 2000 Catherine TURON

Extinction et rougissement

On voit les étoiles à travers des nuages de poussières ou de gaz.

Cela entraîne •une diminution de

leur luminosité apparente

•un rougissement

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17Recherches dans l'Univers 24 novembre 2000 Catherine TURON

Première mission spatiale d'astrométrie, décidée en 1980

Lancée par Ariane le 8 août 1989Pas sur une orbite géostationnaire ...

Des données scientifiques obtenues pendant 37 mois, de novembre 1989 à mars 1993 sur 118118 000 étoiles000 étoiles

Précision obtenue : 1 mas

Catalogue publié en juin 1997

Incluse dans le programme scientifique de l'ESA en octobre 2000

Prévue entre 2010 et 2012

Lancement par Ariane 5

Orbite: à 1,5 million de km, dans la direction opposée Soleil

Observation de un milliard un milliard d'étoilesd'étoiles pendant 5 ans

Précision attendue : 10 as à V = 15

D'Hipparcos à GAIAdes mesures de distances et de mouvements si précis

que de nombreuses idées en sont ou en seront changées

Deux missions de Deux missions de l'Agence Spatiale Européennel'Agence Spatiale Européenne

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18Recherches dans l'Univers 24 novembre 2000 Catherine TURON

118 000 étoiles dans le voisinage solaire

jusqu'à la magnitude 12,4

21 000 distances à mieux que 10% 220 pc photométrie en 3 couleurs pas de vitesses radiales

aucune galaxie

1 quasar

48 astéroïdes + 3 satellites

confirmation de 5 exo-planètes

plus d'un milliard d'étoiles dans toute la Galaxie, et au-delà

jusqu'à la magnitude 20-21

220 millions 27 000 pc

photométrie en 15 couleursvitesses radiales

1 à 10 millions de galaxies

500 000 quasars

100 000 à un million d'astéroïdes

~ 30 000 exo-planètes

d'Hipparcos à GAIA

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19Recherches dans l'Univers 24 novembre 2000 Catherine TURON

Les Hyades vues par les parallaxes

sol Hipparcos

Gaia

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20Recherches dans l'Univers 24 novembre 2000 Catherine TURON

Hipparcos a déjà montré

que même les étoiles supposées être à moins de 80 années-lumière du Soleil étaient très mal connues

que la densité locale en étoiles était sur-estimée

que la distance du Grand Nuage de Magellan était encore très mal connue

que beaucoup de distances mesurées au sol étaient sous-estimées, de 10 à 15 %

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21Recherches dans l'Univers 24 novembre 2000 Catherine TURON

Hipparcos a déjà montré

que les distances d'amas globulaires étaient sous-évaluées

que leurs âges étaient sur-évalués (max = 12 à 14 milliards d'années)

contradiction levée entre l'âge de l'Univers et l'âge des objets les plus vieux de notre Galaxie

47 Tuc

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22Recherches dans l'Univers 24 novembre 2000 Catherine TURON

avec Gaia, on espère obtenir

• la détection de quelques 30 000 planètes extra-solaires

• la luminosité, l'état d'évolution et les caractéristiques physiques d'étoiles de toutes les parties de la Galaxie

• la structure et l'histoire de notre Galaxie

• une distance précise des Nuages de Magellan

• la découverte systématique de tous les objets du système solaire et de tous les objets extragalactiques jusqu'à la magnitude 20

• des tests de la relativité générale

• un recensement complet du voisinage solaire (jusqu'aux naines brunes)

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23Recherches dans l'Univers 24 novembre 2000 Catherine TURON

La Galaxie vue par Gaia

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24Recherches dans l'Univers 24 novembre 2000 Catherine TURON

Adresses sur la toile

Hipparcos http://astro.estec.esa/SA-general/Projects/Hipparcos/hipparcos.htmlGaiahttp://astro.estec.esa/SA-general/Projects/GAIA/gaia.htmlhttp://wwwhip.obspm.fr/gaia/ en français

Astronomie AmateursSociété Astronomique de France http://www.iap.fr/saf/ Ciel et Espace http://www.cieletespace.fr/Sky and Telescope http://www.skypub.com/

Photos du cielESO http://www.eso.org/outreach/gallery/astro/wfi/Anglo-australian Observatory http://www.aao.gov.au/htdocs/images/Hubble Space Telescope http://oposite.stsci.edu/pubinfo/Pictures.htmlA. Mellinger http://canopus.physik.uni-potsdam.de/~axm/astrophot.html