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En attendant Gaia DR2 ... quelques résultats de DR1

18/04/2018. À la veille de la publication du deuxième catalogue Gaia, Gaia DR2, cette page montre quelques exemples des applications scientifiques du premier catalogue Gaia, Gaia DR1. Ce premier catalogue, publié le 14 septembre 2016 par l’Agence Spatiale Européenne (ESA) et le Consortium Européen DPAC, soit très exactement 1000 jours après le lancement repose sur un traitement et une analyse sophistiqués des 14 premiers mois de données. Il a déjà permis de construire une carte montrant en détail l’état du ciel au début du XXIème siècle. Voir Gaia DR1. On y distingue de nombreux objets célestes ainsi que les traces du balayage du ciel effectué par Gaia pendant les 14 premiers mois de la mission. Le catalogue Gaia DR1 contient aussi les positions, parallaxes et mouvements propres pour les 2 millions d’étoiles communes à Gaia DR1 et aux catalogues Hipparcos et Tycho-2. La précision est d’environ 0.5 mas. Le but de ce premier catalogue intermédiaire était essentiellement de prouver que le satellite, la stratégie d’observation et le traitement des données fonctionnaient comme attendu. Cependant, déjà plus de 300 publications référées ont utilisé les données de Gaia DR1.

Le "camembert" de la Figure 1 montre les différents sujets traités à partir des données de Gaia DR1 (statistique établie à partir des 200 premières publications référées utilisant les données de Gaia DR1). Il montre que les études sur notre galaxie, la Voie lactée, sont le plus grand nombre, que ce soit sur sa cinématique et sa structure, sur les amas ouverts ou globulaires ou sur la distribution du milieu interstellaire. D’autres études portent sur les étoiles et leur évolution, les systèmes stellaires, y compris les systèmes avec exoplanètes, ainsi que sur le Groupe Local (ensemble de galaxies où se trouve notre Galaxie) et les systèmes de référence. Par ailleurs, de nombreuses études portent sur la validation et la calibration du catalogue.

Figure 1 : Les différents sujets traités à partir des données de Gaia DR1

 

Petit florilège de quelques résultats frappants

Le diagramme HR Le diagramme de HR (du nom de ses deux inventeurs, Ejnar Hertzsprung et Henry Norris Russell) est un outil très utilisé par les astrophysiciens tant pour les études de physique stellaire que de populations galactiques. Il montre la relation qui existe entre la luminosité propre des étoiles (leur magnitude absolue) et leur couleur ou leur température (la couleur permet d’estimer la température). Celles-ci dépendent de très nombreux paramètres : la population à laquelle elles appartiennent (disque mince, disque épais ou halo), leur âge, leur masse, la quantité de métaux dans leur atmosphère, etc. La Figure 2 à gauche montre la comparaison des diagrammes HR pour les 43 546 étoiles du catalogue Hipparcos avec une précision sur la parallaxe trigonométrique meilleure que 20%, à gauche, avec les parallaxes Hipparcos, à droite, avec les parallaxes Gaia DR1-TGAS. On remarque la bien meilleure définition du « red clump », le grumeau en haut à droite, et la plus grande finesse du bas de la séquence principale. Voir aussi Le diagramme HR avec Gaia DR1. Dans Gaia DR1, il y a beaucoup plus d’étoiles avec une précision sur la parallaxe trigonométrique meilleure que 20%, dont 149 226 étoiles situées à moins de 400 pc du Soleil, avec une précision meilleure que 10%, une extinction faible (E(B-V)<0.015) et une bonne photométrie 2MASS (dans le proche infrarouge) : elles forment le diagramme HR montré sur la Figure 2 à droite.
© Laura Ruiz-Dern

Figure 2, à gauche : comparaison des diagrammes HR pour les 43 546 étoiles du catalogue Hipparcos avec une précision sur la parallaxe trigonométrique meilleure que 20%, à gauche, avec les parallaxes Hipparcos, à droite, avec les parallaxes Gaia DR1-TGAS (© Gaia Collaboration, Brown et al. A&A 595, A2, 2016).
Figure 2, à droite : diagramme HR des 149 226 étoiles de Gaia DR1 situées à moins de 400 pc du Soleil, avec une précision meilleure que 10%, une extinction faible (E(B-V)<0.015) et une bonne photométrie 2MASS (ESA/Gaia/DPAC, L. Ruiz-Dern, C. Babusiaux, F. Arenou, C. Turon, R. Lallement (GEPI, Observatoire de Paris).

 

Les amas d’étoiles Rien qu’en utilisant les positions des étoiles dans Gaia DR1, et en les comptant, deux nouveaux amas d’étoiles ont été découverts (Koposov et al, MNRAS 470, 2709, 2017) : Gaia 1 et Gaia 2. Le premier était jusqu’ici passé inaperçu car il est vraiment tout proche de l’étoile la plus brillante du ciel, Sirius : à moins de 10 minutes de degrés sur le ciel, soit un tiers du diamètre de la Lune. Le second est dans une zone très dense du plan galactique. Gaia 1 est un objet particulièrement intéressant : gros (9 pc de rayon) et massif (2.2 x 104 masses solaire), il n’est qu’à 4,6 pc du Soleil. Voir plus de détail sur le site de L’ESA (en anglais). Une très belle image en a été prise par un astronome amateur, Harald Kaiser, depuis Karlsruhe (Allemagne) à l’aide d’un télescope de 30 cm et d’un système de blocage de la lumière de Sirius : Figure 3.

Figure 3 (à gauche) : une très belle image de Gaia 1 dans le cercle à gauche de la lumière occultée de Sirius (© Harald Kaiser).
Figure 4 (à droite) : diagramme HR combiné des amas ouverts proches, montrant clairement l’évolution du diagramme HR en fonction de l’âge des amas. Les Hyades (rouge), Praesepe (orange), les Pléiades (bleu clair), IC 2391 (bleu) et IC 2602 bleu foncé (© Gaia Collaboration, van Leeuwen et al., 2017, A&A 601 A19).

Un autre travail (Gaia Collaboration, van Leeuwen et al., 2017, A&A 601 A19) fait une étude approfondie des amas ouverts proches pour lesquels Gaia DR1, dans le sous-ensemble TGAS, donne non seulement positions et magnitudes de toutes les étoiles observées par Gaia, mais aussi des parallaxes trigonométriques, donc des distances, et des mouvements propres. Ces valeurs très précises permettent d’identifier les étoiles membres de l’amas, même loin du centre de l’amas, et d’étudier ainsi leurs caractéristiques. La Figure 4 montre l’évolution du diagramme HR des amas en fonction de leur âge : plus les amas sont vieux (Hyades et Praesepe, en rouge et orange, environ 800 Myr), plus on voit clairement les étoiles déjà évoluées, en haut et à droite du graphique. Par contre, les étoiles des deux amas les plus jeunes (IC 2391 et IC 2602, en bleu et bleu foncé, environ 40 Myr) sont encore toutes sur la séquence principale.

Voir aussi, de premières observations d’amas globulaires

 

Les étoiles variables L’étalonnage temporel de Gaia n’est pas régulier. Voir sa distribution en bas de la page sur la découverte de la première supernova "Gaia" : Gaia14aaa. Il permet cependant de très nombreuses études sur les différentes sortes d’étoiles variables : 3 194 courbes de lumières ont déjà été publiées dans Gaia DR1. Elles portaient uniquement sur des Céphéides et RR Lyrae observées de façon répétitive pendant les 4 premières semaines d’observations scientifiques. Gaia DR2 en comporte 550 737, pour des Céphéides, RR Lyrae, Mira et semi-régulières et bien d’autres.

Ces premières courbes de lumières, dont quelques exemples sont montrés sur la Figure 5 étaient déjà de qualité remarquable. On attend donc avec impatience celles de Gaia DR2 qui vont couvrir de très nombreux types de variables à différentes positions du diagramme HR.

Figure 5 : quelques exemples de courbes de lumière : à gauche RR Lyrae, à droite Céphéides (© Gaia Collaboration, Clementini et al. 2017, A&A 605, A79)

Autres informations sur les étoiles variables :

et aussi le site de l’équipe responsable du système d’alertes scientifiques photométriques, située à l’Institut d’Astronomie de Cambridge (Royaume Uni), qui publie régulièrement des listes de sources dont les variations brutales de luminosité ont été observées par Gaia. La liste de ces alertes, qui comprend 4791 entrées au 18 avril 2018, est disponible ici.

 

Beaucoup d’autres sujets ont été traités, tels que

Ceci n’est qu’un tout petit florilège ....

 

Voir aussi, sur le site de l’ESA (en anglais) : Gaia’s surprising discoveries (20 avril 2018)