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Premières vitesses radiales (préliminaires) !

02/10/2014. L’instrument spectroscopique permet de faire des spectres des étoiles les plus brillantes du programme d’observation de Gaia, environ jusqu’à la magnitude 16. Ces spectres donnent accès à plusieurs informations essentielles :

  • L’ensemble des raies de chaque spectre est décalé par effet Doppler. La mesure du décalage des raies par rapport à leur position mesurée "au repos" en laboratoire permet de calculer la vitesse radiale de l’objet observé, c’est à dire la vitesse d’éloignement ou de rapprochement de l’étoile par rapport à nous. Un autre instrument de Gaia mesure par ailleurs la vitesse tangentielle, c’est à dire le déplacement angulaire des objets observés sur le plan tangent à la sphère céleste. En combinant ces deux vitesses, on obtient la vitesse spatiale des étoiles : vitesse par rapport au Soleil, qui est la quantité physique intéressante pour décrire les mouvements dans la Galaxie.
  • La forme des raies (profondeur et largeur) donne des informations détaillées sur les paramètres décrivant les atmosphères des étoiles (température, gravité, métallicité), sur leur vitesse de rotation sur elles-mêmes et sur le rougissement interstellaire. Ces paramètres seront déterminés pour les étoiles plus brillantes que la magnitude GRVS ∼ 12, soit pour environ 5 millions d’étoiles.
  • La présence-même de raies à tel ou tel endroit du spectre et leur profondeur
    permet de déterminer l’abondance de nombreux éléments chimiques présents dans l’atmosphère des étoiles observées. Ces abondances pourront être obtenues
    pour les étoiles plus brillantes que la magnitude GRVS ∼ 11, soit pour environ 2 millions d’étoiles.

Pour plus de détails, voir Observations et précisions.

Une première calibration du spectre en longueur d’onde a permis l’analyse des trois spectres montrés sur la figure ci-dessous et une première détermination, à partir de données Gaia, de la vitesse radiale de l’étoile HIP 117279. La précision sur la vitesse radiale dépend de la précision de la transformation position sur le CCD, mesurée en pixels - longueur d’onde, quantité physique et des méthodes utilisées pour comparer les spectres de référence (spectres synthétiques ramenés à la résolution du Radial Velocity Spectrometer de Gaia) aux spectres observés.

Spectres RVS calibrés pour une étoile rouge

Crédits : ESA/Gaia/DPAC/CNES/Yves Viala et Françoise Crifo (GEPI, Observatoire de Paris)

Chaque étoile passe successivement sur trois CCDs du RVS (voir le dessin du plan focal), l’un des CCDs de chacune des colonnes : les trois spectres ci-dessus sont les spectres obtenus au cours du passage d’une étoile rouge, de type spectral K, à travers ces trois colonnes (indiquées strip 1, strip 2, strip 3). Les vitesses radiales obtenues par trois méthodes d’ajustement différentes sont indiquées sur la figure du haut. La médiane des trois méthodes donne une vitesse radiale de -68,89 ± 3,17 km/s. Compte-tenu de la correction barycentrique, qui est de l’ordre de 19 km/s, l’accord avec la meilleure mesure sol, -50 ± 0.23 km/s, est remarquable.

Il faut souligner que la précision attendue sur la vitesse radiale Gaia pour une étoile rouge aussi brillante (V=7.75) est de l’ordre de 1 km/s. Cette précision devrait être atteinte dès que les améliorations en cours sur la calibration en longueur d’onde et les méthodes d’ajustement seront implémentées dans la chaîne de traitement des données spectroscopiques.

Le traitement des spectres Gaia est développé par l’Unité de Coordination CU6 du Consortium DPAC (Data Processing and Analysis Consortium) en étroite collaboration avec les équipes du Gaia Data Processing Center du CNES. Dès qu’il sera complètement testé, ce pipeline tournera quotidiennement sur les ordinateurs du CNES et produira des dizaines de millions de spectres étalonnés par jour. La responsable de l’Unité de Coordination CU6 est Paola Sartoretti (GEPI, Observatoire de Paris).

Voir aussi : http://www.cosmos.esa.int/web/gaia/image-of-the-week (en anglais). 2 Octobre 2014.