Que voit Gaia ?

Ou, autrement dit, quel est le mouvement apparent d’une étoile observée depuis la Terre ?

Il y a trois mouvements distincts qui se combinent : l’un causé par Gaia – et nous – qui bougeons avec la Terre autour du Soleil, le second causé par le mouvement des étoiles à travers la Voie lactée et, souvent, un troisième mouvement causé par l’influence d’une (ou plusieurs) autre étoile ou d’une (ou plusieurs) planète en orbite autour de l’étoile. Penchons-nous sur chacun d’eux.

Le premier mouvement est un mouvement apparent, et non un mouvement réel de l’étoile. Ce mouvement, appelé parallaxe, est causé par notre mouvement autour du Soleil. Le principe de la parallaxe trigonométrique est illustré sur la figure ci-dessous : lorsque la Terre tourne autour du Soleil, en une année, l’angle de vue sous lequel on voit se projeter une étoile proche sur un fond d’étoiles lointaines varie au fur et à mesure que la Terre se déplace. On a l’impression que l’étoile proche parcourt une ellipse semblable à celle que parcourt la Terre autour du Soleil, mais beaucoup plus petite. L’angle appelé parallaxe trigonométrique est indiqué en vert sur la figure. Plus l’étoile est proche, plus cet angle est grand. Plus l’étoile est lointaine, plus cet angle est petit. Avec la précision de mesure extrême de Gaia, il est possible de mesurer cet angle pour des étoiles très lointaines, jusqu’aux confins de notre Galaxie, et même jusqu’aux Nuages de Magellan.

Ce mouvement apparent de période d’une année, se combine avec un second mouvement qui est réel : c’est le mouvement des étoiles dans la Voie lactée par rapport au Soleil. Le Soleil se déplace autour du centre de la Voie Lactée à une vitesse d’environ 220 km / seconde, et la plupart des autres étoiles se déplacent à des vitesses similaires. Ce mouvement, appelé mouvement « propre », est mesuré par Gaia, et utilisé pour calculer l’orbite de l’étoile autour du centre de la Voie lactée, et dans certains cas, d’où vient cette étoile et vers où elle se dirige. La combinaison de ces deux mouvements tels qu’observés par les deux télescopes de Gaia est schématisée sur la figure ci-dessous à gauche (© M.A.C. Perryman). Les étoiles dont le mouvement est tracé en blanc proviennent de l’un des champs, celles dont le mouvement est tracé en rouge proviennent de l’autre champ.

Le troisième mouvement est provoqué par la présence d’un ou de plusieurs compagnons (autres étoiles non détectées ou planètes) autour de l’étoile observée. En conséquence, des « bouclettes » se rajoutent au mouvement observé, d’autant plus grandes que le ou les compagnons sont lourds. La figure ci-dessous à droite (© M.A.C. Perryman) montre les perturbations dues à une planète de type Jupiter (fortement exagérées sur cette figure).
La mesure de ces oscillations périodiques permet à Gaia la découverte de ces compagnons, en particulier de planètes massives.

La combinaison de tous ces mouvements, apparents et réels, provoque un trajet très très complexe sur le ciel. C’est pour les démêler que Gaia a besoin de faire tant de mesures – 70 en moyenne – de chaque étoile.