L’apparente immobilité de notre environnement stellaire n’est qu’illusion. Tout évolue, continument

11 septembre 202110 septembre 2021 Pierre Brisson 10 commentaires

Notre environnement stellaire n’est pas statique. Il évolue continument en dépit des apparences car l’échelle de temps du mouvement des astres qui nous entourent est dans une autre dimension que celle de notre très courte vie. Les étoiles dont nous observons les lumières que l’on dit immuables dans le ciel, sont, comme notre Soleil, entrainées dans une ronde sans fin autour du centre de notre Voie Lactée distant de quelques 25.754 années-lumière, « AL » (mesure du télescope Gaïa). Et quoique prises dans un mouvement général irrésistible, elles ont chacune une variante de trajectoire en fonction de leur histoire.

Au sein de notre système-solaire, nous sommes ainsi à bord d’une sorte de vaisseau spatial qui « toutes voiles déployées » fonce sur son orbite à la vitesse de 239 +/- 9 km/s (mesure Gaïa) et se retrouvera à peu près au même endroit dans une année galactique, soit 230 millions de nos années terrestres. Nous aurons alors perdu de vue depuis très longtemps les systèmes stellaires aujourd’hui voisins. Ces autres vaisseaux, que nous commençons à connaître relativement bien puisque nous naviguons de concert, auront suivi leur propre route, chacun ayant sa vitesse propre (le Soleil va un peu plus vite que la moyenne que l’on appelle le « Local Standard of Rest », « LSR ») et sa trajectoire propre, plus ou moins sinusoïdale, en dessus, au milieu ou en dessous du très fin disque galactique (2.500 AL d’épaisseur sur, au moins, 100.000 AL de diamètre).

C’est dans cette perception dynamique que je veux vous entrainer cette semaine.

Actuellement nos plus proches voisines sont, dans l’ordre d’éloignement du Soleil : Proxima-Centauri (4,24 années-lumière, AL), naine-rouge ; Alpha-Centauri A et B (4,3 AL) naine-jaune et naine-rouge ; l’Etoile de Barnard (5,96 AL), naine-rouge ; Wolf 359 (7,79 AL), naine-rouge ; Lalande 21185 (8,3 AL), naine-rouge ; Luyten 726-8 (8,4 AL), naine-rouge ; Sirius A et B (8,6 AL), étoile-blanche-de-la-Séquence-principale et naine-blanche ; Ross 154 (9,4 AL), naine-rouge ; Ross 248 (10,33 AL), naine-rouge ; Epsilon-Eridani (10,8 AL), naine-jaune de type solaire, sans doute très jeune (disques de poussière, gaz, astéroïdes, abondants en orbite).

Regardez le graphe en illustration de titre. Pendant encore 33.000 ans, le triple système d’Alpha-Centauri restera le système stellaire le plus proche du nôtre et il continuera à se rapprocher. Dans 25.000 ans, au plus près, il sera à seulement 3,2 AL (mais on ne va pas attendre aussi longtemps pour y aller…du moins je l’espère !). Vous remarquerez la ligne horizontale en bas du graphe qui indique la distance du Soleil à l’extrémité de la sphère du Nuage de Oort extérieur, 1,6 AL. Le volume (et la masse !) de cette sphère étant supposé immuable jusqu’à ce qu’une étoile vienne le frôler et en arracher une partie (ce qui s’est sans doute déjà passé et se passera encore), cette ligne ne change pas sur toute la durée de la période considérée (100.000 ans). A noter que le graphe montre l’évolution des distances, non les trajectoires. Toutes ces dernières ont entre elles et avec la nôtre des angles d’incidence différents.

Ensuite, dans 33.000 ans, une autre étoile, Ross 248, s’approchera encore plus. Ce sera celle qui viendra au plus près de nous pendant cette période de 100.000 ans, jusqu’à 3,024 AL, avant de repartir au-delà de Proxima et d’Alpha du Centaure, qui auront commencé à s’éloigner et seront alors à quelques 3,5 AL. Nous serons en 40.000 après JC. Puis une autre étoile, Gliese 445, viendra nous faire une petite visite. Elle s’approchera à 3,4 AL et repartira très vite, un tout petit peu après l’an de grâce 50.000 après JC.

Vers 54.000 ans le système d’Alpha Centauri sera retourné un peu plus loin de nous, à la distance où il se trouve aujourd’hui, avant de nous quitter pour toujours. Mais pendant cette période, l’Etoile de Barnard, Ross 248 et Gliese 445 se seront approchées à moins de la distance actuelle de Proxima Centauri (4,24 AL) et Lalande 21185 n’en aura pas été loin (4,7 AL).

Ce n’est que dans 1,35 millions d’années qu’une naine-orangée ordinaire (0,6 M_S), « Gliese 710 » (actuellement encore très loin, à 62 AL), nous apportera une perturbation extrême car elle s’approchera à seulement 13.365 unités astronomiques, « UA » (distance terre/Soleil), soit seulement 0,21 AL avec une incertitude (en plus ou en moins) de 6.250 UA. Elle pénétrera donc profondément à l’intérieur de notre Nuage de Oort, en traversant le Nuage-extérieur et en allant jusqu’au milieu du Nuage-intérieur (mais en passant encore très loin de la Ceinture de Kuiper qui, au-delà de Neptune, s’étend entre 30 et 55 UA). C’est la mission Gaïa qui nous a permis de confirmer et de préciser ce risque. Il n’y a pas de précédent « récent » (dans la dernière dizaine de millions d’années) à cet événement. On peut s’attendre à une pluie de comètes, et d’astéroïdes déstabilisés, dans le temps qui suivra ce passage, dans l’environnement de toutes les planètes du système et singulièrement des planètes du système-interne et de la Terre car les géantes-gazeuses ne nous protégeront pas totalement, loin de là. On estime que le nombre de passages de comètes dans notre environnement proche, sera d’une dizaine par an en moyenne et ce, pendant 3 à 4 millions d’années. Bien sûr toutes ne viendront pas percuter la surface de la Terre, ou de Mars. Mais nous serons dans une période de « roulette-russe » qui pourrait bien marquer la fin de notre civilisation…pour autant qu’elle existe encore bien entendu.

On peut faire beaucoup de chose en 1,35 millions d’années, notamment, au-delà d’une civilisation interplanétaire, tenter de créer une civilisation interstellaire. Pour mémoire, il y a 1,35 millions d’années, les ancêtres de l’homme (mais non encore l’homme) s’étaient séparés de ceux du singe depuis longtemps (divergence évaluée à -7 millions d’années). Nous étions en plein paléolithique et l’évolution des hominines n’avait pas encore abouti à Homo Sapiens (premiers fossiles entre -500.000 et -300.000), notre ancêtre étant alors Homo habilis (premier homme-vrai, il remonte à 2,4 millions d’années). Profitons de cet avertissement très en amont si nous ne voulons pas disparaître (sous notre forme actuelle ou plus vraisemblablement sous celles de nos descendants) !

Pour le « moment », soit les quelques dizaines de milliers d’années à venir, les étoiles qui sont donc les plus intéressantes sur le plan dynamique en fonction de leur proximité, actuelle ou prochaine, sont Proxima et Alpha-Centauri A et B, l’Etoile de Barnard, Ross-248, Gliese-445 et peut-être Lalande 21185 qui cependant ne nous approchera pas à plus de 4,5 AL.

Que peut-on dire de ces astres ?

Tous, à part Alpha-Centauri-A, sont des naines-rouges.

Ces naines rouges sont des étoiles à faible luminosité donc à zone habitable très proche, nettement inférieure à la distance Mercure/Soleil. Elles sont anciennes et elles ont donc une faible métallicité ce qui réduit considérablement les chances chimiques d’y trouver la vie ou de pouvoir y survivre. Ce sont des étoiles éruptives avec des explosions radiatives dans une gamme très ouverte de longueurs d’ondes électromagnétiques, y compris rayons X, et irrégulières dans le temps, ce qui est rédhibitoire pour une installation humaine. Nous n’avons observé à ce jour aucune planète intéressante, c’est à dire qui soit de masse terrestre et située dans la zone habitable. La seule exception, notable, est Proxima-Centauri-b. Mais cette planète est sans doute trop massive pour être une nouvelle-Terre (minimum de 1,3 M_T).

Le système stellaire triple d’Alpha-Centauri comprend outre Proxima-Centauri, deux étoiles, Alpha-Centauri-A qui est une étoile de type solaire et Alpha-Centauri-B qui est une « grosse » naine-rouge (0,445 MS). Je vous les ai présentées la semaine dernière. « Laissons tomber » Alpha-Centauri-B et concentrons-nous sur Alpha-Centauri-A puisque que c’est la seule étoile qui est de la catégorie de notre Soleil. Par chance elle dispose d’une masse de matière en orbite dans sa zone habitable, « C1 », pour « Candidat-1 » que je préfère appeler « Polyphème » comme David Cameron dans son film Avatar car c’est une masse importante. Nous disposons de 54.000 ans pour accéder à ses éventuels satellites de masse terrestre ou martienne (« Pandora ») dans les conditions de distance d’aujourd’hui. Ne ratons pas cette opportunité !

Imaginez ! Nous pénétrons ce système, nous l’ensemençons de notre vie et de notre civilisation, et nous nous séparons le moment venu quand nos trajectoire divergent, chacun emportant nos richesses communes et les développant selon son génie propre une fois que les communications étirées par le temps ne seront plus possibles du tout, comme jadis les Polynésiens, génération après génération, quittaient une île pour aller en féconder une autre.

A noter, pour ceux qui sont soucieux de respecter les vies indigènes, que nous observons ces systèmes planétaires proches depuis des années et que nous n’en avons jamais reçu une émission électromagnétique maitrisée, radio ou autre.

Illustration de titre : « Near stars, past and future », https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Near-stars-past-future-fr.svg Evolution des distances entre le Soleil et ses étoiles les plus proches sur une période 100.000 ans (-20.000 à + 80.000).

Référence : perspective d’intrusion de Gliese 710 dans le système solaire : Gliese 710 aa29835-16.pdf

Avec cet article, je suis entré dans la septième année de ce blog. J’ai oublié d’en signaler l’anniversaire la semaine dernière! Le 4 septembre 2015, je publiais en effet mon “ouverture”. Je vous invite à la lire ou relire : https://blogs.letemps.ch/pierre-brisson/2015/09/04/bonjour-tout-le-monde/

PS: En ce 11 septembre 2021 j’ai une pensée émue pour les victimes du 11 septembre 2001, date à laquelle notre siècle est entré dans l’environnement de la barbarie islamique. Vingt ans déjà!

N’oublions pas ces pauvres victimes innocentes et n’oublions pas que notre civilisation “occidentale” est précieuse et fragile. Il n’y a aucun “accommodement raisonnable” possible avec l’obscurantisme et la cruauté gratuite. Ne cédons rien de nos valeurs fondées sur la raison et l’humanisme…et ne soyons pas naïfs.

Avec NEAR la collaboration ESO / Breakthrough Initiatives concrétise son projet de recherche de planètes habitables autour d’Alpha Centauri

6 juillet 20199 mai 2020 Pierre Brisson 4 commentaires

Le 11 juin l’ESO¹ a publié un article annonçant la fin d’une première session d’observations de 10 jours du système stellaire Alpha Centauri avec son instrument VISIR² amélioré par NEAR³ qu’elle a développé avec le financement de Breakthrough Watch (Yuri and Julia Millner) dans l’espoir de découvrir une planète de masse égale à la Terre orbitant une de ses deux étoiles à l’intérieur de sa zone habitable.

¹European Southern Observatory; ²VLT imager and spectrometer for mid-infrared; ³Near Earths in the AlphaCen Region.

NEAR est un coronographe (masque utilisé à l’origine pour cacher le disque solaire afin d’en étudier l’environnement) adapté à l’infrarouge thermique, qui équipe le quatrième, « UT4 », des quatre grands télescopes de 8 mètres de diamètre de surface utile de collecte du Very Large Telescope « VLT » (Mont Paranal, désert d’Atacama, Chili). Il bénéficie de l’optique adaptative et de son imageur et spectromètre VISIR de ce dernier, qu’il complète. Pour pouvoir collecter et analyser le rayonnement reçu d’une planète de masse terrestre et située en zone habitable, la difficulté est la différence de luminosité entre la planète et son étoile (entre 10^-7 et 10^-10)* qui en l’occurrence sont séparées de seulement une seconde d’arc. La lumière de l’étoile occulte largement la lumière d’une telle planète et ce d’autant plus que les deux étoiles d’Alpha Centauri sont de type « G » (dans le diagramme de Hertzsprung-Russell qui les classifie OBAFGKM) comme le Soleil et sont beaucoup plus brillantes qu’une naine rouge et notamment qu’Alpha Proxima, petite étoile du même système, très légèrement plus proche de nous, auprès de laquelle on a déjà identifié indirectement (méthode des vitesses radiales) la planète Proxima-b.

*Ce problème de différence de taille et de luminosité entre l’étoile et sa planète explique qu’il est beaucoup plus facile de découvrir des exoplanètes grosses et proches (genre « Jupiter chaud ») de leur étoile que des planètes rocheuses de taille terrestre et qu’il est beaucoup moins difficile d’en trouver orbitant autour de naines rouges que d’étoiles de type solaire, puisque les effets gravitaire ou occultant de ces planètes géantes sur leur étoile (moins grosse et moins lumineuse) sont beaucoup plus marqués (et ceci quelle que soit la méthode appliquée, vitesse radiale, transit, astrométrie et bien sûr, observation directe).

Les solutions proposées par NEAR sont (1) d’occulter l’essentiel du rayonnement de l’étoile par son coronographe et (2) de sélectionner un segment de longueurs d’ondes du spectre des rayonnements électromagnétiques à l’intérieur duquel la différence de luminosité entre la planète et l’étoile soit aussi réduite que possible. Le système qui profite de l’optique adaptative de l’UT4 (« DSM » pour “Deformable Secondary Miror”), comprend (1) un nouveau coronographe à masque de phase* annulaire (Annular Groove Phase Mask, « AGPM ») optimisé pour le segment le plus sensible de la bande « N » (10 µm à 12,5 µm) du spectre électromagnétique (qui bénéficie d’un taux de transmission élevé à l’intérieur de l’atmosphère terrestre) et (2) un nouveau système de découpage (« chopping »), appliquant une théorie du physicien Robert Dicke, pour filtrer le bruit. La bande N a pour deuxième avantage de contenir une longueur d’onde (9,6 µm) qui est celle de l’ozone (O₃), un excellent marqueur de la vie telle que nous la connaissons (mais la vie sur la « Terre » d’Alpha Centauri, si elle existe, n’a pas forcément atteint le niveau où elle rejette de l’oxygène dans l’atmosphère de sa planète). Elle exprime enfin fort bien l’émission d’un « corps-noir » compatible avec la pression et la température d’une planète pouvant avoir de l’eau liquide en surface (ce qui est plus intéressant car une planète habitable n’est pas forcément habitée). NB: (1) La collecte d’un rayonnement infrarouge impose l’environnement d’un cryostat; (2) NEAR n’a coûté que 4 millions de dollars.

*un masque de phase utilise un masque transparent pour décaler la phase du rayonnement stellaire afin de créer une interférence auto destructive sur cette source, plutôt qu’un simple disque opaque pour la bloquer. Les lumières voisines (dont la source est décentrée) ne subissent pas l’interférence. Un masque de phase annulaire (AGPM) qui génère un vortex optique, est considéré comme un masque de phase parfait permettant de voir les sources situées au plus près de l’étoile.

NB¹: A noter que la première imagerie directe d’une planète en utilisant la coronographie, n’a eu lieu qu’en 2008. Il s’agit de la planète Fomalhaut-b qui se trouve à 119 « UA » (unités astronomiques) de son étoile et a un diamètre égal à celui de Jupiter. L’étoile Fomalhaut est à 25 années-lumière de notre Soleil.

NB² : NEAR servira par ailleurs de test à l’instrument METIS (Mid-Infrared ELT Imager and Spectrograph) qui doit être installé sur l’Extremely Large Telescope, « ELT » de l’ESO (il couvrira une partie plus importante du spectre infrarouge).

Alpha Centauri étant à seulement 4,37 années-lumière de distance du cœur du système solaire est évidemment une cible très intéressante puisque c’est le seul système stellaire où l’on peut éventuellement, aujourd’hui, envisager d’envoyer des sondes (il faudrait tout de même 20 ans de voyage à 20% de la vitesse de la lumière, ce qui « fait » 216 millions de km/h !). Un des objectifs de Breakthrough Initiatives dont fait partie Breakthrough Watch est de relever ce défi pour Proxima Centauri qui se trouve presque aussi loin, à 4,22 années-lumière, avec son projet Breakthrough Starshot. Bien que l’on ait découvert une planète rocheuse, un peu plus massive que la Terre (1,3 fois), Proxima-b, orbitant autour de Proxima Centauri dans sa zone habitable, il est cependant peu probable qu’elle puisse abriter la vie. Les naines rouges comme Proxima Centauri ont une activité fortement variable (du fait qu’elles ont juste la masse nécessaire pour être des étoiles) ce qui induit par intermittence des rayonnements extrêmement destructeurs pour leur environnement proche (rayons ultraviolets durs – « c » – ou rayons X). Par ailleurs la proximité de la planète à son étoile (0,1 UA, la seule possibilité pour qu’elle se trouve dans sa zone habitable) génère par force de marée un blocage de sa rotation de telle sorte qu’elle lui présente toujours la même face (ce qui pourrait n’être pas non plus très favorable à l’émergence de la vie). Il n’en serait pas de même pour les planètes en orbite auprès d’Alpha Centauri A ou B puisque ces deux étoiles sont de même type que le soleil (même si elles sont un tout petit peu moins lumineuses) et que donc leur zone habitable doit se trouver à environ une unité astronomique (comme celle de notre Soleil à l’intérieur de laquelle évolue la Terre).

Un problème cependant : les étoiles d’Alpha Centauri sont dans un système double et elles ne sont éloignées l’une de l’autre que d’une courte distance, qui varie, sur une période de 80 ans, entre un périastre de 11,2 UA (distance Soleil / Saturne) et un apoastre de 35,6 UA (distance Soleil / Pluton). La sphère de Hill/Roche (zone d’influence gravitationnelle) de chacune varie donc entre deux distances dont la plus courte est égale à la moitié de la distance du Soleil à Saturne, soit 715 millions de km c’est-à-dire moins que la distance du périhélie de Jupiter au Soleil (740 millions de km). Qu’advient-il dans ces conditions de leur ceinture de Kuiper et de leurs nuages de Oort ? Ils sont probablement communs. Quid de l’interaction de leur population de comètes et d’astéroïdes avec les planètes ? Quid de la formation des planètes entre les deux étoiles ? Cette proximité permet-elle l’accrétion d’une géante gazeuse au-delà des lignes de glace ? Il ne reste pas beaucoup de place ! Pourrait-il y avoir une instabilité forte des planètes situées à la limite des sphères de Hill, jusqu’à les faire passer d’une sphère de Hill à l’autre (comme l’imaginait le physicien Robert Forward dans Le vol de la libellule) ? Quels effets peut avoir cette configuration sur les planètes rocheuses en deçà des lignes de glace ? En fait la cohabitation de deux étoiles dans un même système stellaire assez « serré » peut créer des systèmes planétaires très différents du nôtre et difficiles à imaginer sans les avoir observés…mais cela rend aussi moins probable l’existence de planètes avec les mêmes caractéristiques que la nôtre orbitant autour de l’une ou l’autre étoile.

La campagne d’observations de NEAR est de 100 heures avec autant de temps continu qu’il sera possible (par séquence de 6 heures par nuit compte tenu de l’élévation d’Alpha Centauri dans le ciel) mais qui seront probablement réparties sur une vingtaine de jours, c’est-à-dire le temps nécessaire pour qu’une planète située à 1 UA de l’une des étoiles d’Alpha Centauri parcourt sur son orbite un élément de diffraction (0,3 secondes d’arc dans le ciel). Breakthrough Initiatives mettra les données à la disposition du public immédiatement à la fin de la période d’observations. Nous devrions ainsi « savoir » ce qu’il en est du système planétaire tournant autour des deux autre vrais « soleils » les plus proches du nôtre.

Breakthrough Initiative est un programme d’exploration scientifique et technologique qui s’efforce d’apporter des réponses aux grandes questions que l’on se pose sur la vie dans l’Univers. Il a été fondé en 2015 par Yuri et Julia Milner. Yuri Milner est un physicien qui après des études en Russie puis aux Etats-Unis a fait fortune dans Internet et est devenu investisseur en nouvelles technologies (Facebook, Twitter, WhatsApp, Snapchat, Airbnb, Spotify, Alibaba, etc…) via sa société DST Global. Parmi les « supporters » de Breakthrough Initiatives on peut compter feu Stephen Hawking et Marc Zuckerberg. Breakthrough Initiatives comprend quatre branches : Breakthrough Listen, une sorte de SETI (pas de réponse à ce jour !) ; Breakthrough Message, un concours pour concevoir un message qui puisse être compréhensible par des extraterrestres ; Breakthrough Watch, un programme astronomique dédié au développement de technologies qui pourraient permettre de découvrir la vie ailleurs dans l’univers (NEAR est une application de ce programme) ; Breakthrough Starshot, un programme astronautique dédié à démontrer la faisabilité de l’exploration du système d’Alpha Centauri par une flotte de micro-voiles propulsées par laser à 20% de la vitesse de la lumière.

NEAR, conçu par l’ESO avec le concours de Breakthrough Watch, a été construit en collaboration avec l’Université d’Uppsala, l’Université de Liège, le CalTech, Kampf Telescope Optics de Munich et le CEA (Saclay) France. Il a recueilli sa première lumière le 21 mai 2019. Il faut bien voir que le type d’observations qu’il permet n’était pas possible jusqu’à présent et évidemment pas il y a dix ans lors de la découverte de la planète Fomalhaut-b. L’astronomie est une science dont la technologie évolue très vite et les ouvertures que cette évolution permet, vont révolutionner dans les années qui viennent la connaissance du monde qui nous entoure.

Liens:

https://breakthroughinitiatives.org/instruments/4

https://www.eso.org/public/usa/teles-instr/paranal-observatory/vlt/vlt-instr/visir/

http://optics.org/news/10/6/15

https://www.eso.org/sci/publications/messenger/archive/no.169-sep17/messenger-no169-16-20.pdf

https://www.universetoday.com/142482/new-instrument-is-searching-for-planets-around-alpha-centauri/

https://orbi.uliege.be/bitstream/2268/32951/1/TFEV20.pdf

Image de titre: NEAR installé sur l’UT4, le télescope étant incliné à basse altitude; crédit ESO/ NEAR Collaboration

Image ci-dessous: détail du coronographe NEAR, de type AGPM montrant les cannelures annulaires de sous longueur d’onde (“subwavelength grating”), dispositif anti-réflexion qui réduit l’image fantôme optique de l’étoile cachée:

Image ci-dessous: de la Terre à Alpha Centauri; attention les mesures sur l’axe sont logarithmiques.

Pour (re)trouver dans ce blog un autre article sur un sujet qui vous intéresse, cliquez sur:

Index L’appel de Mars 19 07 06