Physique stellaire, planétaire et
planètes extra-solaires
Planètes extrasolaires
A l'instar du soleil avec son cortège de planètes, de comètes et d'astéroïdes, de nombreuses étoiles de la Galaxie sont probablement entourées de
planètes et de petits corps. L'étude de ces systèmes est un domaine récent de l'astrophysique ; il nous éclaire sur la formation et l'évolution des
systèmes planétaires. En particulier, les systèmes planétaires jeunes sont extrêmement actifs, entourés de "disques circumstellaires" et de
nombreuses comètes. Malgré la très grande variété des systèmes planétaires extra-solaires découverts aujourd'hui, aucun ne ressemble au système
solaire. Ceci soulève des interrogations sur la possible originalité du système solaire et sur les conditions nécessaires à l'apparition de la vie.
Chercheurs permanents : Jean-Philippe Beaulieu, Arnaud Cassan, Pierre Drossart
Atmosphères et intérieurs des planètes géantes
La connaissance de la composition des planètes géantes, en particulier celle de Jupiter (directement reliée à la compréhension de la formation
du système solaire) est renouvelée par l'utilisation d'une instrumentation de pointe. En particulier grâce aux télescopes spatiaux HST et FUSE,
aux instruments au sol BEAR et FTS, il est possible de déterminer avec précision le rapport D/H, d'étudier des phénomènes d'aurore planétaire,
d'accéder à la sismologie des planètes géantes
Chercheurs permanents :
Magnétisme et activité solaire
L'analyse et la simulation numérique du transfert de rayonnement, notamment dans les raies d'absorption les plus intenses des atmosphères stellaires, est la principale méthode utilisée pour modéliser les atmosphères stellaires, la convection et la turbulence. Des raies sont en fait mesurées en émission immédiatement au dessus de la photosphère, en regardant au bord d’un Soleil occulté par la Lune durant une éclipse totale (sans lumière parasite provenant du disque). Plus haut des raies chaudes apparaissent en émission, dans la chromosphère et la couronne. Les modèles 1D sont devenus totalement inadéquats et la transition photosphère-chromosphère-couronne doit être modélisée en prenant en ligne de compte les structures telles que boucles et spicules. Cette transition révèle donc l'activité magnétique résultant des effets dynamo locaux, de la dynamique à grande échelle et de la reconnexion des lignes de champ.
Les domaines d'application sont étendus, telles que effets relativistes dans les interactions photon-matière, reconnexions magnétiques et points neutres multiples, formations des vents lents dans les grands jets coronaux et éjection de plasmoides, ou vents rapides récurrents des trous coronaux, ou éruptions sporadiques dans les régions actives. Les phénomènes dynamiques étudiés dans la couronne solaire forment un ensemble multi-échelles qui comprend surtout les flares et les CME (éjections de masses coronales) si importants pour une nouvelle discipline naissante, la météorologie de l'espace.
Par ailleurs, des observations ciblées aux récentes éclipses totales de Soleil ont permis de collecter des spectres 2D qui complètent parfaitement les données collectées dans l’espace (missions Trace, Stereo, Hinode, SDO). En plus, des images de la couronne solaire permettent d’étudier, grâce à la polarimétrie, la composante poussiéreuse plus loin dans la couronne avec comme sous produit, l’analyse de points neutres du vecteur polarisation. Enfin le chrono-datage GPS rapide durant l’occultation du Soleil par la Lune et l’analyse spectrale du très fin croissant entre les montagnes lunaires, permet de préciser la valeur du diamètre solaire en support sol à la mission spatiale Picard.
Chercheur permanent : Lotfi Ben Jaffel
Etoiles de masses intermédiaires et massives
La rotation rapide des étoiles moyennement massives et massives (3 à 50 masses solaires) change le gradient thermique des couches de l'enveloppe stellaire en les rendant instables à la convection. Comme dans le Soleil, ces régions peuvent alors présenter des profils de vitesse angulaire dépendant du rayon et de la latitude, qui induisent une distribution non-homogène de la gravité et de la température sur la surface stellaire : c'est le phénomène d'assombrissement gravitationnel. Ceci affecte sensiblement le spectre stellaire, qui contient l'information sur les propriétés physiques de l'étoile.
La modélisation que nous faisons de ces phénomènes montre que les techniques d'analyse spectroscopique et interférométrique actuelles sont à même de détecter les signatures de la rotation différentielle en surface. Une meilleure description des caractéristiques de ce phénomène permettrait alors de mieux comprendre les mécanismes qui produisent la redistribution du moment angulaire et le mélange des éléments chimiques, essentiels dans l'étude de l'évolution des populations stellaires au sein des galaxies.
Pour étudier la rotation différentielle nous avons mis en place une collaboration internationale impliquant la France (Institut d'Astrophysique de Paris, Observatoire de la Côte d'Azur avec son instrument interférométrique VEGA/CHARA et l'Observatoire de Paris-Meudon), la Belgique (Observatoire Royal de Belgique), l'Argentine (Observatoire de La Plata) et l'Observatoire Européen Austral (ESO, Chili).
Chercheurs permanents :
Physique des étoiles jeunes et variables
Les variables de types T Tauri et Herbig Ae/Be sont des étoiles jeunes (de
masses comprises entre 0.3 et 3 masses solaires) encore associées aux nuages
moléculaires dans lesquels elles sont nées. Leur étonnante activité dans
tous les domaines de longueur d'onde est attribuée à la présence de disques
circumstellaires interagissant avec l'étoile ainsi qu'à des phénomèmes
magnétiques de type solaire. Les questions principales concernant la
physique de ces objets touchent à la relation entre les disques
circumstellaires et les jets moléculaires et atomiques collimatés souvent
associés à ces étoiles, ainsi qu'à l'évolution du disque depuis sa formation
jusqu'au stade protoplanétaire.
Chercheurs permanents :
Spectro-imagerie des milieux gazeux étendus
La technique de spectroscopie par transformation de Fourier (FTS) constitue un outil privilégié pour l’analyse de la composition chimique des atmosphères stellaires et planétaires au moyen de la haute résolution spectrale. Le couplage d’un tel instrument avec des détecteurs bidimensionnels pour former un "FTS imageur" permet d’associer un champ à la spectroscopie, en constituant ainsi une nouvelle classe de spectromètre dit à champ intégral, où les spectres de tous les points résolus du champ sont enregistrés simultanément. Il devient alors possible de déterminer la distribution spatiale d’une espèce donnée, sa cinématique, ses conditions physiques. Cette méthode permet de concilier un grand champ avec une haute résolution spectrale, la rendant particulièrement adaptée pour l’étude des milieux gazeux étendus, atomiques et moléculaires.
Les principaux domaines d’application galactique sont les régions de formation stellaire, le Centre Galactique, le milieu interstellaire dans les amas d’étoiles jeunes, les nébuleuses planétaires proches, les restes de supernovae, les comètes près du périhélie. Dans le domaine extragalactique, la détection globale du gaz dans les galaxies proches, dans les amas de galaxies peut être abordée.
A partir de l’expérience acquise avec le premier FTS imageur (BEAR) en service sur le télescope CFH, qui offrait un champ de 24’’ et a permis la spectro-imagerie dans le proche infrarouge (raies Brγ, HeI, H2 …) de plusieurs nébuleuses planétaires, de la mini-spirale dans le Centre Galactique, des émissions aurorales de Jupiter, un projet à grand champ (12’) a été proposé. Ce projet nommé SITELLE (Spectromètre Imageur à Transformée de Fourier pour l’Étude en Long en Large de raies d’Emission), pour le domaine 350 – 950 nm, est développé en étroite collaboration avec l’Université Laval (Québec) et le constructeur ABB/BOMEM, pour la nouvelle instrumentation du télescope. L’instrument devrait voir ses premiers tests sur le ciel fin 2012, offrant une capacité unique pour l’étude globale de tous ces différents milieux diffus.
Chercheurs permanents :
Classification des étoiles à émission avec le satellite GAIA
Dans le cadre de la préparation de la mission spatiale Gaia nous
participons
au développement de logiciels au sein de la CU6 et de la CU8. En
particulier,
dans le cadre de la CU8, nous implémentons des algorithmes et des
procédures
qui devraient permettre l'identification et la classification des étoiles à
émission, notamment les étoiles Be. Parallèlement à ces travaux, nous nous
préparons, au sein du GREAT (Gaia Research for European Astronomy
Training),
également à l'exploitation scientifique des données Gaia ainsi que des
données
au sol qui seront obtenues dans le contexte d'un suivi spectroscopique
public
que nous espérons pouvoir mener à l'ESO à l'aide du spectrographe
GIRAFFE au
VLT. Un volet important de cette préparation concernera aussi la
détection et
le suivi des alertes scientifiques qui seront émises dès les premiers
mois de
la mission.
Chercheurs permanents :
OGLE 2005-BLG-390Lb (c) ESO
