L!Astrophysique spatiale

(1)

Sylvain CHATY Sylvain CHATY

(Université Paris 7 / Service d’Astrophysique) 2008

2008

L!Astrophysique spatiale

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 22

Plan Plan

!

! L’L’Observation Observation en Astrophysiqueen Astrophysique

!

! Bref historiqueBref historique

!

! La révolution: le ciel sous toutes les ondesLa révolution: le ciel sous toutes les ondes

!

! Pourquoi l’Pourquoi l’Espace?Espace?

!

! 50 ans de colonisation de l’50 ans de colonisation de l’EspaceEspace

!

! Développement de l’Développement de l’Astrophysique spatialeAstrophysique spatiale

!

! 50 ans après: un nouveau regard sur l’50 ans après: un nouveau regard sur l’UniversUnivers

!

! Le SoleilLe Soleil

!

! Les PlanètesLes Planètes

!

! Les EtoilesLes Etoiles

!

! La Voie LactéeLa Voie Lactée

!

! Les GalaxiesLes Galaxies

!

! Les sursauts Les sursauts !!

!

! Le futur…Le futur… au-delà de l au-delà de l’’Astrophysique spatialeAstrophysique spatiale……

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 33

Plan Plan

!

! LL’’Observation Observation en Astrophysiqueen Astrophysique

!

! Pourquoi lPourquoi l’’Espace?Espace?

!

! 50 ans de colonisation de l50 ans de colonisation de l’’EspaceEspace

!

! Développement de lDéveloppement de l’’Astrophysique spatialeAstrophysique spatiale

!

! 50 ans après: un nouveau regard sur l50 ans après: un nouveau regard sur l’’UniversUnivers

!

! Le futurLe futur…… au-delà de l au-delà de l’’Astrophysique spatialeAstrophysique spatiale……

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 44

La sphère des fixes La sphère des fixes……

(2)

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 55

L

L’ ’Astrophysique Astrophysique

!

Grandes questions: Grandes questions:

!

! Etoiles et PlanètesEtoiles et Planètes

!

! Milieu interstellaireMilieu interstellaire

!

! GalaxiesGalaxies

!

! CosmologieCosmologie

!

L L’ ’ Astrophysique est à la Physique ce que l Astrophysique est à la Physique ce que l’ ’observation observation est à l

est à l’ ’expérimentation. expérimentation.

!

Moyens de réponse: Moyens de réponse:

!

Théorie Théorie

!

Observation Observation

!

Modélisation Modélisation

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 66

Plan Plan

!

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 77

Le premier instrument d Le premier instrument d’’observationobservation

!

L’œ L ’œil: il:

!

2 éléments optiques: 2 éléments optiques:

!

!Cristallin: lentille frontale pourCristallin: lentille frontale pour concentrer la lumière concentrer la lumière

!

!Rétine: Matrice sensible auxRétine: Matrice sensible aux photons, constituée de cônes et photons, constituée de cônes et bâtonnets (~pixels)

bâtonnets (~pixels)

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 88

Les premiers Les premiers observatoires?

observatoires?

!

Stonehenge Stonehenge

(3)

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 99

Les premiers instruments Les premiers instruments

!

! L'L'astrolabeastrolabe

!

! (du latin (du latin astroastro = = ététooile, ile, labelabe = prendre):= prendre):

!

! inventinventéé par par Hipparque,Hipparque, am améléliiororéé dans le monde dans le monde islamique

islamique

!

! un bras tournant un bras tournant repère la position drepère la position d!!une étoileune étoile sur le cercle.

sur le cercle.

!

! ReprRepréséseentation de la sphère céleste sur lentation de la sphère céleste sur le plateau

plateau..

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 1010

Le premier «

Le premier « Observatoire »: Observatoire »: UraniborgUraniborg

!

! Le premier observateurLe premier observateur

!

! Tycho Brahe (1546-1601)Tycho Brahe (1546-1601)

!

! Le premier observatoire?Le premier observatoire?

!

! subventionné par le roi du Danemarksubventionné par le roi du Danemark

!

! Aucun instrument optique (instruments deAucun instrument optique (instruments de vis

viséeée: quart de cercle, sphères armillaires: quart de cercle, sphères armillaires……))

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 1111

L

L’ ’observatoire de Paris observatoire de Paris

!

Emplacement Emplacement bien choisi: bien choisi:

!

! Nord, Est, Ouest: encerclé par desNord, Est, Ouest: encerclé par des jardins de jardins de religieux

religieux……

!

! SSud:ud: la campagne avec des moulins la campagne avec des moulins àà vent. vent.

Horizon dégagé Horizon dégagé

!

! 16671667 ^!^!^NébuNébuleuse d'Orionleuse d'Orion (D. Cassini, 1674).

(D. Cassini, 1674).

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 1212

Les premières observations Les premières observations

!

Les éto Les étoiles ont une forme... iles ont une forme...

d d’ ’éto étoile! ile!

!

!RepréseReprésentation des Plntation des Pléiaéiades, des, àà l

l’’époépoque nque néo-éo-babylonienne (-200):babylonienne (-200):

!

!Dessin de CassiopéeDessin de Cassiopée, avec «, avec « NovaNova Stella

Stella » » (I), supernova de (I), supernova de Tycho Tycho BraheBrahe (11/11/1572)(11/11/1572)

!

!Saturne observée Saturne observée par J.D. Cassinipar J.D. Cassini (1673)

(1673)

(4)

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 1313

Les premières lunettes Les premières lunettes… …

!

! Lunette de Galilée = lunette hollandaise classiqueLunette de Galilée = lunette hollandaise classique

!

! Longueur: 1 à 6 mLongueur: 1 à 6 m

!

! Grossissement: 14 à 50 xGrossissement: 14 à 50 x

!

! En carton, bois, papier florentin, cuir, soie, veloursEn carton, bois, papier florentin, cuir, soie, velours

!

! CChamp assez sombre, ~15hamp assez sombre, ~15’’ d'arc (1/2 pleine Lune) d'arc (1/2 pleine Lune)

!

! FFortes aberrations optiquesortes aberrations optiques

!

! Utilisées comme longues-vues terrestres par l'arméeUtilisées comme longues-vues terrestres par l'armée de terre et la marine

de terre et la marine

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 1414

Les dernières lunettes Les dernières lunettes… …

!

Observatoire de Yerkes Observatoire de Yerkes (Chicago)

(Chicago)

!

La plus grande lunette du La plus grande lunette du monde:

monde:

!

!Diamètre 1.02 mDiamètre 1.02 m

!

!Focale 18mFocale 18m

!

!Poids lunette + monture:Poids lunette + monture:

80 tonnes 80 tonnes

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 1515

Les premiers télescopes Les premiers télescopes… …

!

T Tél éle escope de Herschel, scope de Herschel, de diam

de diamèt ètr re 40 pouces e 40 pouces (1m) (1798)

(1m) (1798)

!

Mis au point par Mis au point par Newton (1672) Newton (1672)

Le Pic du Midi Le Pic du Midi

!!

1 1

^er^er

observatoire français en observatoire français en altitude 2876m

altitude 2876m

!

Fondé en 1878 Fondé en 1878

!!

Télescopes de 1 et 2 mètres. Télescopes de 1 et 2 mètres.

(5)

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 1717

Observatoire CFHT Observatoire CFHT

!

Premier télescope français en Premier télescope français en dehors du territoire (1974) dehors du territoire (1974)

!

Canada-France-Hawaii Canada-France-Hawaii Telescope

Telescope (CFHT) (CFHT)

!

! Diamètre: 3.6 m sur le Diamètre: 3.6 m sur le MaunaMauna Kea

Kea, volcan éteint à 4200m sur, volcan éteint à 4200m sur ll’’île dîle d’’Hawaii.Hawaii.

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 1818

ESO (Observatoire ESO (Observatoire Européen Austral) Européen Austral)

!!

La Silla, Chili: 2 télescopes La Silla, Chili: 2 télescopes de 4 m

de 4 m

!

années 1970 années 1970

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 1919

ESO/VLT ESO/VLT

!

Paranal Paranal, Chili: (VLT) 4 , Chili: (VLT) 4 télescopes de 8 m télescopes de 8 m

!

Optique active, adaptative Optique active, adaptative

!

Interférométrie infrarouge/ Interférométrie infrarouge/

optique optique

!

! Miroir de 8.2 m poli parMiroir de 8.2 m poli par SAGEM/REOSC SAGEM/REOSC

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 2020

Plan Plan

!

(6)

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 2121

Découverte du rayonnement infrarouge Découverte du rayonnement infrarouge

!

1800 1800

: Sir William Herschel découvre: Sir William Herschel découvre le rayonnement infrarouge:

le rayonnement infrarouge:

!

! Mesure des températures dans lesMesure des températures dans les couleurs du spectre solaire.

couleurs du spectre solaire.

!

! Les plus hautes températures justeLes plus hautes températures juste après le rouge.

après le rouge.

!

! Découverte de lDécouverte de l’’existence de lumièreexistence de lumière invisible à nos yeux!

invisible à nos yeux!

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 2222

Digression Digression: Les: Les observations observations multi-multi-

longueurs longueurs dd’’ondeonde

!

« « On ne voit bien qu'avec le c On ne voit bien qu'avec le cœ œur, l'essentiel est invisible ur, l'essentiel est invisible pour les yeux

pour les yeux » ». .

Le petit Prince, Antoine de

Le petit Prince, Antoine de Saint-ExuperySaint-Exupery

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 2323

!

Ce que voit le Petit Prince Ce que voit le Petit Prince… … Digression: Les observations

Digression: Les observations multi-longueurs multi-longueurs d d’ ’onde onde

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 2424

Lumière visible Lumière visible

(7)

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 2525

Lumière visible + infrarouge Lumière visible + infrarouge

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 2626

Découverte des ondes radio Découverte des ondes radio

!

Invention collective: Invention collective:

!

!1865: 1865: Maxwell Maxwell prouveprouve l'existence des l'existence des ondesondes électromagnétiques électromagnétiques

!

!1888: Hertz confirme1888: Hertz confirme expérimentalement leur expérimentalement leur existence

existence

!

Développement 2 Développement 2

^nde^nde

guerre mondiale guerre mondiale

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 2727

Ondes radio Ondes radio

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 2828

Découverte des rayons X Découverte des rayons X

!

Rö R öntgen ntgen (1845-1923), (1845-1923), physicien allemand, physicien allemand, découvre les rayons X.

découvre les rayons X.

!

1 1

^er^er

Prix Nobel de Prix Nobel de

Physique (1901)

(8)

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 2929

Les rayons X/

Les rayons X/ ! !

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 3030

Plan Plan

!

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 3131

Et d’ailleurs, heureusement!!!

Raison 2: l’atmosphère ne laisse pas passer tous les rayonnements!

La révolution: Le ciel sous toutes les ondes La révolution: Le ciel sous toutes les ondes

!

! La lumière est riche en informations diversesLa lumière est riche en informations diverses…… La difficulté est donc de

La difficulté est donc de récolter tous les messagers de lrécolter tous les messagers de l’’informationinformation……

!

! Et dEt d’’ailleurs, pourquoi nailleurs, pourquoi n’’a-t-on pas toujours observé dans toutes les longueurs da-t-on pas toujours observé dans toutes les longueurs d’’onde?onde?

«

« Pourquoi certaines observations astronomiques ne seraient-elles pas possibles sur TerrePourquoi certaines observations astronomiques ne seraient-elles pas possibles sur Terre et le seraient-elles de l

et le seraient-elles de l’’Espace?» J. Espace?» J. Kovalevsky Kovalevsky 8 décembre 1962.8 décembre 1962.

Raison 1: l’œil est adapté au maximum de l’émission du Soleil!

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 3232

La révolution: Le ciel sous toutes les ondes La révolution: Le ciel sous toutes les ondes

!

Aujourd’ Aujourd ’hui on a une vision hui on a une vision multi-longueur

multi-longueur d d’ ’onde de onde de l’ l ’Univers Univers… …

!

Pour s’ Pour s ’affranchir de affranchir de l

l’ ’atmosphère: atmosphère:

!

!ballons, fusées, avions,ballons, fusées, avions, satellites

satellites……

!

MAIS l’ MAIS l ’espace reste cher: espace reste cher:

!

!Pas de réparation possible.Pas de réparation possible.

(9)

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 3333

Plan Plan

!

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 3434

50 ans de colonisation de l

50 ans de colonisation de l’ ’Espace -I Espace -I

!

3/10/1942: l’ 3/10/1942: l ’Allemand Allemand von von Braun réussit le premier vol Braun réussit le premier vol de la fusée V2,

de la fusée V2, 1 1

^er^er

missile missile balistique utilis

balistique utilisé é au cours de au cours de la

la 2 2

^nde^nde

Guerre mondiale Guerre mondiale. .

!

! La fabrication des V2 fit plus deLa fabrication des V2 fit plus de morts que leur utilisation comme morts que leur utilisation comme armes.

armes.

!

Le pèr Le p ère e de la fus de la fusée ée Saturn Saturn V V, , qui a permis de d

qui a permis de dév éve elopper lopper le

le programme spatial programme spatial am

amér éri icain cain. .

50 ans de colonisation de l

50 ans de colonisation de l’ ’Espace - II Espace - II

!

Spoutnik 1 Spoutnik 1

!

4/10/1957: Les Soviétiques lancent 4/10/1957: Les Soviétiques lancent le 1

le 1

^er^er

satellite artificiel de la Terre satellite artificiel de la Terre

!

sph sphèr ère e D=58 cm, poids 83 kg D=58 cm, poids 83 kg

!

A Altitude 230-950 ltitude 230-950 km km, orbite 97 , orbite 97 mn mn

!

b bip-bip ip-bip

!!

Traumatisme aux Et Traumatisme aux Eta ats-Unis ts-Unis

!

Pearl Harbor Pearl Harbor technologique technologique

!

Début de la Début de la course course à à l'espace l'espace

50 ans de colonisation de 50 ans de colonisation de

l

l’ ’Espace - III Espace - III

!

3/11/1957: la chienne 3/11/1957: la chienne La Laïka ïka: :

!

1 1

^er^er

être vivant envoyé dans l’ être vivant envoyé dans l ’ Espace Espace

!

À bord de Sputnik À bord de Sputnik 2 2

(10)

50 ans de colonisation de 50 ans de colonisation de

l’ l ’Espace - IV Espace - IV

!

12/04/1961: Youri Gagarine: 12/04/1961: Youri Gagarine:

!

1 1

^er^er

homme dans l’ homme dans l ’Espace Espace

!

16/06/1963: Valentina 16/06/1963: Valentina Terechkova: Terechkova:

!

1 1

^ère^ère

femme dans l femme dans l’ ’Espace Espace

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 3838

50 ans de colonisation de l

50 ans de colonisation de l’ ’Espace Espace

!

“Le développement des recherches spatiales, “ Le développement des recherches spatiales, l’ l ’envoi de satellites artificiels ou de sondes envoi de satellites artificiels ou de sondes spatiales munis d

spatiales munis d’ ’instruments, sinon m instruments, sinon même ême d

d’ ’observateurs humains, offrent à l observateurs humains, offrent à l’ ’astronomie astronomie des possibilités nouvelles d

des possibilités nouvelles d’é ’études en nombre tudes en nombre quasiment illimité

quasiment illimité… … La Lune, les proches La Lune, les proches planètes ne seront plus, ou presque plus, planètes ne seront plus, ou presque plus, étudiées par les moyens astronomiques.

étudiées par les moyens astronomiques.” ” Jean

Jean Kovalevsky Kovalevsky, 8 décembre 1962. , 8 décembre 1962.

50 ans de colonisation de 50 ans de colonisation de

l

l’ ’Espace - V Espace - V

!

Neil Armstrong, 21/07/1969: Neil Armstrong, 21/07/1969:

L L’ ’Homme Homme marche sur la Lune marche sur la Lune

!

Apollo 11 Apollo 11

!

“ “That's one That's one small step small step for a for a man, one man, one giant leap

giant leap for for mankind mankind. .” ”

!

cf cf Expo CNES Luxembourg: Expo CNES Luxembourg:

!

50 ans de conqu 50 ans de conquête de l ête de l! !Espace Espace

Exploration in situ I Exploration in situ I

!!

Rovers Rovers martiens martiens Spirit/Opportunity Spirit/Opportunity: :

!

coût 820 millions $ co ût 820 millions $

!

mission: 18 mois mission: 18 mois

(11)

Exploration in situ II Exploration in situ II

!!

Cassini-Huygens Cassini-Huygens sur sur Saturne (NASA/ESA):

Saturne (NASA/ESA):

!

1997: Lanc 1997: Lancement ement

!

01/07/2004: Insertion en 01/07/2004: Insertion en orbite

orbite apr après 7 ans et ès 7 ans et 3,5 3,5 milliards de

milliards de km km

!

En orbite En orbite pendant 4 ans pendant 4 ans

!

14/01/2005: plongée de 14/01/2005: plongée de Huygens dans

Huygens dans l

l’ ’a atmosph tmosphèr ère e d de Titan e Titan

Exploration in situ II Exploration in situ II

!

Cassini sur Saturne Cassini sur Saturne

Exploration in situ II Exploration in situ II

!!

Huygens sur Titan Huygens sur Titan

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 4444

Exploration in situ Exploration in situ

!

“On a “ On a proposé de faire passer une sonde spatiale à proposé de faire passer une sonde spatiale à travers une comète. Mais un tel rendez-vous n travers une comète. Mais un tel rendez-vous n’ ’est pas est pas aisé à réussir. Une expérience plus intéressante serait de aisé à réussir. Une expérience plus intéressante serait de faire créer artificiellement une comète dans l

faire créer artificiellement une comète dans l’ ’ espace espace proche, avec une tonne de matériaux qui, on le croit, proche, avec une tonne de matériaux qui, on le croit, composent une comète. Cette comète aurait une durée composent une comète. Cette comète aurait une durée de vie de quelques jours qui suffirait pour vérifier nos de vie de quelques jours qui suffirait pour vérifier nos hypothèses sur la composition de ces astres.

hypothèses sur la composition de ces astres.

!

Je signale cette proposition, car il s’ Je signale cette proposition, car il s ’agit ici d agit ici d’ ’Astronomie Astronomie expérimentale, conception toute nouvelle qui peut avoir expérimentale, conception toute nouvelle qui peut avoir beaucoup d

beaucoup d’ ’ avenir.” avenir. ”

Jean

Jean KovalevskyKovalevsky, 8 décembre 1962., 8 décembre 1962.

(12)

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 4545

Exploration in situ III Exploration in situ III

!!

Sonde Sonde Deep Deep Impact Impact (NASA):

(NASA):

!

Et Etu ude de la composition de de de la composition de la la com comèt ète e Tempel Tempel 1 1

!

4 juillet 4 juillet 2005 2005: : impacteur impacteur percut

percute e la com la comèt ète e: formation : formation d

d! !un un crat cratèr ère e ~ ~30 m de 30 m de diam

diamèt ètr re, éj e, éje ection de ction de plusieurs tonnes de plusieurs tonnes de mat matér éri iaux du sous-sol aux du sous-sol

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 4646

Exploration in situ IV Exploration in situ IV

!!

Sonde Rosetta Sonde Rosetta: :

!

Lancement le 2 mars Lancement le 2 mars 2004 2004

!

Parcours de 5 milliards km Parcours de 5 milliards km

!

Arrivée en mai 2014, Arrivée en mai 2014, entrée en orbite en ao entrée en orbite en août ût 2014 2014

!

Cartographie C artographie de la de la Com Comèt ète e Churyumov-Gerasimenko Churyumov-Gerasimenko pendant 6 mois

pendant 6 mois

!

Largage de Phila Largage de Philaé é puis puis atterrissage

atterrissage

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 4747

Plan Plan

!

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 4848

Les débuts de l

Les débuts de l’ ’Astrophysique spatiale - I Astrophysique spatiale - I

!

Ballons strato-sphériques Ballons strato-sphériques: :

!

Télescopes jusqu’à Télescopes jusqu ’à 40km 40km

!

Fusées: Fusées:

!

Observations ~ Observations ~mn mn. .

!

Projet Hi Star (1967-1975): Projet Hi Star (1967-1975):

1

^ère^ère

carte du ciel infrarouge carte du ciel infrarouge

(13)

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 4949

Les débuts de l

Les débuts de l’ ’Astrophysique spatiale - II Astrophysique spatiale - II

!

Avions: Avions:

!

KAO KAO ( (1974-1994 1974-1994) )

!

!TTéleélescope IR ascope IR aéroéroportporté é jusqujusqu’à’à 13km, 13km, au-dessus de 99% de vapeur d au-dessus de 99% de vapeur d’’eaueau

!

!Découverte des anneaux dDécouverte des anneaux d’’Uranus (1977),Uranus (1977), eau

eau dans ldans l’’atmosphère de Jupiter et Saturneatmosphère de Jupiter et Saturne

!

SOFIA (2006) SOFIA (2006): :

!

!Télescope 2.5 m dans un Boeing Télescope 2.5 m dans un Boeing 747:747:

le plus grand télescope dans un avion le plus grand télescope dans un avion

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 5050

Difficultés de l'observation Difficultés de l'observation

par satellite - I par satellite - I

• Energie (

Gaz, combustible, panneaux solaires)

• Stabilisation (

Gyroscope):

•

“Pour faire une observation astronomique, il faut faire des visées précises d’un point dans l’Espace, reconnaître l’objet et le viser suffisamment longtemps afin de faire les poses nécessaires pour impressionner les récepteurs” J. Kovalevsky

• Envoi des données sur la Terre

:

• Photos/CCD; stations de réception télémétriques

• « Les informations recueillies pourront être stockées dans 20 000 caractères de mémoire. » J. Kovalevsky

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 5151

Difficultés de l'observation Difficultés de l'observation

par satellite - II par satellite - II

• Ceintures de rayonnement autour de la Terre:

• faussent les mesures, saturent les détecteurs

• Image en EUV du pôle Nord de la Terre

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 5252

Satellite INTEGRAL: 2 keV – qq MeV

Lancé le 17 octobre 2002 par fusée PROTON sur orbite excentriquepar fusée PROTON sur orbite excentrique

L

L’ ’observatoire INTEGRAL observatoire INTEGRAL

(14)

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 5353

Le début de l

Le début de l’ ’astronomie X astronomie X

Giacconi et al., 1962

Sco X-1

Bruit de fond X

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 5454

Le début de l

Le début de l’ ’astronomie X astronomie X

•1962: Découverte de la première source X en dehors du système solaire: Sco X-1

(publiée 7 jours avant la conférence de J. Kovalevsky!)

• R. Giacconi, prix Nobel de physique en 2002

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 5555

Difficultés de l'observation Difficultés de l'observation

en rayons X/

en rayons X/ ! !

!

SWIFT: observatoire de rayons SWIFT: observatoire de rayons ! !

!

Les photons Les photons ! ! interagissent avec interagissent avec la matière du télescope/détecteur la matière du télescope/détecteur

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 5656

!

L L’ ’espace reste cher: espace reste cher:

!

! cocoûtût de d de dévéveeloppement / constructionloppement / construction d

d’’IntegralIntegral = 330 millions = 330 millions !!

!

! µ-sat µ-sat ~~ 50k 50k!!

!

! Lancement = 20k!Lancement = 20k!/kg ~ 1kg Or /kg/kg ~ 1kg Or /kg

!

! Budget ESO: 140 millions !Budget ESO: 140 millions !/an/an (3 sites: 8 télescopes) (3 sites: 8 télescopes)

!

Complémentarité des télescopes au sol Complémentarité des télescopes au sol et dans l

et dans l’ ’espace espace… …

!

Observations Observations multi-longueur multi-longueur d d’ ’onde onde (radio, infrarouge et rayons X/

(radio, infrarouge et rayons X/ !) ! )

Les observatoires

(15)

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 5757

!

“ “Plusieurs sortes d Plusieurs sortes d’ ’observatoires spatiaux ont observatoires spatiaux ont été imaginés, suivant les objets étudiés et la été imaginés, suivant les objets étudiés et la précision des pointages

précision des pointages. .

!

1. 1. Les observatoires solaires Les observatoires solaires…” …”

!

2. 2. Les observatoires stellaires Les observatoires stellaires seront beaucoup plus seront beaucoup plus compliqués

compliqués… … très grande précision de visée très grande précision de visée … … et une et une bonne stabilité de pointage

bonne stabilité de pointage… … Il n Il n’ ’y a pas encore de y a pas encore de satellite de ce type

satellite de ce type… … Jean

Jean Kovalevsky Kovalevsky, 8 décembre 1962. , 8 décembre 1962.

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 5858

Satellites optique/X Satellites optique/X

!

Optique: Hubble Optique: Hubble

!

IR: Spitzer IR: Spitzer

!

X: Chandra X: Chandra, XMM , XMM

!

X/ X/ !: INTEGRAL, Swift ! : INTEGRAL, Swift

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 5959

Plan Plan

!

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 6060

La sphère des fixes La sphère des fixes……

(16)

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 6161 ^S.^{S. Chaty}Chaty - 2008- 2008 6262

…

…nn’est pas si fixe!’est pas si fixe!

!

! Tous les objets de lTous les objets de l’’Univers émettent dansUnivers émettent dans toutes les longueurs d

toutes les longueurs d’’ondeonde……

!

! La Voie Lactée de lLa Voie Lactée de l’’optique à la radiooptique à la radio……

…… et sous toutes les coutures et sous toutes les coutures……

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 6363

Plan Plan

!

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 6464

Le Système solaire:

Le Système solaire: Le Soleil Le Soleil

!

Rayons X; EUV 19.5 et 30.4 nm Rayons X; EUV 19.5 et 30.4 nm

!

Optique H" Optique H "; ; IR; IR; Radio 17 Radio 17 GHz GHz

(17)

Le Soleil vu par SOHO

Le Soleil vu par SOHO Le Soleil vu par SOHO Le Soleil vu par SOHO

Surveillance d

Surveillance d’ ’orages magnétiques orages magnétiques

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 6767

Plan Plan

!

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 6868

Le Système solaire:

Le Système solaire: La Terre La Terre

La Terre: optique/infrarouge

(18)

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 6969

Le Système solaire:

La Terre La Terre

!!

Observations d Observations d’ ’Aurores Aurores polaires depuis l polaires depuis l’ ’Espace Espace

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 7070

Le Système solaire:

La Lune La Lune

!

Lune éclipsée en infrarouge Lune éclipsée en infrarouge

!

Lune en optique/rayons X: Lune en optique/rayons X:

!

!Fluorescence d’Fluorescence d’atomes (O, Mg, Al, Si)atomes (O, Mg, Al, Si) par bombardement de rayons X par bombardement de rayons X solaires

solaires

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 7171

Le Système solaire:

Le Système solaire: Saturne Saturne

!

Réflexion des Réflexion des rayons X du Soleil rayons X du Soleil par l

par l’ ’atmosphère atmosphère de Saturne de Saturne

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 7272

Le Système solaire:

Le Système solaire: Saturne/Jupiter Saturne/Jupiter

!

Aurores polaires UV Aurores polaires UV dans l

dans l’ ’atmosphère de atmosphère de

Saturne et Jupiter

(19)

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 7373

Plan Plan

!

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 7474

Nébuleuses Nébuleuses

!

Nébuleuse de la Tête de Cheval (Orion): Nébuleuse de la T ête de Cheval (Orion):

!

!visible, infrarouge proche (2MASSvisible, infrarouge proche (2MASS), et IR moyen (), et IR moyen (ISOISO))

!

Pouponnière d’é Pouponnière d ’étoiles toiles RCW 49

RCW 49

!!

N&B: IR (Spitzer N&B: IR ( Spitzer Space Telescope Space Telescope) )

!

Couleur: X (Chandra Couleur: X ( Chandra), ), carré de 50 a.l carré de 50 a.l

!

Âge: < Â ge: < 2 million 2 million yr yr

!!

Région de formation Région de formation stellaire, disques stellaire, disques proto- proto- planétaires

planétaires. .

!

Distance: 20 000 a.l. Distance: 20 000 a.l.

Amas d’étoiles jeunes Westerlund 2

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 7676

!

! Image (1 Ms) Image (1 Ms) ChandraChandra dudu reste de supernova Cas A reste de supernova Cas A

!Spectre XMM

Fe L Mg

Si S

Ca Fe K

Explosion de Supernova

Ar

Explosion de Supernova

(20)

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 7777

Pulsars Pulsars

!!

Etoiles à neutron Etoiles à neutron… …

!

Matière condensée, Matière condensée, résidu de la mort d résidu de la mort d’ ’une une étoile massive

étoile massive (supernova) (supernova)

!

Objets Objets gravitants gravitants, , compacts et relativistes compacts et relativistes

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 7878

Les étoiles Les étoiles

!

Eta Carinae Eta Carinae: l : l’é ’étoile la plus lumineuse de notre toile la plus lumineuse de notre Galaxie, 5 millions de Soleils (LBV), à 7000 al.:

Galaxie, 5 millions de Soleils (LBV), à 7000 al.:

!

la prochaine Supernova? la prochaine Supernova?

Rayons X Optique Infrarouge Radio

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 7979

Les

Les étoiles étoiles

!

! Etoile centrale, trèsEtoile centrale, très brillante, deviendra une brillante, deviendra une naine blanche dans naine blanche dans quelques millions quelques millions d’d’annéesannées

!

! Nébuleuse de l’œNébuleuse de l’œil deil de chat, à plusieurs millions chat, à plusieurs millions de degrés

de degrés

Rayons X Optique

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 8080

Pulsar du Crabe Pulsar du Crabe

!

Pulsar: Pulsar:

!

Rotation: 30t/s Rotation: 30t/s

!

Nébuleuse ~10 Nébuleuse ~10

⁶⁶

K K (

(plérion plérion) )

!

Film: Film:

!

plusieurs mois plusieurs mois

!

vent de (anti vent de ( anti)-matière )-matière

!

Vitesse volute: Vitesse volute:

150 000 150 000 km/s km/s

!

Expansion: 1000 km/s Expansion: 1000 km/s

Rayons X Optique

(21)

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 8181

Les

Les microquasars microquasars

!

! Système stellaire binaire Système stellaire binaire de la de la Galaxie Galaxie = = trou noir/étoile trou noir/étoile à neutronà neutron,, étoile compagnon

étoile compagnon, , disque ddisque d’’accrétionaccrétion, jets, jets

!

! ~ 20 ~ 20 microquasarsmicroquasars

!

! LL’’un un des des thèmes dthèmes d’é’étude principaux tude principaux des des observatoires spatiaux observatoires spatiaux X etX et gamma

gamma……

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 8282

!!

Microquasar 1E Microquasar 1E 1740.7-2942:

1740.7-2942:

!

le grand annihilateur le grand annihilateur de de la Galaxie la Galaxie

!

Jets radio bipolaires Jets radio bipolaires très collimatés très collimatés, , s

s’é ’étendant sur qq tendant sur qq années-lumière années-lumière

!

Analogie avec les Analogie avec les quasars:

quasars:

microquasar microquasar

Les Les microquasarsmicroquasars

1E1740, 1’x1’: Mirabel et al.

1992

M87

OPTIQUE RADIO

RADIO

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 8383

Jets de

Jets de microquasars microquasars

GRS 1915+105: jets en radio (1 mois) •XTE J1550-564: Jets en rayons X (années)

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 8484

Les Les microquasars microquasars

!

Modèle de XTE J1118+480: Modèle de XTE J1118+480:

!

!disque ddisque d’’accrétion accrétion + + émission émission de de ll’é’étoile toile + + émission émission des jetsdes jets

Chaty et al. 2003

(22)

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 8686

Plan Plan

!

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 8787

Le centre de la Voie lactée vu par Chandra: des centaines de naines blanches, étoiles à neutron, trous noirs, baignant dans un plasma de 10⁷K…

Trou noir supermassif dans la tache blanche centrale.

Du rouge au bleu: rayons X + énergétiques

Plongée au c

Plongée au cœ œur de notre Galaxie ur de notre Galaxie

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 8888

Centre galactique Centre galactique

!

Images dans le visible et IR Images dans le visible et IR proche du centre galactique proche du centre galactique

!

2 Micron All Sky Survey 2 Micron All Sky Survey (2MASS)

(2MASS)

Cygnus region

(23)

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 8989 ^S.^{S. Chaty}Chaty - 2008- 2008 9090

Le trou noir de notre Galaxie Le trou noir de notre Galaxie

• SO-2 orbite à 60 u.a. du trou noir… à plus de 9000 km/s!

• Lois de Kepler -> la masse de Sgr A* = 2.6 millions Msol

• Variations en rayons X de ~10 mn => la source X < ~10 mn-l (~1 u.a):

C’est un trou noir!!!

Le centre de notre Galaxie vu par H.E.S.S.

!

2 sources 2 sources ! ! brillantes: HESS brillantes: HESS J1745-290 et SNR J1745-290 et SNR G 0.9+0.1 G 0.9+0.1

!

Même M ême carte, carte, après soustraction après soustraction des sources.

des sources.

Emission Emission ! ! visible visible sur plan galactique, sur plan galactique, plus autre source plus autre source mystérieuse : HESS mystérieuse : HESS J1745-303 J1745-303

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 9292

Plan Plan

!

(24)

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 9393

Science: mêmes astres, différentes facettes Science: mêmes astres, différentes facettes

M31 par David Malin, la galaxie et son noyau…

IRAS: IR view!

Noyau brillant!

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 9494

!

Trou noir supermassif Trou noir supermassif au centre d au centre d’ ’une galaxie une galaxie

!

!la luminosité de 100 Voies lactées dans le système solaire!la luminosité de 100 Voies lactées dans le système solaire!

Les Quasars Les Quasars

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 9595

Les galaxies actives Les galaxies actives

!

! Centaurus A (Centaurus A (NGC 5128): NGC 5128): RadioRadio Galaxie

Galaxie active la plus proche (elliptique active la plus proche (elliptique barrée d

barrée d!!une ceinture de poussière)une ceinture de poussière)

!

! Distance: 3 Mpc Distance: 3 Mpc = 11 millions a.l.= 11 millions a.l.

!

! Optique, IR, radio, X (jet: synchrotron)Optique, IR, radio, X (jet: synchrotron)

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 9696

Les Quasars Les Quasars

!

Le Jet de M87: Le Jet de M87:

!

!50 millions a.l.50 millions a.l.

!

!Jets de 50 000 a.l.Jets de 50 000 a.l.

(25)

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 9797

Galaxies en interaction

Galaxies en interaction Galaxies en interaction Galaxies en interaction

!!

2 trous noirs 2 trous noirs supermassifs supermassifs en en collision

collision dans l dans l’ ’amas de amas de galaxies Abell 400 galaxies Abell 400

!

jets radio (rose) jets radio (rose)

!

gaz X (bleu)~10 gaz X (bleu) ~10

⁶⁶

K K

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 9999

Galaxies en interaction Galaxies en interaction

• Dans environ 3 milliards d’années, la Voie lactée et M31 vont entrer en collision pendant ~ 1 milliard d’années… pour finalement former une galaxie elliptique!

• Une deuxième voie lactée sera visible dans le ciel pendant 100 millions d’années: et sûrement plus de recrutement d’astrophysiciens!!!

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 100100

Plan Plan

!

(26)

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 101101

Sursauts de rayons Sursauts de rayons ! !

• Détectés en 1967 par satellites Vela

• Annoncés en 1973

• Répartis partout de façon isotrope

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 102102

Sursauts de rayons Sursauts de rayons ! !

• À des distances cosmologiques

• Hypernova ou coalescence de trous noirs?

GRB990123

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 103103

Plan Plan

!

S.

S. Chaty Chaty - 2008- 2008 104104

SIMBOL-X SIMBOL-X

!

Vol de satellite en formation: Vol de satellite en formation:

!

Lancement 2011, Masse: 1 tonne Lancement 2011, Masse: 1 tonne

!

Longueur focale 30 m. Longueur focale 30 m.

!

Miroir = une centaine de coquilles r Miroir = une centaine de coquilles réfl éflectrices ectrices

(

(masse 200-300 kg)masse 200-300 kg)

!