HERSCHEL MISSION

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Le maître mot ici est milieu interstellaire, aussi bien « local », où des études détaillées peuvent avoir lieu, que dans les galaxies lointaines, prises dans leur ensemble, où toute la matière interstellaire chauffée par divers processus rayonne dans l'infrarouge lointain. En étudiant le milieu interstellaire, c'est la formation stellaire que l'on cherche à comprendre, ainsi que l'évolution de ce milieu depuis la naissance des premières étoiles et des premières galaxies, son enrichissement, à travers la mort des étoiles, en éléments lourds qui n'existaient pas à la naissance de l'Univers, et la nature et la structure des disques protoplanétaires, que l'on essaie de relier au système solaire, à sa genèse et à la formation des océans terrestres.

Il faut noter aussi que la plus grosse partie de l'émission des galaxies se fait dans l'infrarouge lointain. La lumière des étoiles, principalement dans l'ultraviolet et le visible, est absorbée par la poussière, qui réémet l'énergie absorbée dans l'infrarouge lointain et le domaine submillimétrique. Grâce aux instruments P.A.C.S. et Spire, cette partie du spectre électromagnétique est enfin bien couverte et on peut maintenant obtenir toute la distribution de l'énergie émise par les galaxies, depuis les rayons X jusqu'aux ondes radio, et disposer d'un bilan complet pour chaque galaxie.

L'apport de Herschel à notre connaissance et à notre compréhension de l'Univers est considérable, étant donné qu'une grande partie de ce domaine de longueurs d'onde restait inexplorée et que beaucoup reste à découvrir. Il faudra plusieurs années après l'arrêt de Herschel pour que l'ensemble des données collectées soient analysé, compris et modélisé. Nous ne mentionnerons ici que quelques-uns des principaux résultats.

Cosmologie et galaxies lointaines

Le fond du ciel présente dans l'infrarouge lointain des fluctuations qui sont attribuées à des galaxies qu'il est impossible de résoudre. Avec sa haute résolution angulaire, P.A.C.S. permet de réévaluer ces fluctuations, qui montrent que ces galaxies sont groupées dans des halos de matière sombre dont la masse est comparable à celle de la Voie lactée. Cette masse semble coïncider avec la masse optimale pour obtenir un taux élevé de formation d'étoiles. Les lentilles gravitationnelles sont aussi à l'honneur ; P.A.C.S. et Spire excellent à les repérer et peuvent étudier aussi bien la lentille (une galaxie souvent très massive) que les galaxies amplifiées, qui seraient trop faibles pour être vues normalement car trop lointaines. Cela permet de sonder l'Univers lorsqu'il était encore très jeune. Les galaxies lointaines ont été très actives pour former tous les éléments depuis le carbone par le processus de la nucléosynthèse. À quel rythme ? Herschel peut répondre à cette question, car la poussière que contiennent ces galaxies ne constitue pas un obstacle, comme en optique, mais au contraire la réponse cherchée.

Galaxies proches

Les galaxies dans les amas entrent en collision ou fusionnent, provoquant des flambées de formation d'étoiles, alimentant le trou noir supermassif en leur centre, transformant des galaxies spirales en galaxies elliptiques. Dans les amas proches, Herschel voit la poussière qui est arrachée aux galaxies lors des collisions, ainsi que l'enrichissement des amas en poussière. Il a vu aussi, par exemple, le noyau actif de Markarian 231 qui est en train de vider cette galaxie de son gaz moléculaire en l'éjectant massivement et à très haute vitesse. Ce processus constituerait le chaînon manquant permettant d'expliquer comment une galaxie spirale riche en gaz et en étoiles jeunes se transforme en une galaxie elliptique géante dépourvue de gaz et à la population d'étoiles vieilles. Dans M82, autre galaxie très active et brillante, ce ne sont pas les vents violents liés à la flambée de formation stellaire qui extraient le matériau, mais un effet de marée ; on y a aussi découvert de la vapeur d'eau à grande échelle, un résultat inattendu qui apporte un éclairage nouveau sur les conditions physiques régnant au sein de cet objet. La résolution élevée de Herschel excelle à repérer ces galaxies.

Milieu interstellaire galactique

De vastes régions de notre Galaxie ont été cartographiées par Herschel. Toutes ont révélé une structure filamenteuse avec, le long des filaments, de nombreux « nœuds » qui ont été identifiés à des cœurs préstellaires, c'est-à-dire à des cœurs très denses de gaz et de poussière proches de l'effondrement qui les transformera en proto-étoiles. Les statistiques réalisées à partir de ces observations montrent que la distribution en masse de ces cœurs est très semblable à celle des étoiles ; on peut en conclure que la masse des étoiles découle directement de la masse des cœurs, un résultat qui est moins évident que l'on pourrait le penser. Herschel révèle la formation d'étoiles par propagation ; l'onde de choc de la région H II entourant une étoile massive naissante (gaz interstellaire ionisé par le rayonnement ultraviolet de l'étoile et formant les nébuleuses gazeuses) provoque l'effondrement du nuage et la formation de nouvelles étoiles. Ce principe est connu mais est difficilement vérifiable. Dans l'infrarouge lointain, la poussière devient transparente et révèle ces proto-étoiles enfouies très profondément au bord des cavités des régions H II (reste de supernova N49, RCW 120...).

Nébuleuse de la Rosette

Photographie : Nébuleuse de la Rosette

La nébuleuse de la Rosette (NGC 2237) vue par le satellite Herschel. De nouvelles générations d'étoiles naissent au sein de cet immense amas de poussière, de gaz et d'étoiles. Cette image composite en fausses couleurs rassemble les observations réalisées dans trois domaines de longueurs... 

Crédits : HOBYS Key Programme Consortia/ PACS&SPIRE Consortium/ ESA

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Nébuleuse IC 5146

Photographie : Nébuleuse IC 5146

La nébuleuse IC 5146, ou nébuleuse du Cocon, vue par le satellite Herschel, qui met en évidence dans l'infrarouge 27 filaments gazeux au sein desquels naissent des étoiles. Ces filaments ont tous une épaisseur de l'ordre de 0,3 année-lumière. 

Crédits : ESA

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H.I.F.I. effectue l'inventaire de toutes les molécules présentes dans les différentes sources du milieu interstellaire (parmi lesquelles Orion, la nébuleuse la plus célèbre de ce milieu interstellaire : plusieurs dizaines de milliers de raies ont été détectées !). Herschel a découvert des hydrures (OH+, H2O+, H2Cl+) et en a confirmé d'autres, à peine entrevus auparavant (HF, CH+, H3O+). HF se révèle un excellent traceur des zones moléculaires diffuses où CO est absent. La chimie de l'oxygène (étude de H2O, O2, CO, OH, et de leurs ions) et de l'azote (NH, NH2, NH3...) est pour la première fois étudiée en détail. Ces espèces chimiques sont à l'origine de la présence des molécules les plus abondantes dans le milieu interstellaire, que l'on ne parvient pas encore à bien modéliser. H2O et CO permettent des études fouillées sur les conditions physiques autour des étoiles naissantes, des zones de choc dans les flots bipolaires, et des disques protoplanétaires.

Étoiles mourantes

Les étoiles en fin de vie rejettent dans le milieu interstellaire les produits de la combustion nucléaire, parfois en explosant (supernovae). Certaines forment ainsi une enveloppe très dense dans laquelle des molécules et des grains de poussière se forment. Herschel fait l'inventaire chimique de ces objets et y étudie la formation de la poussière.

Système solaire

L'étude du rapport deutérium/hydrogène de l'eau dans les comètes a représenté une activité importante de Herschel car les scientifiques [...]

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Télescope spatial Herschel

Télescope spatial Herschel
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Nébuleuse de la Rosette

Nébuleuse de la Rosette
Crédits : HOBYS Key Programme Consortia/ PACS&SPIRE Consortium/ ESA

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Nébuleuse IC 5146

Nébuleuse IC 5146
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Écrit par :

  • : astrophysicien, directeur de recherche au C.N.R.S., directeur adjoint du laboratoire d'étude du rayonnement et de la matière en astrophysique

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Dans le chapitre « Chronologie de la mission Planck »  : […] En observant de l'infrarouge au domaine millimétrique, la mission Planck et la mission conjointe Herschel de l'ESA vont permettre d'accomplir des progrès majeurs dans la compréhension de nos origines, qu'il s'agisse des systèmes planétaires, des étoiles, des galaxies ou de l'Univers lui-même. En 1993, le projet est présenté à l'ESA sous le nom de Cobras/Samba (Cosmic Background Radiation Anisotrop […] Lire la suite

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Pour citer l’article

Laurent PAGANI, « HERSCHEL MISSION », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 26 novembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/mission-herschel/