Satellite GAIA

GAIA cartographie la Voie Lactée

GAIA est un projet de l’Agence spatiale européenne (ESA), le satellite a été lancé le 19 décembre 2013 depuis la Guyane française par une fusée Soyouz. Cette mission a pour objectif de cartographier en 3D notre Voie Lactée, avec une précision allant jusqu’à 7 microsecondes d’arc ou 7/3600e de degré pour les étoiles les plus brillantes (magnitude 12 et moins) à 300 microsecondes d’arc pour les étoiles les plus faibles (magnitude 20). Cela permettra aux scientifiques de recueillir les données de plus d’un milliard d’objets et de mieux comprendre les mécanismes de formation des galaxies, le fonctionnement interne des étoiles, l’influence de la matière noire et la courbure des rayons lumineux due aux effets gravitationnels.
La sonde de 2 tonnes, possède 3 détecteurs installés sur l'un des deux télescopes, qui pourront faire environ 75 mesures d’astrométrie, de photométrie et de spectroscopie sur chaque objet observé. Elle relèvera la position, la vitesse, la brillance et la distance par rapport à la Terre de chacune des étoiles pointées par ses télescopes. GAIA est donc l'arpenteur de la Galaxie, la sonde enverra pendant 5 ans, plus d'un petaoctet de données (1000 To) qui seront traitées par le CNES et 30 laboratoires internationaux.
Grâce au recensement de toutes ces étoiles, les astronomes pourront identifier différentes générations de populations stellaires, et reconstituer leur trajet dans l’espace et le temps. Le but est produire l’image la plus détaillée possible de la structure de notre Galaxie et de prévoir son évolution. 
Les relevés, d'une précision inégalée, vont alimenter les scientifiques pendant des décennies. GAIA est capable de mesurer l’épaisseur d’un cheveu situé à 1000 km de distance. Pour mesurer la distance des étoiles GAIA utilise la méthode de la parallaxe stellaire. Cette méthode géométrique ancienne consiste à viser l’étoile deux fois, à six mois d’intervalle. Autrement dit, les astronomes mesurent l'angle de parallaxe en mesurant la position d'une étoile depuis une position de la Terre sur son orbite et mesurent à nouveau, 6 mois plus tard, lorsque la Terre est de l'autre côté du Soleil, alors qu'elle a parcouru 300 millions de km. Plus l'étoile est proche, plus l'angle de parallaxe est grand, cet angle nous donne directement la distance de l'étoile. En connaissant la distance d’une étoile, on peut déterminer ses principales caractéristiques, sa luminosité réelle, son âge, sa masse, sa température. Pour cela il faudra connaitre en permanence la distance entre ces deux fenêtres de tir et donc connaitre très précisément la position de GAIA.

La surveillance en continu depuis le sol terrestre sera assurée par un réseau de télescopes, afin de positionner GAIA au centième de seconde d’arc près, cela signifie que le satellite devra resté confiné dans un rayon de 100 mètres. Ce dispositif, dit GBOT (Ground Based Optical Tracking), vient en complément des méthodes radio de l’ESA.
Dans une petite bulle de 12 années-lumière de diamètre centrée sur le Soleil, on compte déjà 31 étoiles. Mais dès que GAIA aura pointé ses deux télescopes en carbure de silicium, vers des distances lointaines, de l'ordre de 30 000 années-lumière, il pourra détecter des centaines de milliers d'étoiles et même des exoplanètes de la taille de Jupiter. GAIA devrait détecter 1000 à 2000 céphéides dans la Voie lactée, comme la distance sera parfaitement connue, cela permettra de calibrer avec précision la méthode de mesure. La sonde européenne étudiera aussi près de 500 000 quasars et par l’observation à grande échelle du mouvement des étoiles, Gaia nous montrera la distribution de la matière noire. Peut-être que ses mesures apporteront des réponses à l'un des problèmes majeurs de l'astrophysique moderne, celui de la nature de l'essentiel de la matière de l'univers.
Grâce à la grande précision de la sonde, les mesures scientifiques de Gaia permettront de tester encore plus finement la théorie de la théorie générale de la relativité d’Einstein. Il est probable que des effets gravitationnels habituellement invisibles apparaissent clairement dans les données. Et enfin, grâce à la précision de ses mesures photométriques et astrométriques, Gaia pourra voir des milliers exoplanètes par la méthode du transit puisque chaque objet doit être vu plusieurs dizaines de fois durant la mission. La puissance de calcul nécessaire pour traiter toutes ses données est estimée à 6 teraflops (6 000 milliards d’opérations par seconde). Le volume de données à traiter sera de l’ordre du million de milliards d’octets, soit la capacité de 250 000 DVD.
Gaia observera le ciel profond sur une orbite privilégiée autour du Soleil. Cet emplacement spécial est le point de Lagrange L2. Le point L2 est un endroit privilégié pour observer l'univers car c'est un environnement thermique extrêmement stable. Il est situé à 1,492 millions de km de la Terre sur la ligne définie par la Terre et le Soleil. Depuis 2009, se trouvent sur cette orbite, le satellite Planck Surveyor et Herschel. Ce point de Lagrange L2, suit la Terre pendant que nous orbitons autour du Soleil, ainsi le Soleil, la Terre et la Lune sont toujours en dehors du champ visuel des instruments.

Image : Le satellite Gaia, construit à Toulouse (France) par Astrium. Dans la Grèce antique, au IIe siècle avant notre ère, Hipparque de Nicée (-190 à -120 av. J.C.) mesura minutieusement à l’œil nu la position de plus d’un millier d’étoiles. Hipparque a produit le premier catalogue stellaire. Hipparcos (HIgh Precision PARallax COllecting Satellite), le premier satellite d’astrométrie (1989- 1993), a fourni les coordonnées célestes de quelque 120 000 étoiles, avec une précision 10 à 100 fois plus grande que les catalogues précédents, établis à l’aide d’instruments au sol. Après le satellite Hipparcos, c'est au tour de GAIA, le géomètre-topographe, d'arpenter la Galaxie avec des miroirs nettement plus grands, et de cartographier en 3D plus d’un milliard d’objets (étoiles, planètes, pulsar, quasars,...). Avec Soyuz, Ariane 5 et Vega au Centre Spatial Guyanais, Arianespace est le seul opérateur au monde à lancer toutes les charges vers toutes les orbites, des plus petits aux plus grands satellites géostationnaires, des grappes de satellites pour les constellations à la desserte de la Station spatiale internationale (ISS). Crédit : astronoo