Gravitation - Missions spatiales

L'univers ultraviolet

Le riche héritage d'IUE

IUE

Vue d'artiste de l'observatoire spatial IUE dans l'espace (© NASA-ESA)

Du 11 au 14 novembre 1997, la cite espagnole de Séville a accueilli la conférence scientifique qui a constitué le point d'orgue de vingt ans d'exploitation d'IUE, satellite international d'exploration dans l'ultraviolet (de son nom anglais: International Ultraviolet Explorer). Dans le numéro de décembre 1996 de notre bulletin , nous avons déjà publié un premier bilan des "moissons d'IUE" récoltées tout au long de son épopée dans l'ultraviolet.

Des astronomes du monde entier ont passe en revue les résultats absolument exceptionnels de cette mission. A cette occasion, l'équipe du projet a présenté à la communauté scientifique les archives définitives qu'elle a constituées en retraitant l'ensemble des observations réalisées. La mine de données ainsi mise a la disposition des astronomes leur permettra de faire de nouvelles découvertes dans les années a venir.

Le satellite IUE a battu tous les records de longévité et surtout de productivité de l'histoire de l'astronomie spatiale. Projet réalise en commun par l'ESA, la NASA et le Royaume-Uni, IUE a été mis sur orbite le 26 janvier 1978 pour une mission qui devait durer trois ans. Dix huit ans et sept mois plus tard, il fonctionnait encore vingt-quatre heures sur vingt-quatre et continuait à engranger des données d'un grand intérêt pour les astronomes. Les dernières observations ont été réalisées le 26 septembre 1996 à partir de la station sol de l'ESA à Villafranca (Espagne); quatre jours plus tard, le satellite était désactive.

Depuis lors, les équipes de Villafranca et du Centre spatial Goddard de la NASA ont retraité, grâce aux technologies de l'information et aux moyens de traitement les plus récents, 100.000 spectres ultraviolets de comètes, de planètes, d'étoiles, de galaxies et de quasars, recueillis par le satellite tout au long de sa mission. Les archives définitives d'IUE sont d'ores et déjà accessibles sur Internet pour les centaines d'utilisateurs qui en ont fait la demande. Les derniers éléments (environ 2% du total des données) seront intégrés d'ici fin novembre. L'ESA a présenté également à Séville un système très convivial de consultation, de sélection et de distribution de produits de données qu'elle a dénomme INES (pour IUE Newly Extracted Spectra).

Les archives définitives d'IUE sont le troisième ensemble de données majeur que l'ESA propose depuis le début de l'année à la communauté internationale des astronomes. Début 1997, l'Agence avait déjà diffusé les catalogues Hipparcos et Tycho, qui contiennent les données d'astrométrie d'une précision inégalée enregistrées par son satellite Hipparcos.

"L'astronomie spatiale a donné l'exemple en livrant des données d'une qualité exceptionnelle et en mettant ses archives à la disposition de la communauté scientifique", affirme Roger Bonnet directeur du Programme scientifique de l'ESA. "Aujourd'hui, les observatoires au sol en font autant. Les données léguées par IUE seront communiquées aux chercheurs de façon à ce qu'ils puissent continuer à les exploiter longtemps après la mise hors service du satellite."

La spectroscopie dans l'ultraviolet

IUE a analysé l'univers ultraviolet dans les longueurs d'onde comprises entre 1150 et 3200 angströms, qui ne peuvent franchir l'atmosphère terrestre.

De son poste d'observation au-dessus de l'atmosphère, IUE a enregistré des spectres faisant apparaître l'intensité du rayonnement émis à différentes longueurs d'onde par des objets célestes prédéfinis. Pour un astrophysicien, les spectres en disent beaucoup plus long que les images sur les mécanismes qui génèrent et dissipent l'énergie des objets. Un spectre UV donne en effet des indications sur les paramètres tels que température, mouvement, magnétisme et composition chimique.

Les astronomes ont donc obtenu avec IUE une bien meilleure image des atmosphères brûlantes des étoiles. Même l'atmosphère très chaude du Soleil, étoile calme de taille moyenne dont le comportement est maintenant suivi en permanence par le satellite SOHO de l'ESA et de la NASA, émet dans l'ultraviolet. Les surfaces brûlantes d'autres étoiles, allant des petites naines blanches aux étoiles massives, émettent elles aussi dans ces longueurs d'onde. Les gaz stellaires, violents et à haute température, affectent profondément le comportement de l'environnement des étoiles et des compagnons qui se situent sur leur trajectoire. IUE a jeté un éclairage nouveau sur le comportement d'un vaste ensemble d'étoiles de types différents, au point que les astrophysiciens seront peut-être amenés à réviser radicalement certaines de leurs hypothèses.

D'autres participants se sont penchés sur la contribution d'IUE à l'étude des galaxies. En effet, celles-ci témoignent également d'une activité très fébrile dans l'ultraviolet. Lors d'une campagne spéciale, une équipe internationale a fait appel à IUE pour observer environ soixante fois en l'espace de huit mois la très violente galaxie NGC 5548.

Ces observations ont permis de découvrir les phénomènes provoques, à l'échelle de plusieurs semaines, par des éruptions se propageant du noyau brûlant de la galaxie vers des régions adjacentes moins chaudes. Pour ce qui est de la galaxie NGC 7469, observée simultanément par IUE et par le satellite Rossi XTE fonctionnant dans le rayonnement X, cette échelle de temps n'a été que de quelques jours.

Les quasars sont des galaxies éruptives très éloignées. Leur observation dans l'ultraviolet par IUE et, récemment par Hubble, apporte quelques renseignements particuliers sur la nature des gaz présents dans l'espace intergalactique quasiment vide ainsi que sur la formation des éléments chimiques au sein des galaxies. Les études de quasars occupent d'ores et déjà une place importante dans la compréhension de la nature et de l'évolution de l'Univers au sens large.

Les données recueillies dans l'ultraviolet sur la formation des éléments laissent entendre qu'il y avait beaucoup plus d'étoiles massives, nettement plus grandes que le Soleil, au temps où les galaxies étaient jeunes.

Les avantages d'une longévité

La longévité d'IUE a permis aux astronomes de réexaminer de nombreux objets sur une période de presque vingt ans et de les voir évoluer. L'étude prolongée du trou noir de 3C390.3 en est la parfaite illustration.

La supernova 1987A illustre elle aussi de façon très éloquente les avantages d'une mission de longue durée. A mi parcours de la mission d'IUE, son explosion a été observée dans le Grand Nuage de Magellan, galaxie voisine de la notre, et IUE a été le premier télescope à avoir été pointé vers cette supernova. Il a permis d'identifier avec précision l'étoile qui avait explose ainsi que les éléments chimiques présents dans ses débris, mettant aussi en évidence un anneau de gaz et de poussières préexistant autour de l'étoile. Pendant les neuf années qui suivent, IUE a de nouveau observé 1987A à plusieurs reprises, ce qui a permis, d'analyser comme jamais auparavant l'évolution initiale des restes d'une supernova. Des explosions d'étoiles moins spectaculaires, les novae, ont elles aussi été souvent retenues comme cibles occasionnelles pour les observations d'IUE.

A l'occasion du retour de la Comète de Halley en 1985-1986, IUE a mesuré la vitesse à laquelle cet objet spectaculaire éjectait de la vapeur d'eau dans l'espace. Mais d'autres comètes, venues par surprise, ont également été dans la ligne de mire d'IUE, de Sergeant en 1978 à Hale-Bopp en 1986. Les astronomes ont brossé un tableau détaillé des comètes observées dans l'ultraviolet à différents stades de leur évolution et à des distances différentes du Soleil, tableau qui leur a beaucoup appris sur la façon dont ces objets réagissent et se transforment lors de leurs rares passages au voisinage du Soleil et de la Terre. IUE a vécu suffisamment longtemps pour avoir la chance d'observer des événements rares. Il comptait plus de seize ans de bons et loyaux services lorsque la comète Shoemaker-Levy a percuté Jupiter en juillet 1994. La collision ayant été prévue longtemps à l'avance, IUE a pu observer Jupiter dans son état normal, puis enregistrer les changements survenus dans son spectre UV pendant et après les impacts des fragments de la comète.

Le "choucou" des astronomes

IUE a été la source de résultats opérationnels et scientifiques remarquables. Ses observations ont déjà donne lieu à plus de 3600 articles scientifiques, publiés par plus de 3000 astronomes de 25 pays. A cela s'ajoutent quelque 500 thèses de doctorat témoignant de l'intérêt porte à cette mission dans les universités du monde entier. Les astronomes amateurs ont également affiché beaucoup d'enthousiasme pour IUE, qui leur a permis de nouer des relations très précieuses avec des astronomes professionnels.

"Bien qu'IUE n'ait jamais suscité le même engouement que le télescope Hubble, il a toujours été le chouchou des astronomes professionnels", fait remarquer Willem Wamstecker, astronome néerlandais responsable du projet IUE a l'ESA. "Les astronomes ont pu se rendre à Villafranca ou au centre Goddard pour superviser les opérations comme s'ils s'étaient trouvés dans un observatoire au sol. Vers la fin de sa mission, ils ont même pu conduire leurs observations a distance, sans quitter leurs laboratoires. Il y a fort à parier que les historiens de l'astronomie verront dans IUE le symbole d'un grand changement dans les pratiques de la profession. Avec IUE, les observatoires spatiaux sont passés du stade de l'outil réserve à quelques spécialistes high-tech à celui d'instrument accessible à l'ensemble des astronomes."

La conférence de Séville qui s'est terminée par un passage en revue des perspectives à venir dans le domaine de l'astronomie ultraviolette. Le Télescope spatial Hubble et certaines missions de la Navette américaine offrent des occasions limitées en matière de spectroscopie UV. C'est également le cas pour la mission XMM dans le rayonnement X, de l'ESA. La seule mission confirmée qui soit spécifiquement consacrée à l'astronomie dans ultraviolette est celle du satellite FUSE de la NASA, de portée et de durée toutefois limitée, dont le lancement est prévu en 2000.

Avec l'expérience d'IUE, les astronomes des pays en développement sont convaincus qu'ils pourront eux aussi participer à des observations spatiales sans quitter leur pays. L'ESA a contribué à encourager ces ambitions. La question de la création d'un Observatoire spatial mondial, recommandée lors d'un atelier ONU/ESA organisé en 1996 au Sri Lanka, a été évoqué à Séville dans le contexte des futurs moyens de l'astronomie UV envisageables pour l'avenir.

Entre-temps, il sera difficile de trouver un remplaçant à IUE. Aucune des missions approuvées à venir ne réunira les deux avantages que sont un large domaine spectral et une grande souplesse d'opérations. Les données d'IUE font déjà défaut aux campagnes d'astronomie actuelles, qu'il s'agisse de l'étude des aurores planétaires ou de l'analyse des mystérieux et spectaculaires sursauts gamma dans l'Univers lointain. Toutefois, loin d'être négative, la perte éprouvée par les astronomes est un hommage au satellite qui a dominé, presque vingt ans durant, l'astronomie dans l'ultraviolet.

Pierre Bastin

(Cet article a été publié dans la revue "Le Ciel", bulletin de la Société astronomique de Liège, de décembre 1996)


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