Lettre scientifique Décembre 2016

Aux origines de la formation stellaire : Recensement des associations jeunes proches du Soleil

 

Empreintes des 18000 images analysées dans l’étude des Pleiades, au dessus de l’observatoire de Mauna Kea. Chaque couleur représente une caméra différente. La lune est représentée en haut à gauche pour donne une idée de l’échelle.

Malgré les incroyables progrès obtenus au cours des deux dernières décennies, l’étude des populations d’objets jeunes est encore loin d’être complète. Nous n’avons qu’une connaissance approximative de la fonction de masse dans le régime sub-stellaire, nous ne connaissons pas sa limite dans le régime des masses planétaires, ou si sa forme est universelle. Les échantillons actuels sont en effet trop contaminés ou trop incomplets pour répondre à ces questions fondamentales. Car ident i f ier les membres sub- s tel l a i res d’associations jeunes est un défi observationnel similaire à la parabole de l’aiguille dans la botte de foin: il faut identifier quelques dizaines d’objets sub-stellaires parmi des millions d’objets extragalactiques qui ont des luminosités et couleurs très similaires…

 

Dans ce contexte, la mission Gaia est sur le point de mener à une véritable révolution. Grâce à sa sensibilité et sa précision sans précédent, elle va permettre de faire des recensement très précis des associations jeunes du voisinage solaire. Les membres d’associations jeunes n’ont pas encore eu le temps de se disperser et sont tous situés à peu près à la même distance et se déplacent tous plus ou moins à la même vitesse, héritée du nuage moléculaire dans lequel ils sont nés. Les objets situés à la même distance et ayant la même vitesse que l’amas sont donc très certainement des membres de cet amas.

Malheureusement, Gaia aura deux restrictions importantes :

‣ Il est limité à G=20mag, ce qui correspond à environ 0.025M⊙ dans le meilleur des cas, alors que la fonction de masse s’étend au moins jusqu’à 0.005M⊙. Or les objets les moins massifs sont les plus informatifs, car ils sont particulièrement sensibles aux conditions initiales et aux mécanismes à l’oeuvre dans les premières étapes de la formation stellaire.

‣ Il observe dans le visible, et sera fortement affecté par les nébulosités et l’extinction des nuages moléculaires omniprésents dans les associations jeunes, là où la formation stellaire est justement en train de se produire.

 

 

Le projet COSMIC DANCE, que je coordonne depuis plusieurs années (financé par une ERC Consolidator depuis 2016), complétera Gaia dans ces deux domaines en mesurant des mouvements propres bien au delà de la limite de Gaia pour détecter les objets les moins massifs, et dans l’infrarouge, pour sonder les cœurs enfouis des amas jeunes.

Le projet s’articule autour de deux outils :

evolution
Evolution de la précision astrométrique et de la sensibilité (code de couleur) dans les
études de l’amas des Pleiades. Pendant presque un siècle, la précision s’est améliorée
d’un facteur 2 à 3. Avec nos outils, nous avons gagné un facteur 10 à 20. Dans le futur
proche, nous espérons gagner encore un facteur 2, atteignant une précision comparable
à celle de Gaia, mais 4 a 5 magnitudes plus profond.

‣ Analyse astrométrique: mesurer des mouvements propres précis est très difficile depuis le sol. La turbulence atmosphér ique et les défaut s optiques des instruments compliquent l’analyse. La seule façon de réduire les incertitudes est d’avoir une grande base de temps. Au lieu de commencer un programme d’observation qui durerait 10 ou 15 ans, nous avons choisi de tirer profit des archives astronomiques. Elles contiennent des dizaines de milliers d’images obtenues depuis l’avènement des caméras grand champ il y a une vingtaine d’années. La difficulté consiste à pouvoir analyser de manière automatique ces milliers d’images brutes (plusieurs Tera-octets) provenant de caméras très différentes, de corriger leurs distortions, et de les combiner.

‣ Analyse statistique: une fois les mouvements propres de millions d’objets mesurés, il reste encore à identifier les membres. Pour résoudre ce problème de “Big Data” hautement multidimensionnel, nous avons développé de nouveaux outils basées sur des techniques modernes d’analyse statistique et de data mining. Ces outils sont très exigeants en terme de puissance de calculs, puisqu’il faut calculer des probabilités d’appartenance pour des millions de sources, avec un modèle complexe de plus de 80 paramètres libres, en tenant compte des incertitudes et des données manquantes. Ces outils sont bien sûr prêts à ingérer les données de Gaia et les combiner avec nos mesures photométriques, pour couvrir tous le domaines de masse.

 

La combinaison de ces deux outils nous a permis de presque doubler le nombre de membres connus dans l’amas des Pleiades, et de multiplier par 5 le nombre de membres sub-stellaires. Dans les mois qui viennent, nous allons nous attaquer à une vingtaine d’amas situés entre 120 et 500 parsec et ayant des âges entre 1 et 60 Ma. Les catalogues produits sont extrêmement riches et contiennent des mesures photométriques multiépoques (sur 15 à 20 ans) et multi-longueurs d’onde (de l’ultraviolet à l’infrarouge proche) qui offrent des possibilités nouvelles pour l’étude de nombreux phénomènes astrophysiques variés! Si vous pensez que ces mesures pourraient être utiles à vos études, n’hésitez pas à me contacter.

Evolution de la précision astrométrique et de la sensibilité (code de couleur) dans les études de l’amas des Pleiades. Pendant presque un siècle, la précision s’est améliorée d’un facteur 2 à 3. Avec nos outils, nous avons gagné un facteur 10 à 20. Dans le futur proche, nous espérons gagner encore un facteur 2, atteignant une précision comparable à celle de Gaia, mais 4 a 5 magnitudes plus profond.

Pour aller plus loin : http://www.hervebouy.org/

Contact au LAB : Hervé Bouy