Il y a 10 ans, le télescope spatial Gaia partait arpenter notre Galaxie
ESA
Gaia… divinité grecque – en référence à la terre, mère des Titans (dieux qui ont précédé les légendaires dieux de l’Olympe) – faisait partie, dans la cosmogonie d’Hésiode, des premiers dieux qui ont contribué à organiser l’univers après Chaos (premier dieu qui était « l’espace préexistant à toutes les choses »). Plus de deux mille ans plus tard, à l’occasion d’une mission d’astronomie devant recenser et mesurer la position de millions d’étoiles dans notre Galaxie, les scientifiques baptisent leur précieux satellite du nom de la mythique déesse terre – également l’acronyme initial de Global Astrometric Interferometer for Astrophysics mais dont le projet a évolué tout en conservant le nom de Gaia.
En octobre 2000, le projet Gaia est décidé par le Comité du programme scientifique de l’ESA. Celui-ci doit alors prendre la suite d’Hipparcos, un télescope spatial qui entre 1989 et 1997 a, depuis une orbite elliptique, établi un véritable atlas à partir de millions de mesures. Au final, il a livré la position de plus de 2,5 millions d’étoiles. Avec Gaia, les spécialistes attendent un atlas de plus de un milliard d’étoiles (et autres objets célestes), avec 50 fois plus de précision et à une échelle beaucoup plus importante.
Construit par Astrium (intégrant fin 2013 Airbus Defence & Space), Gaia, d’une masse totale d’environ deux tonnes, embarque deux télescopes optiques avec trois instruments spécifiques (analysant la lumière collectée par les télescopes) : un astromètre pour mesurer la position angulaire des étoiles (d’une magnitude de 5,7 à 20), un spectrophotomètre pour analyser la propriété des étoiles (température, masse, etc.) et un spectromètre à haute résolution pour évaluer la vitesse radiale des objets lumineux. Les télescopes, les instruments scientifiques et les appareils nécessaires au fonctionnement du satellite (ordinateur, télécommunications, etc.) se trouvent sur une plateforme d’environ 3 m de diamètre pour une hauteur de 1 mètre. Par ailleurs, la base est entourée de panneaux pour protéger le satellite des rayonnements du Soleil. Quant à l’énergie, elle est fournie par des cellules solaires fixées à la base de la plateforme.
Pour gérer et exploiter les données récoltées par Gaia, est mis en place en 2006 le Consortium de traitement et d’analyse des données ou Data Processing and Analysis Consortium (DPAC). Celui-ci rassemble les différents protagonistes du programme, soit environ 430 scientifiques et ingénieurs spécialistes des logiciels et du traitement de données. Regroupant 24 nations (la plupart européennes), le DPAC est placé sous l’autorité du français François Mignard (Observatoire de la Côte d’Azur, Nice), à qui a succédé en 2012 le néerlandais Anthony Brown (Observatoire de Leyde, Pays-Bas). Quant aux traitements des données, ils sont effectués dans six centres européens : à l’European Space Astronomy Center (ESAC de l’ESA) en Espagne, au Centre national d’études spatiales (CNES) de Toulouse en France, à l’Institute of Astronomy de Cambridge au Royaume-Uni, à l’Observatoire de Genève en Suisse, à l’Osservatorio Astrofisico di Torino (OATo) en Italie et au Barcelona Supercomputing Center (BSC) en Espagne. Soulignons que notre pays tient une place importante en s’occupant des algorithmes liés aux vitesses radiales des étoiles et aux propriétés physiques (température, composition chimique, masse), mais aussi sur ceux liés aux petits corps du système solaire, aux objets extragalactiques et aux étoiles multiples.
Lancé avec succès le 19 décembre 2013 par une fusée russe Soyouz-Fregat depuis le CSG de Guyane, Gaia rejoint le 8 janvier suivant le point de Lagrange L2, à 1,5 million de kilomètres de la Terre, un endroit privilégié comme le souligne l’astrophysicienne Fabienne Casoli, chef du service Sciences de l’Univers à la direction des programmes du CNES : « Quand on positionne un satellite d’observation dans cette zone, il reste dans une configuration stable vis-à-vis de la Terre et du Soleil, c’est-à-dire que vous imaginez le satellite, la Terre et le Soleil sont alignés et au fur et à mesure que la Terre se déplace autour du Soleil, on garde cet alignement. C’est intéressant de pouvoir se mettre dos au Soleil. Du côté où observe Gaia, on n’est pas gêné du tout par la lumière du Soleil et on n’est pas gêné aussi par la lumière réfléchie par la Terre (…). C’est donc un point privilégié pour observer l’univers ». Le satellite devient opérationnel le 6 février 2014 avec la livraison d’une première image-test montrant l’amas d’étoiles NGC1818 du Grand Nuage de Magellan. Telle la déesse-mère Terre chargée de mettre un peu d’ordre face à Chaos, Gaia aide les scientifiques à y voir un peu plus clair dans tous ces objets se déplaçant dans notre Galaxie.
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Chaque jour, Gaia effectue plus de 600 millions de mesures ! En six mois, il scanne l’ensemble du ciel, puis il recommence. Ainsi, en moyenne sur cinq ans, une même étoile est observée 70 fois, Gaia peut ainsi obtenir des informations plus précises sur la propriété de chaque astre. Le 14 septembre 2016, le DPAC publie le premier « livre des étoiles » faisant état des observations de Gaia que certains considèrent comme un « trésor scientifique ». D’autres volumes suivent en avril 2018 et juin 2022 avec des données sur plus de 1,8 milliard d’étoiles (soit à peine 1 % des étoiles de la Voie Lactée !), mais aussi d’astéroïdes, de géocroiseurs, de galaxies, de quasars, d’exoplanètes…
In fine, Gaia apporte de précieuses informations sur la distance, le mouvement et la détermination de paramètres fondamentaux (masse, rayon, luminosité, température, composition chimique) de millions d’étoiles, permettant d’en savoir plus sur la formation et l’évolution de notre Galaxie (structure, déplacement, etc.). Plusieurs milliers d’exoplanètes de masse similaire à Jupiter (jusqu’à une distance d’environ 652 années lumière pour la plupart) sont également découverts. Gaia est aussi exploité pour étudier notre système solaire en observant des centaines de milliers d’objets (astéroïdes, planètes gazeuses, objets de la ceinture de Kuiper, etc.), tout en déterminant leur masse, leur orbite ou encore leur composition chimique. Enfin, Gaia permet aussi d’engranger des données sur d’autres objets plus lointains encore, comme des supernovae, de lointaines galaxies (principalement celles du Groupe Local), etc. Pour François Mignard, il ne fait aucun doute « on peut être fier du succès inconditionnel de cette mission »...
- Deux articles : « Observations et précisions », bilan des découvertes de Gaia, Université Paris Sciences & Lettres, novembre 2022, en ligne ; « La mission Gaia est plus productive que le télescope spatial Hubble », Vahé Ter Minassian, Le Monde, 13 juillet 2022.
- Le site du CNES consacre plusieurs articles, ainsi que des témoignages d’acteurs investis dans le programme Gaia à l’occasion des 10 ans de la mission
- Le site dédié de l’Observatoire de Paris Meudon consacré à Gaia
Philippe Varnoteaux est docteur en histoire, spécialiste des débuts de l’exploration spatiale en France et auteur de plusieurs ouvrages de référence