Astrophysique spatiale

Astrophysique
spatiale
La mise en orbite d’observatoires spatiaux bénéficie largement aux recherches en
astrophysique. En effet, l’atmosphère terrestre est opaque à la plus grande partie du
rayonnement électromagnétique. Pour observer les astres dans les fenêtres gamma,
X, ultraviolettes et infrarouges, des télescopes doivent donc être placés au-dessus
de l’atmosphère. En outre, celle-ci est sujette à des mouvements turbulents qui
causent la scintillation des étoiles observée depuis le sol et limitent le pouvoir de
séparation angulaire.
L’astrophysique spatiale à l’ULB
Les recherches en astrophysique menées à l’Institut d’Astronomie et d’Astrophysique (IAA)
concernent l’évolution et la structure des étoiles simples ou binaires, et la dynamique
de notre Galaxie.
Au cours de leur évolution, les étoiles transmutent les éléments chimiques par des réactions
nucléaires. Les signatures de ces transmutations apparaissent à la surface des étoiles, qui
présentent dès lors des anomalies de composition chimique (par rapport à la référence
que constitue la composition chimique du système solaire). L’équipe de l’IAA a ainsi décou-
vert des étoiles riches en carbone, fluor, plomb ou technétium, ce dernier étant un élément
chimique sans aucun isotope stable. Pour détecter ces éléments chimiques, il est souvent
nécessaire de recourir aux télescopes spatiaux, car les signatures de ces éléments ne sont
visibles que dans l’ultraviolet ou l’infrarouge.
Lors des stades avancés de leur évolution, les étoiles éjectent une grande partie de leur
matière dans le milieu interstellaire sous la forme d’un «vent» stellaire (voir l’image de la
Nébuleuse de la Méduse ci-dessus). Ce vent donne naissance aux poussières d’étoiles,
qui sont détectables par leur rayonnement infrarouge. L’IAA contribue à l’analyse des don-
nées recueillies par le satellite Herschel de l’Agence Spatiale Européenne, et ces données
permettent de préciser la minéralogie de ces grains de poussière, dont certains se retrou-
vent aujourd’hui au sein des météorites tombant sur la Terre.
Vue d’artiste du satellite Gaia (Agence Spatiale Européenne); Nébuleuse de la
Méduse autour de l’étoile EP Aqr (Herschel; ESA)

La cartographie détaillée de notre Galaxie est un autre thème de recherches de l’IAA.
En 2013, l’Agence Spatiale Européenne lancera le satellite Gaia (illustré ci-dessus) qui
aura pour mission de recenser les positions et mouvements d’un milliard d’étoiles de
notre Galaxie. La précision sur les positions d’étoiles atteinte par ce satellite équivaut à
être en mesure de localiser la position d’une pièce d’un euro à la surface de la Lune. L’IAA
est impliqué (i) dans la préparation des logiciels utilisés par ce satellite pour découvrir tout
mouvement anormal d’une étoile, causé par exemple par la présence d’un compagnon
stellaire voire même planétaire ; (ii) dans les programmes de suivi au sol destinés à
caractériser la composition chimique des étoiles observées par Gaia, afin d’obtenir une
vision globale de l’évolution chimique et dynamique de notre Galaxie.
Les études
La filière à suivre pour mener ces recherches est le Master en sciences physiques (à
finalité approfondie) avec un travail de fin d’études et ensuite une thèse de doctorat en
sciences (physiques) réalisés à l’IAA. Quelques exemples de cours d’astrophysique
dispensés lors du Master en physique:
• Evolution des étoiles simples et binaires
• Astrophysique galactique
• Atmosphères stellaires
• Théorie de la nucléosynthèse
• Cosmochimie et planétologie
• Relativité générale
• Cosmologie
• Questions avancées d’astrophysique observationnelle
• Phénoménologie des particules et astroparticules
La diffusion de l’astronomie auprès du public
L’IAA participe activement au Cours Public d’Astronomie, donné actuellement sous
l’égide du Conseil de l’Education Permanente de l’ULB (CEPULB), mais initié par Adolphe
Quetelet en 1823 ! A l’issue du cours public (le mercredi à 19h, d’octobre à mars), les
participants sont invités à observer le ciel à la coupole astronomique du Campus du
Solbosch. Voir aussi le module d’astrophysique spatiale (http://www.astro.ulb.ac.be/
pmwiki/pub/CPA/Diapo/2008-2009/astro_spat_1.pdf).
L’asbl Clés pour l’Univers infuse l’astronomie dans des lieux d’enfermement (hôpitaux,
prisons, maisons de repos).
Pour tout complément d’information :
Cours d’astrophysique : http://www.astro.ulb.ac.be/pmwiki/Teaching
Master en physique : http://depphys.ulb.ac.be/?page_id=13
Cours public d’astronomie, tout public : http://www.astro.ulb.ac.be/CPA
Clés pour l’univers asbl : http://www.astro.ulb.ac.be/CPLU
Institut d’Astronomie et d’Astrophysique : http://www.astro.ulb.ac.be
Campus Plaine – CP 226 - Boulevard du Triomphe - 1050 Bruxelles
Tel : [phone] ou 02 6502834
E-mail : [email protected]
Service d’information sur les études à l’ULB : 02 650 36 36 : [email protected]

Repousser les frontières:
explorer l’espace pour
comprendre la Terre
- Comprendre la naissance de notre système solaire, d’un nuage de gaz et de poussière,
jusqu’aux planètes, lunes, astéroïdes et comètes tels que nous les observons
aujourd’hui.
- Comprendre les changements que notre Terre a vécus en 4.5 milliards d’années,
depuis une boule de magma inhabitable et sans cesse bombardée, jusqu’à ces
continents hospitaliers qui hébergent la vie.
- Comprendre comment cette vie a façonné, et transforme encore la surface terrestre.
- Comprendre l’impact des phénomènes géologiques naturels sur notre atmosphère
en l’observant depuis l’espace.
Observation satellite
Il y a quatre milliards d’années, les gaz émis par les volcans ont créé l’atmosphère primitive
de la Terre. Depuis lors ils n’ont cessé de contribuer à la régulation de sa composition
chimique. Par exemple, une injection massive de
gaz volcanique dans la stratosphère peut refroidir le
climat global de plusieurs degrés. A proximité du
volcan, les panaches de gaz provoquent des pluies
acides qui nuisent à l’agriculture et aux
écosystèmes. Les gaz volcaniques donnent aussi
des indications sur les conditions qui règnent à
l’intérieur du volcan. La mesure de leur composition
et de leur débit permet de prévoir les éruptions
dévastatrices.
Au Département des Sciences de la Terre et de
l’Environnement, nous développons des méthodes
pour mesurer un des principaux gaz volcanique, le dioxyde de soufre (SO2) avec des images
satellites. Nous validons également ces méthodes par des mesures simultanées depuis le
sol. Les satellites permettent d’observer les émissions de SO2 à une échelle plus large, afin
d’en évaluer l’impact sur l’atmosphère. Notre laboratoire surveille également, au moyen
d’images satellites, la température de lacs de cratères en Indonésie et aux Philippines.

Exploration spatiale
De 1969 à 1972, les différentes missions Apollo ont
rapporté sur Terre quelques centaines de kilos de
roches provenant de la Lune. Leur étude, toujours en
cours, a permis de comprendre le couple Terre-
Lune via la formation de la Lune suite a un impact avec
la Terre environ 50 millions d’années après la formation
du système solaire.
Depuis 1996, des petits robots (Pathfinder, 1996-
1997 ; Spirit et Opportunity, 2003-présent ; Phoenix,
2008-2009) parcourent la surface martienne pour
nous rapporter des photos, et surtout analyser la
chimie des roches rencontrées afin de nous donner des indications sur la composition
chimique de la croûte martienne. Les données collectées sont disponibles pour la
communauté des Sciences de la Terre afin de pouvoir les interpréter en terme de
composition de la planète Mars.
Météorites
L’étude des météorites nous offre un champ d’investigation infiniment plus vaste que celui
offert actuellement par l’exploration de la Lune et de Mars. Les météorites primitives
échantillonnent la ceinture d’astéroïdes, contenant des roches aussi vieilles que le
système solaire lui-même.
Leur étude permet de comprendre comment les différentes planètes se sont formées et
ont évolué. Certaines météorites lunaires viennent de la face cachée de la Lune, jamais
explorée par l’homme tandis que les météorites martiennes nous offrent une perspective
de la géologie de Mars que les robots ne peuvent pas encore donner. Chaque année, des
dizaines de météorites sont retrouvées, apportant chacune leur lot d’information sur notre
système solaire.
Au Département des Sciences de la Terre et de l’Environnement, plusieurs spécimens
de météorites sont analysés au moyen de techniques pointues de spectrométrie de
masse, permettant ainsi d’étudier la formation de notre système solaire, des planètes
rocheuses et finalement, de la Terre.
Pour plus de renseignements
Bachelier et master en Sciences de la Terre
Département des Sciences de la Terre et de l’Environnement
Faculté des Sciences
Campus du Solbosch
Bâtiment D, niveau 5
Contact :
Nadine Mattielli ([email protected]; 02/650.47.14)
Alain Bernard ([email protected]; 02/650.22.53)
http://www.ulb.ac.be/sciences/dste/
Service d’information sur les études à l’ULB : 02 650 36 36 : [email protected]

Gaia, au coeur d’une
mission spatiale
Même avec les télescopes les plus modernes, qu’ils soient au sol ou dans l’espace, aucune
étoile ne nous a jamais communiqué directement sa distance, sa composition chimique ou la
masse de son compagnon! Avant de pouvoir extraire un quelconque nouveau savoir des mesu-
res obtenues avec ces instruments. il importe d’en maîtriser les défauts, accidentels ou inerrant
à la technique d’observation, afin de les modéliser pour ensuite en débarrasser les observa-
tions. Nettoyées de ceux-ci, ces mesures seront modélisées pour, in fine, fournir les données
directement exploitables par les scientifiques ‘en col blanc’. Avec Gaia, que l’on soit ingénieur ou
astrophysicien théorique, statisticien ou informaticien, tout le monde peut trouver à quoi appli-
quer son expertise.
Gaia à l’ULB
La mission Gaia de l’Agence Spatiale Européenne (ESA) vise à observer durant 5 ans de l’ordre
du milliard d’étoiles. Son lancement est prévu pour le août 2013. Le satellite est doté d’instru-
ments pouvant mesurer à la fois la position, l’éclat et le mouvement des objets, permettant ainsi
la modélisation de la dynamique de notre Galaxie avec une précision jamais égalée. Afin de
convertir les observations en résultats scientifiques, l’ESA a fait appel à la communauté pour
qu’elle fournisse les outils tant matériels que logiciels. La mission ne sera un succès que si
tous ces rouages tournent sans le moindre accroc. Qu’on construise un détecteur des raies
spectrales des étoiles ou qu’on écrive la routine qui lit les signaux perçus par ce détecteur pour
en sortir la longueur d’onde de ces mêmes raies, le scientifique en col blanc ne sera content
que si toute la chaîne est au point.
La responsabilité scientifique d’un important segment de cette chaîne incombe à un membre de
l’Institut d’Astronomie et d’Astrophysique de l’ULB. Il s’agit du segment de traitement des objets
autres que des étoiles isolées: objets du système solaire, étoiles multiples, avec d’éventuels
compagnons planétaires et objets étendus comme les galaxies. D’autres membres de l’Institut
ont hérité, eux, de la responsabilité logicielle de portions de ce segment: binaires à éclipses,
astrométriques ou résolues. Les effets de taches sur la surface de certaines étoiles sont égale-
ment étudiés et pris en compte.
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