Une séquence d'images prises dans le cadre de la campagne de poursuite optique au sol du satellite Gaia de l'ESA avec le télescope d'enquête VLT (VST) de 2,6 mètres de l'Observatoire européen austral (ESO) au Chili. Les étoiles dans l'image apparaissent comme légèrement allongées, puisque le télescope suit Gaïa plutôt que les étoiles. Les observations ont été empilées en utilisant les étoiles comme référence pour montrer le mouvement de Gaia dans le ciel. Crédit :ESO, CC BY 4.0
Alors que la mission Gaia de l'ESA a sondé plus d'un milliard d'étoiles depuis l'espace, les astronomes surveillent régulièrement la position du satellite dans le ciel avec des télescopes à travers le monde, dont l'Observatoire européen austral au Chili, pour affiner davantage l'orbite de Gaia et finalement améliorer la précision de son recensement stellaire.
Il y a un an, la mission Gaia a publié sa deuxième série de données tant attendue, qui comprenait des mesures de haute précision - positions, indicateurs de distance et mouvements propres - de plus d'un milliard d'étoiles dans notre galaxie de la Voie lactée. Le catalogue, basé sur moins de deux ans d'observations et près de quatre ans de traitement et d'analyse des données par une collaboration d'environ 450 scientifiques et ingénieurs logiciels, a permis des études transformationnelles dans de nombreux domaines de l'astronomie, générant plus de 1000 publications scientifiques au cours des douze derniers mois.
Pendant ce temps dans l'espace, Gaia continue de scruter le ciel et de collecter des données qui sont analysées pour les futures versions afin d'obtenir une précision encore plus élevée sur la position et le mouvement des étoiles et de permettre des études toujours plus approfondies et plus détaillées sur notre place dans le cosmos. Mais pour atteindre la précision attendue pour le catalogue final de Gaia, il est crucial de déterminer la position et le mouvement du satellite depuis la Terre.
A cet objectif, les experts en dynamique de vol du centre d'opérations de l'ESA utilisent une combinaison de techniques, du suivi et de la télémétrie radio traditionnels à l'observation simultanée à l'aide de deux antennes radio, la méthode dite delta-DOR. Dans une approche unique et inédite pour l'ESA, le suivi au sol de Gaia comprend également des observations optiques fournies par un réseau de télescopes de taille moyenne à travers la planète.
Le télescope VLT (VST) de 2,6 mètres de l'Observatoire européen austral (ESO) au Chili enregistre la position de Gaia dans le ciel pendant environ 180 nuits chaque année.
Vue d'artiste du vaisseau spatial Gaia. Crédit :ESA/ATG medialab
"Il s'agit d'une passionnante collaboration sol-espace, en utilisant l'un des télescopes de classe mondiale de l'ESO pour ancrer les observations pionnières du chercheur d'un milliard d'étoiles de l'ESA, " dit Timo Prusti, Scientifique du projet Gaia à l'ESA.
"Le VST est l'outil parfait pour repérer le mouvement de Gaia, " ajoute Ferdinando Patat, chef du Bureau des programmes d'observation de l'ESO. « L'utilisation de l'une des installations au sol de premier ordre de l'ESO pour renforcer les observations spatiales de pointe est un bel exemple de coopération scientifique.
En outre, le télescope Liverpool de deux mètres situé à La Palma, Les îles Canaries, Espagne, et le réseau optique mondial de télescopes Las Cumbres, qui exploite des télescopes de deux mètres en Australie et aux États-Unis, ont également observé Gaia au cours des cinq dernières années dans le cadre de la campagne Ground Based Optical Tracking (GBOT).
"Les observations de Gaia nécessitent une procédure d'observation spéciale, " explique Monika Petr-Gotzens, qui coordonne l'exécution des observations de l'ESO sur Gaia depuis 2013. "Le vaisseau spatial est ce que nous appelons une 'cible mobile', comme il se déplace rapidement par rapport aux étoiles d'arrière-plan, suivre Gaia est tout un défi !"
Dans ces images, Gaia est un simple point de lumière parmi les nombreuses étoiles que le satellite lui-même a mesuré, un étalonnage minutieux est donc nécessaire pour transformer cet ensemble d'observations en données significatives pouvant être incluses dans la détermination de l'orbite du satellite.
La vue panoramique de Gaia sur notre Voie lactée et les galaxies voisines, sur la base des mesures de près de 1,7 milliard d'étoiles. La carte montre la luminosité totale et la couleur des étoiles observées par le satellite de l'ESA dans chaque partie du ciel entre juillet 2014 et mai 2016. Les régions plus lumineuses indiquent des concentrations plus denses d'étoiles particulièrement brillantes, tandis que les régions plus sombres correspondent à des taches du ciel où moins d'étoiles brillantes sont observées. La représentation des couleurs est obtenue en combinant la quantité totale de lumière avec la quantité de lumière bleue et rouge enregistrée par Gaia dans chaque partie du ciel. La structure horizontale lumineuse qui domine l'image est le plan galactique, le disque aplati qui abrite la plupart des étoiles de notre Galaxie natale. Au milieu de l'image, le centre galactique apparaît vivant et grouillant d'étoiles. Les régions plus sombres du plan galactique correspondent aux nuages de premier plan de gaz et de poussière interstellaires, qui absorbent la lumière des étoiles situées plus loin, derrière les nuages. Beaucoup d'entre eux cachent des pépinières stellaires où naissent de nouvelles générations d'étoiles. Parsemés sur l'image se trouvent également de nombreux amas globulaires et ouverts - des groupements d'étoiles maintenues ensemble par leur gravité mutuelle, ainsi que des galaxies entières au-delà de la nôtre. Les deux objets lumineux en bas à droite de l'image sont les grands et petits nuages de Magellan, deux galaxies naines en orbite autour de la Voie lactée. Crédit :ESA/Gaia/DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO
Cela nécessitait d'utiliser les données de la deuxième version de Gaia pour identifier les étoiles dans chacune des images recueillies au cours des cinq dernières années et calculer la position du satellite dans le ciel avec une précision de 20 millisecondes d'arc ou mieux (une seconde d'arc équivaut à la taille d'un euro pièce vue à une distance d'environ quatre kilomètres).
« C'est un processus difficile :nous utilisons les mesures des étoiles de Gaia pour calibrer la position du vaisseau spatial Gaia et, en fin de compte, améliorer ses mesures des étoiles, " explique Timo.
Les observations au sol fournissent également des informations clés pour améliorer la détermination de la vitesse de Gaia dans l'espace, qui doit être connu à la précision de quelques millimètres par seconde. Cela est nécessaire pour corriger un phénomène connu sous le nom d'aberration de la lumière - une distorsion apparente dans la direction de la lumière entrante due au mouvement relatif entre la source et un observateur - d'une manière similaire à l'inclinaison de son parapluie en marchant sous la pluie.
"Après un traitement minutieux et long des données, nous avons maintenant atteint la précision requise pour que les observations au sol de Gaia soient mises en œuvre dans le cadre de la détermination de l'orbite, " dit Martin Altmann, responsable de la campagne GBOT de l'Astronomisches Rechen-Institut, Centre d'Astronomie de l'Université de Heidelberg, Allemagne, qui travaille en étroite collaboration avec des collègues de l'Observatoire de Paris en France.
Les informations GBOT seront utilisées pour améliorer notre connaissance de l'orbite de Gaia non seulement dans les observations à venir, mais aussi pour toutes les données qui ont été recueillies depuis la Terre au cours des années précédentes, conduisant à des améliorations dans les produits de données qui seront inclus dans les prochaines versions.
