Fin de voyage pour Gaia : après une décennie à scruter 2 milliards d'objets célestes, quelles découvertes le satellite de l'Agence spatiale européenne a-t-il permises ?

Le satellite européen Gaia, dédié à l'astrométrie, est aujourd'hui ce jeudi 27 mars, mais les données qu'il a amassées en dix ans doivent encore être analysées.

En la cartographiant partiellement, Gaia a repoussé les limites du monde connu jusqu'à des distances de 25 000 années-lumière de la Terre.

En ce jeudi 27 mars, c'est la fin de Gaia. La méthode de l'Agence spatiale européenne (ESA) : placer sur une orbite de « retraite » puis désactiver le prolifique satellite dédié à l'« astrométrie ». Un arrêt mettant un terme à la partie de sa mission consacrée à l'acquisition des données, qui a consisté à analyser, durant dix ans et demi, 70 fois la lumière de tous les astres les plus brillants du ciel en vue de produire la première carte en trois dimensions de 1,2 % des étoiles de la Voie lactée. En tout près de 2 milliards d'objets célestes dont on connaîtra avec une précision inédite la position, la distance, la vitesse de déplacement et de multiples autres caractéristiques lorsque les informations envoyées par le vaisseau auront achevé d'être dépouillées, en 2030.

Le vaisseau a révolutionné l'astronomie

Gaia restera probablement dans l'histoire comme la machine à avoir démontré que l'astrométrie a toute sa place dans la science moderne. Cette branche de l'astronomie, dont les origines remontent à la plus haute Antiquité et à laquelle sont associés les noms des plus grands savants de l'humanité, d'Hipparque à Friedrich Bessel en passant par Copernic ou Edmond Halley, est dévolue à la mesure de la position et du mouvement des astres. Elle a su donner du relief à notre représentation de l'Univers, en l'enrichissant d'une diversité d'objets, là où la contemplation de la voûte céleste ne laissait apparaître qu'une monotone uniformité.

« La lumière est la seule source d'information sur les étoiles. Or, pour déduire de leur éclat apparent leur luminosité réelle et accéder à leurs propriétés physiques, la connaissance de leurs éloignements est indispensable », explique Frédéric Arenou, ingénieur de recherche CNRS au laboratoire Gepi (Galaxies, étoiles, physique et instrumentation). Si l'on accepte l'idée que la quantité d'énergie rayonnée par les objets stellaires dépend de leurs masses et de leurs âges, alors tout ce que nous savons des familles d'astres qui peuplent le cosmos est fondé sur ce travail de géomètre.

Discipline reine de l'astronomie durant des millénaires, l'astrométrie avait fini par être délaissée en raison des perturbations causées aux télescopes au sol par la présence de l'atmosphère. Faisant suite à une précédente mission de l'ESA baptisée Hipparcos (1989-1993), Gaia, qui a été lancé en 2013, avait pour tâche de les déployer dans l'espace. Un pari réussi puisqu'en faisant passer de 120 000 à 1,8 milliard le nombre de distances connues, le vaisseau a révolutionné l'astronomie. Livrée en 2022, la version préliminaire de son catalogue - basée sur les données récoltées durant uniquement trois ans et demi sur les plus de dix années où il a travaillé au total - a d'ores et déjà suscité la publication de 13 000 articles scientifiques. Plus que le télescope spatial Hubble !

Gaia a repoussé les limites du monde connu

Les instruments « astrométrique », « spectrographique » et « spectrophotométrique » dont est équipée la sonde étant sensibles non seulement aux étoiles mais à tout ce qui brille jusqu'à un certain point dans le ciel, une large variété de corps célestes y sont référencés. « Astéroïdes, étoiles doubles ou variables, nuages de poussière, galaxies et quasars, ces astres ont pour certains dévoilé leur distance, position et vitesse et pour d'autres leur orbite, gravité, température, forme ou composition chimique », indique Frédéric Arenou.

Une fois classés, ils formeront d'immenses cohortes représentatives de toutes les familles d'objets que les astronomes étudient. Ou même qu'il leur resterait encore à découvrir. Comme ces « trous noirs stellaires » d'une masse inédite récemment mis au jour par Gaia.

Surtout, ce grand balayage du ciel a fait franchir un pas de géant à la connaissance de notre galaxie. En la cartographiant partiellement, Gaia a repoussé les limites du monde connu jusqu'à des distances de 25 000 années-lumière de la Terre, englobant une large tranche du disque et du halo. Dans un périmètre de 326 années-lumière autour du Système solaire, il a référencé toutes les étoiles. Et profondément modifié l'image que se faisaient les astronomes de la Voie lactée.

« La mission a pu établir que cette dernière compte seulement quatre ou cinq bras, qu'elle a été perturbée voici 500 millions d'années par le passage de la galaxie naine du Sagittaire et qu'elle en a absorbé une autre, Gaia Enceladus, il y a 9 milliards d'années », détaille Johannes Sahlmann, le responsable scientifique de Gaia au sein de l'ESA.

Et nous n'en sommes qu'au début. D'autres catalogues, en cours de constitution au sein d'un consortium de 450 scientifiques impliquant le Cnes, sont attendus en 2026 et en 2030. Il faudra des décennies aux chercheurs pour les étudier !