|
|
|
Les cirrus et les nébuleuses du flux intégré (IFN)
Quand le ciel se voile En 1976, l'astronome Allan Sandage profita du télescope Schmidt de 1.2 m du mont Palomar pour photographier les galaxies aux latitudes galactiques élevées afin de compléter les sondages en cours qui donneront le futur "Sky Survey Palomar", l'ancêtre du SDSS. Sandage utilisait à l'époque des plaques photographiques hypersensibilisées Kodak III-aJ munies d'un filtre Wratten-4 (4700-5200 Å) ainsi que des plaques Kodak 127-04 munies d'un filtre rouge (6200-7000 Å). Au cours de ses analyses, il nota : "en plus des amas distants, d'autres nouveaux objets apparaissent sur les plaques, parmi lesquels des régions de faibles nébulosités localisées dans certains champs de haute latitude. La surface de brillance (SB) de ces nébulosités varie entre suffisamment brillante pour être vue sur les photos originales du Sky Survey Palomar (SB ~ mag 25/" en B, proche de la limite de détection sur les photos) et la limite des nouveaux instruments, qui est peut-être 2 magnitudes plus faible." Sandage rappella que ce type de nébuleuse brillante fut déjà observée aux latitudes galactiques moyennes par Beverly T Lynds en 1965, notamment dans la région de l'étoile polaire (b = +27°). En revanche, ce qu'observa Sandage était différent. Il constata que "deux des nouvelles nébulosités des hautes latitudes (à b= +40° et b= -50°) sont des nébuleuses de réflexion. Ceci impose la présence de poussière aux hautes latitudes ainsi qu'une source lumineuse. Les calculs de la surface de brillance suggèrent que la source d'illumination est la lumière émise par le plan galactique." Il proposa ensuite un schéma présenté ci-dessous expliquant ce phénomène. Sandage venait de découvrir la nature des "nébuleuses du flux intégré" ou IFN (Integrated Flux Nebulae). Une IFN se définit comme une nébuleuse illuminée par le flux intégré visuel et UV de la Voie Lactée. Ceci la distingue de la nébuleuse de réflexion qui est illuminée par une étoile proche. Autrement dit, une IFN est uniquement illuminée par le halo lumineux qu'émet l'ensemble de la Voie Lactée.
Sandage étudia également le catalogue de William Hershel (qui utilisa un télescope de 49.5" ou 1.26 m de diamètre et de 12 m de focale) et tenta de trouver des correspondances entre les objets de ce catalogue comprenant 2500 objets non stellaires et les photos qu'il venait de prendre avec la chambre de Schmidt. Sandage était particulièrement intéressé par une liste de 52 nébuleuses extrêmement diffuses publiés en 1811 par Herschel qui sera à l'origine de son hypothèse sur les nébuleuses. Sandage précise : "un autre cas intéressant est la nébulosité 32 qui est bien corrélée avec une structure brillante dans le cirrus galactique proche de M81/M82." En fait, comme il le dit lui-même, il avait déjà observé des filaments autour de M81 (b = +42°) en 1971. Notons qu'à l'époque Herschel décrit la nébulosité N° 32 comme "Much affected with very faint whitish nebulosity" (p276). Nous verrons plus bas quelques photos de cette région où effectivement les filaments brillants sont plutôt blanchâtres que colorés. Cela signifie que certaines des plus brillantes IFN avaient déjà été observées en 1811, bien sûr dans un grand télescope et au bénéfice d'un ciel qui à l'époque était encore exempt de toute forme de pollution. Notons que l'amateur belge le baron Renaud de Terwangne relate dans la revue "Ciel et Terre" publiée par l'Observatoire Royal de Belgique en 1946 "l'observation visuelle des nuages cosmiques obscurs pour étudier leur extension visible, comme les "Dark markings" de E.E. Barnard, les voiles cosmiques de Herschel-Hagen que j'ai pu observer de 1934 à 1954." De Terwangne étudia également les "52 nébulosités" d'Herschel et nota la présence diffuse "de nuages bruns ou rouges non identifiés" dont certains s'avèreront être des IFN. Aujourd'hui, avec la pollution lumineuse, il devient impossible de les observer à moins de se retirer dans des lieux particulièrement sombres. On y reviendra. Puis le sujet fut délaissé par les astronomes car ils pensaient que les nébuleuses et les poussières étaient essentiellement distribués dans le plan galactique. De plus, ils étaient en train de compléter les sondages du ciel profond et cherchaient de nouvelles techniques pour pénétrer toujours plus loin dans la Voie Lactée, très obscurcie dans son plan par les nuages moléculaires très denses. Dans les années 1980, grâce au lancement de l'observatoire orbital infrarouge IRAS, les astronomes ont découvert d'immenses structures de poussière parfois mêlées de gaz (dans les nuages moléculaires) tout le long du plan de la Voie Lactée et dans une moindre mesure dans les hautes latitudes galactiques. Ils ont dénommé ces structures plus ou moins brillantes ou pâles les "cirrus" galactiques. La première carte de la Voie Lactée révélant ces cirrus galactiques fut obtenue à 100 microns et révéla toute l'étendue du gaz et de la poussière dans le milieu interstellaire comme on le voit sur les planisphère présentés ci-dessous. Depuis des cartes ont été dressées à toutes les longueurs d'ondes. On y reviendra quand nous décrirons la Voie Lactée et le Nuage Local. Comme on le voit sur les cartes ci-dessous, le rayonnement maximum de la poussière du milieu interstellaire apparaît à 408 MHz où on reconnaît très bien "l'Eperon galactique" ou "Eperon Polaire" (Polar Spur) qui s'étend vers le pôle Nord céleste et dont fait par partie la Boucle I de la "Ceinture de Gould" sur laquelle nous reviendrons. Cette poussière est également visible dans la polarisation du rayonnement relevée par le satellite micro-onde Planck et les relevés en infrarouge lointain du satellite Herschel. Ceci nous permet d'ouvrir une petite parenthèse scientifique. Cirrus, turbulence et champ magnétique Sur le plan scientifique, l'étude de ces cirrus est très intéressante car elle est en relation avec les processus d'enrichissement chimique du milieu interstellaire et permet aussi d'étudier les différentes échelles dissipatives de la turbulence dont on retrouve les principes dans les caractéristiques des disques d'accrétion (disque circumstellaire, étoiles binaires en contact, trou noir, etc.). Pour ne pas alourdir cet article, on reviendra sur les concepts d'enrichissement stellaire et de turbulence dans l'article consacré à la formation du système solaire. A voir : Mapping the Infrared Universe: The Entire WISE Sky, WISE Sondage GLIMPSE360, Spitzer
Les mesures de la polarisation du rayonnement thermique des poussières a permis de déterminer l'orientation du champ magnétique de ces nuages moléculaires. Toutes ces observations confirment que les cirrus les plus denses sont alignés perpendiculairement aux lignes de force du champ magnétique tandis que les cirrus les plus diffus sont alignés parallèlement au champ magnétique. Cette corrélation entre les filaments de matière et le champ magnétique permet aux astronomes de mieux comprendre la formation des filaments et leur évolution vers des nuages plus denses et éventuellement des sites de formation stellaire. Venons en à présent à la découverte des cirrus galactiques boréales par l'astronome amateur Steve Mandel qui sont à la portée de tout bon astrophotographie amateur correctement équipé. Les observations de Steve Mandel Les cirrus galactiques étant omniprésents dans le plan galactique et aux latitudes moyennes (jusqu'à hauteur de la Polaire, M31, des Nuages de Magellan et Rho Ophiuchus), les astronomes délaissèrent quelque peu les hautes latitudes qui étaient également inaccessibles à certains satellites. C'est dans cette région des hautes latitudes boréales laissée en friche par les professionnels qu'en 2004 l'astronome amateur Steve Mandel se lança dans un projet amitieux de photographier ces régions du ciel à différentes longueurs d'ondes, y compris dans des raies spectrales comme celle du carbone. Ce projet baptisé "Mandel-Wilson Unexplored Nebulae Project" avait pour principal but de rechercher des nuages interstellaires qui n'avaient pas été catalogués. En effet, comme nous l'avons éviqué, bien que des cirrus galactiques apparaissent déjà sur les plaques photographiques prises par Lynds puis Sandage ainsi que dans les images infrarouge professionnelles, la région boréale n'avait pas été totalement explorée. A voir : La galerie d'images (nébuleuses et IFN)
Les capteurs CCD et autres APN sont connus pour leur rendement élevé offrant une sensibilité et une réponse spectrale bien supérieures aux films argentiques. Nous savons par exemple que les APN peuvent enregistrer ce qu'on appelle la lumière du ciel nocturne ou des aurores invisibles à l'oeil nu. Ces appareils sont donc tout indiqués pour photographier ces voiles diffus. Fort de son expérience en astrophotographie CCD (cf. Sky & Telescope, 2002), en décembre 2004 Mandel utilisa une lunette apochromatique contrôlée à distance pour essayer de les enregistrer. L'instrument était installé à l'observatoire de New Mexico Skies situé à 2190 m d'altitude dans les montagnes du sud du Nouveau Mexique, à 26 km du village de Cloudcroft, un lieu réputé pour la noirceur et la limpidité du ciel (la première ville est à plus de 100 km), au point que la NASA et la NOAO (Kitt Peak) ont installé quelques télescopes sur le site. Malgré ses moyens amateurs (mais très performants), les photographies de Mandel ont révélé que le ciel boréal était envahi de voiles diffus. Mandel reconnut en ces cirrus les IFN de Sandage. Les photographies de Mandel furent analysées par l'astronome Adolf Witt de l'Université de Toledo qui fut étonné de découvrir du carbone dans ces nébuleuses. Ces photos firent aussitôt l'objet de plusieurs publications scientifiques. En 2008, Mandel fut récomposé par le prix "Amateur Achievement" décerné par la prestigieuse Société Astronomique du Pacifique (ASP).
Sur une photographie, on ne peut pas confondre une IFN avec une nébuleuse de réflexion telle IC 2118 (la Tête de sorcière) par exemple située dans Eridan, à 2° de l'étoile Rigel d'Orion. En effet, la proximité de l'étoile géante bleue explique le rayonnement de cette nébuleuse qui émet surtout par diffusion de la lumière. De plus, les IFN sont si peu denses qu'elles ne sont pratiquement pas colorées; la plupart présentent une tonalité grise ou brunâtre. Même chose pour l'amas M45 présenté ci-dessus dont les nébulosités propres bleutées ne brillent que par l'émission UV des jeunes étoiles; il s'agit également d'une nébuleuse de réflexion. En revanche, dans les deux cas toute la région sur plusieurs dizaines de degrés est envahie d'IFN pratiquement dépourvues de couleurs. Pour les enregistrer il faut des temps d'intégration CCD d'au moins 20 minutes à f/3.6 par couleur voire plus d'une heure par couleur en plus de la luminance (compositage LRGB) pour révéler toute leur étendue. Certaines IFN sont même visibles à l'oculaire d'un télescope s'il est suffisamment lumineux et le ciel suffisamment clair et noir. Ainsi, en utilisant des télescopes Rich Field de 150 mm f/2.8, 270 mm f/2.7 et 330 mm f/3, entre 2013 et 2016 l'amateur Mel Bartels est parvenu à observer ces faibles voiles depuis le parc d'Ochoco National Forest situé près de Mitchell en Oregon à 1500 m d'altitude. Bartels observa ces IFN autour de plusieurs objets du ciel profond dont M13, M31, M33, M44, M45, M81, M82, MW3, le triplet du Lion (M65, M66, NGC 3628) ou encore autour de la chaîne de Markarian dans l'amas de la Vierge ainsi que la grande bande sombre qui déchire la Voie Lactée au centre du Cygne, ce qui constituent de véritables prouesses connaissant l'extrême faible brillance de surface de ces structures.
Conditions de prises de vues La photographie de ces voiles très diffus est accessible aux amateurs à condition de respecter certaines règles, la première étant de trouver un site bénéficiant fréquemment de nuits claires et bien noires durant au moins 4 ou 5 heures. On ne sera donc pas étonné que la plupart des photographie présentées sur cette page aient été réalisées à plus de 1500 m d'altitude dans des régions plutôt désertiques et très éloignées de tout éclairage public. Les optiques doivent être très lumineuses et donc très "rapides" (offrant un petit rapport focal ou une grande ouverture dans le cas des téléobjectifs) car même dans ces conditions, les temps d'exposition seront de l'ordre d'une heure à f/3.6 et il faudra idéalement empiler plusieurs images, multipliant d'autant le temps d'intégration. Depuis la découverte de Mandel de nombreux amateurs équipés de matériel performant ont réussi à photographier ces IFN pour citer tous ceux dont les photos sont présentées sur cette page auxquels on peut ajouter Robert Gendler, Antonio Fernandez, Vincent Cheng, Fritz Helmut Hemmerich et Thierry Legault parmi beaucoup d'autres. Tous se sont équipés d'une lunette apochromatique Takahashi FSQ de 85 mm ou 106 mm de diamètre équipée d'un réducteur focal afin d'obtenir un rapport d'ouverture entre f/3-f/3.6 et donc un instrument très lumineux englobant un champ de 5-6° de diamètre au plan focal. Certains utilisent en complément une caméra CCD SBIG de la série STL-11000, l'un des rares modèles capable de cadrer un champ aussi vaste. Quant aux professionnels, ils n'hésitent pas à installer des batteries de lunettes apochromatiques FSQ 106 f/3.6 chacune munie d'une caméra CCD, d'astrographes Riccardi-Honders de 200 mm f/3 ou ASA de 300 mm f/3.6 ou encore des téléobjectifs Canon de 200 mm f/2 USM montés en équatorial pour capter ces faibles voiles, excusez du peu[1]. Ceci dit, pour rassurer les amateurs, un tel équipement n'est pas indispensable pour capter les IFN et beaucoup d'amateurs utilisent de simples téléobjectifs de 135 mm f/2 ou f/3.5 (champ de 10°x15°) ou de 200 mm f/1.8, f/2 ou f/2.8 (champ de 7°x10°) parfois installé sur un système de poursuite SkyTracker d'iOptron (469 € sans trépied) même si cette solution n'est pas optimale (voir notamment le blog "Night by night"). Grâce à ces optiques, les photographies panoramiques à très longues poses (4-5 heures au total) et généralement sous filtres sélectifs révèlent toute l'étendue de ces voiles dans leur grande majorité invisibles à l'oculaire des lunettes ou des télescopes et même sur les photos ordinaires alors que paradoxalement elles sont très brillantes en infrarouge en raison de leur rayonnement thermique. A voir : DSC The Book, par Regiola B. Andreo
Les documents ci-dessus comptent parmi les plus beaux exemples de photographies d'objets du ciel profond noyés dans les IFN. Dans le cas du couple de galaxies M81 et M82 situées respectivement à 11.7 et 11.4 millions d'années-lumière dans la Grande Ourse (mais séparées angulairement de 36' seulement soit à peine plus que la pleine Lune), les IFN sont situés à quelques milliers d'années-lumière et font partie de "l'Eperon galactique" précité. Ces IFN s'étendent à quelques centaines d'années-lumière seulement au-dessus du plan galactique. Finalement, en quelques décennies les astronomes ont découvert quantité de cirrus galactiques et IFN autour de la constellation d'Orion, du Cygne, de la Girafe, de Pégase, du Taureau, de la Grande Ourse, du pôle Nord céleste et dans les régions australes de la Voie Lactée. Comme nous l'expliquerons dans l'article consacré aux nébuleuses, cette poussière est loin de jouer un rôle secondaire; elle participe activement à la formation des étoiles et l'enrichissement du milieu interstellaire notamment. Pour plus d'informations Galactic Dust Reddening and Extinction Service, NASA/IPAC Herschel's Ghosts, Mel Bartels Unobserved and rarely seen wide angle nebulae next to well-known objects, Mel Bartels Herschel's Ghosts (par souscription), Sky & Telescope, Mel Bartels, April 2017 Les cirrus galactiques : du milieu interstellaire diffus aux fonds cosmiques (Mémoire), Marc-Antoine Miville-Deschênes, 2011 High-latitude reflection nebulosities illuminated by the Galactic Plane, Allan Sandage, Astronomical Journal, 81, pp.954-957, 1976 Catalogue of Bright Nebulae, Beverly T. Lynds, Astrophysical Journal Supplement, 12, p163, 1965 William Herschel's fifty-two fields of extensive diffused nebulosity - a revision (PDF), Arndt Latusseck, 2008 Astronomical Observations... (dont le tableau des 52 nébulosités), William Herschel, Philos. Trans. R.Soc. Lond., 101, pp.275-276, 1811.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
