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Le satellite Gaia a recensé 1,7 milliard d'étoiles de notre Galaxie

Il fait briller les yeux des astrophysiciens comme ceux d’enfants préparant Noël. Pourtant, le deuxième catalogue d’étoiles de la mission Gaia n’a rien d’un album d’images. Il faudrait même des kilos de papiers pour contenir les milliards de données recueillies et analysées pendant 22 mois par un consortium de 450 scientifiques issus de 25 pays européens.

Non, le volume 2 de l’encyclopédie galactique dévoilé ce mercredi est un catalogue numérique sans précédent, le plus complet jamais publié dans l’histoire de l’astronomie. Parti en décembre 2013 de Kourou à bord d’une fusée Soyouz, le satellite Gaia de l’Agence spatiale européenne (ESA) arpente notre galaxie pour la cartographier depuis le point de Lagrange 2, à 1,5 million de kilomètres de la Terre. Un premier catalogue d’étoiles, publié en septembre 2016, avait permis de vérifier le bon fonctionnement et surtout la précision du satellite. Près de 1,2 milliard d’étoiles y figuraient. Dans l’histoire des grands catalogues stellaires, le bond est énorme : le premier satellite astrométrique européen Hipparcos n’en avait caractérisé que 100 000 en 1997.

100 000 étoiles en 1997, 1,7 milliard d'étoiles en 2018

Le deuxième volume de la mission Gaia compte 1 692 919 135 étoiles mais, surtout, va fournir aux scientifiques des données précieuses. « Ce catalogue intègre de nombreux paramètres de température, vitesse et position des étoiles. Il va permettre de mieux connaître leur mouvement avec des mesures 50 fois meilleures que dans le catalogue Hipparcos », explique Frédéric Pailler, responsable des opérations Gaia au CNES à Toulouse où l’aventure a pris forme. C’est en effet dans les salles blanches d’Astrium (aujourd’hui Airbus Defence and Space) sous maîtrise d’ouvrage du CNES que Gaia a été construit. Grâce à l’expertise des équipes d’Astrium et de la PME tarbaise Boostec, Gaia peut se prévaloir du qualificatif d’instrument le plus sensible jamais utilisé en astronomie. La mission, prévue pour 5 ans, a été étendue jusqu’en 2020.

C’est encore à Toulouse qu’une partie des données recueillies par le satellite européen sont exploitées. Les équipes du CNES, au centre spatial, travaillent déjà à une troisième version du catalogue d’étoiles qui devrait en compter au moins quatre. « Entre le premier catalogue et le deuxième, nous avons reçu davantage de données, effectué plus de calculs avec des exigences de précision encore plus grandes. Le challenge est palpitant, nous sommes là pour faire tourner la chaîne de calculs et fournir de la matière à d’autres scientifiques », souligne Frédéric Pailler.

A Toulouse, l’équivalent de 250 000 DVD à traiter

Au Centre spatial de Toulouse (CNES), la mission Gaia a demandé un véritable saut technologique. Trois millions d’euros ont été ainsi investis dans un « data center » capable de sécuriser et d’assurer le bon fonctionnement de plus de 6000 processeurs de calculs. Une salle de 270 m2 accueille plusieurs dizaines de baies (armoires informatiques) soit la capacité d’au moins 10 000 ordinateurs. Pour neutraliser la chaleur générée par toutes ces machines, des circuits d’eau glacés sont intégrés dans les portes des armoires et des cuves contenant des milliers de litres d’eau à 7 degrés sont prêtes en cas de panne. Pour le centre de traitement DPC de Toulouse, la puissance de calcul nécessaire des données Gaia est estimée à 6 teraflops (6 000 milliards d’opérations par seconde).

Au terme de la mission, on estime que le volume de données à traiter sera de l’ordre du pétaoctet soit 1 million de milliards d’octets qui correspondent à une capacité de 250 000 DVD ou l’équivalent de 2 000 ans de musique en écoute continue. Pour relever le défi, le CNES s’est appuyé sur des outils du monde du « Big Data », largement utilisés par les grands acteurs du Web comme Facebook, Google, Amazon.

Des chiffres astronomiques

Avec plus d’un milliard d’objets observés, la mission Gaia de l’Agence spatiale européenne (ESA) constitue le plus gros traitement de données de l’histoire de l’astronomie. Voici quelques repères chiffrés :

- 1 692 919 135 étoiles. Le catalogue Gaia volume 2, publié ce 25 avril 2018, recense près de 1,7milliard d’étoiles. Le premier en comptait près de 1,2 milliard.

- 460 étoiles par seconde. Le satellite européen Gaia, lancé en décembre 2013, voit 460 étoiles par seconde, soit 40 millions par jour.

- 7 224 631 vitesses radiales. Parmi les paramètres attendus par les astrophysiciens, Gaia 2 fournit 7 millions de vitesse radiale d’étoiles. C’est 7 fois plus que le cumul des mesures fourni jusqu’ici par l’ensemble des télescopes terrestres et spatiaux. 22 mois de collecte de résultats. Les équipes du consortium européen DPAC ont mis 22 mois pour collecter et traiter les mesures nécessaires à la publication du deuxième catalogue Gaia. Le premier catalogue avait demandé 14 mois de collecte. La mission devrait aboutir à la publication de quatre catalogues, chaque catalogue écrasant le précédent qu’il actualise et enrichit.

- 3000 ans à compter. Pour compter les 100 à 400 milliards d’étoiles de la Voie lactée, il faudrait 3000 ans, à raison d’une étoile comptée par seconde.

- 937 782 millions de pixels. Le capteur du satellite Gaia représente l’équivalent de 80 appareils photo de smartphone. Il s’agit du plus grand capteur jamais envoyé dans l’espace.

Frédéric Pailler, ingénieur, responsable des opérations Gaia au CNES : «Une mine d’or pour les astrophysiciens »

Satellite, télescope, comment qualifier Gaia ?

Gaia est un satellite européen équipé de deux télescopes qui lui permettent de voir à deux endroits en même temps. Ce qui n’est pas toujours évident à comprendre pour le grand public qui connaît les télescopes spatiaux comme Hubble, c’est que Gaia ne prend pas des photos mais des mesures. Gaia bouge en permanence, il effectue plusieurs mouvements de rotation combinés pour scanner le ciel. Pendant cinq ans, il aura vu toute la sphère céleste.

Où se trouve-t-il actuellement ?

Il est au point de Lagrange 2, à 1,5 million de kilomètres de la Terre et à 150 millions de kilomètres du Soleil. Il effectue ses orbites autour de ce point. Comme il est dans l’espace, il n’est pas gêné par le sol ou l’atmosphère et, du point de Lagrange 2 il n’est jamais ébloui par la Terre. Ses mesures sont 50 fois plus précises que celles du satellite Hipparcos dans les années 1990.

Parmi les milliards de données recueillies, quelles sont celles analysées au centre spatial de Toulouse ?

Plusieurs équipes européennes sont engagées dans le DPAC, un consortium européen de 450 scientifiques et ingénieurs. Toulouse est un des quatre centres « coordination unit » avec Barcelone, Genève et Cambridge. Nous traitons les données de spectrométrie (vitesse radiale des étoiles), les paramètres astrophysiques des étoiles (masse, température de surface, etc) et tout ce qui concerne les objets qui ne sont pas des étoiles (planètes mineures, astéroïdes par exemple). Pour le deuxième catalogue Gaia, nous avons fourni plus de 7 millions de mesures de vitesse radiale (vitesse de déplacement des étoiles), 161 millions de mesures de températures de surface, 77 millions de mesures de luminosité et un peu plus de 14 000 orbites et données de luminosité d’astéroïdes.

Comment tous ces chiffres peuvent servir l’astronomie ?

Les astrophysiciens et tous les scientifiques du domaine attendent avec impatience ce deuxième catalogue, comme un cadeau de Noël. Le premier catalogue avait permis la publication de dizaines d’articles scientifiques. Le deuxième, enrichi de nombreux paramètres, va permettre de connaître le mouvement des étoiles, leur position, leur parcours et donc la dynamique de la Voie lactée. C’est une mine d’or pour les astrophysiciens et une autre manière de regarder le ciel en se servant des statistiques.
 

Source : La Dépêche
Crédit : B. Fugate (FASORtronics)/ESO