Une utilisation originale de l'imagerie profonde optique: le sondage à petite échelle de la structure du milieu interstellaire



Image optique en vraies couleurs du champ de cirrus obtenue avec la caméra MegaCam du CFHT. Crédits: MATLAS collaboration, Pierre-Alain Duc.

En combinant des observations multi-longueur d'ondes obtenues depuis l'Espace avec Planck et WISE et au sol avec le CFHT, une équipe de chercheurs est parvenu à sonder la structure de la matière interstellaire avec une finesse inégalée. L'étude a en particulier permis de déterminer les propriétés de la turbulence interstellaire sur une gamme d'échelles spatiales encore jamais atteinte: de 10 pc à 0.01 pc.

L'innovation principale de ces travaux est l'utilisation d'un télescope optique (le CFHT) pour étudier la structure de la matière à très grande résolution spatiale, ce que ne permet pas les observations classiques du milieu interstellaire effectuées dans l'infrarouge. Une cartographie directe des nuages de poussières - les cirrus - situés à juste quelques centaines de parsec du Soleil a pu être réalisée en détectant la lumière diffusée par les grains interstellaires. Des techniques d'observation profonde et de traitement d'image spécifiques développées dans le cadre du Large Programme MATLAS du CFHT ont révélé cette lumière de très faible brillance. Elle se présente sous forme d'un réseau complexe de filaments de toutes tailles.

Combinaison du spectre de puissance des trois images : Planck (noir), WISE (rouge) et Megacam (bleu). Les unités de l'axe y sont arbitraires; chaque spectre de puissance a été multiplié pour s'accorder aux autres. Pour chaque spectre de puissance, nous présentons uniquement les points de données correspondant aux échelles plus grandes que la fonction d'appareil et pour lesquels le signal est supérieur au bruit. Les points de données ont été soustraits de la contribution du bruit et divisés par la fonction d'appareil. Le spectre de puissance combiné est bien ajusté par une loi de puissance: P(k) ~ k−2.9±0.1. Figure tirée de Miville-Deschênes et al. 2016.

Le gain en résolution permet d'atteindre les échelles où s'effectue la dissipation d'énergie de la turbulence interstellaire. Comprendre le processus exact par lequel l'énergie cinétique se dissipe est primordial puisqu'il est au coeur de la formation des structures denses du milieu interstellaire où se forment ensuite les étoiles. Par exemple, des études récentes basées sur des observations infrarouges avec Herschel de nuages moléculaires tendent à montrer qu'il existe des filaments ayant une taille transverse de 0.1 pc, peu importe leur masse. Ce fait observationnel a été attribué à l'échelle de dissipation de la turbulence via la diffusion ambipolaire (la friction entre les ions et les neutres). Les chercheurs ont démontré que l'échelle de dissipation du milieu interstellaire diffus est plus petite que 0.01 pc, ce qui apporte des contraintes fortes sur le mécanisme exact responsable de cette dissipation.

L'émission optique des cirrus polluent nombre d'images optiques profondes initialement destinées à cartographier les structures stellaires diffuses qui entourent les galaxies massives. Cette étude démontre que cette composante renferme en fait des informations precieuses sur les processus physiques en jeu dans le milieu interstellaire de notre Voie Lactée.

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Communiqué de presse CNRS/INSU.
Article scientifique.

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