Résoudre des énigmes de longue date sur les premières parallaxes en astronomie


Résoudre des énigmes de longue date sur les premières parallaxes en astronomie

Timbre-poste de la Poste fédérale 1984 à l’occasion du 200e anniversaire de Friedrich Wilhelm Bessel. Crédits photo: Ministère fédéral des finances (BMF). Conception par Hermann Schwahn d’après une peinture de Johann Eduard Wolff

En 1838, Friedrich Wilhelm Bessel remporta la course pour mesurer la première distance à une étoile autre que notre soleil en utilisant la parallaxe trigonométrique et ainsi déterminer la première échelle de l’.

Récemment, Mark Reid et Karl Menten, qui effectuent des mesures de parallaxe aux longueurs d’onde radio, ont revisité les publications originales de Bessel sur «son» étoile 61 Cygni, publiées dans les Notes astronomiques. Alors qu’ils étaient généralement capables de reproduire les résultats obtenus par Bessel et deux astronomes contemporains du XIXe siècle, les célèbres Friedrich Georg Wilhelm von Struve et Thomas Henderson, ils ont découvert pourquoi certains de ces premiers résultats étaient statistiquement incompatibles avec les mesures modernes.

Par crainte de Bessel, Reid et Menten ont décidé de publier leurs résultats dans l’Astronomical News. Elle a été fondée en 1821 et a été l’une des premières revues astronomiques au monde. C’est le plus ancien qui soit encore publié.

Connaître la distance par rapport aux objets astronomiques est fondamental pour toute astronomie et pour évaluer notre place dans l’univers. Les Grecs de l’Antiquité plaçaient les «étoiles fixes» immobiles plus loin que les sphères célestes sur lesquelles les planètes croyaient se déplacer. La question « combien plus loin? » Une réponse a échappé des siècles après que les astronomes ont tenté d’y remédier. Les choses ont culminé à la fin des années 1830 lorsque trois astronomes se sont concentrés sur différentes étoiles et ont passé de nombreuses nuits à leur télescope, souvent dans des conditions difficiles. C’est Friedrich Wilhelm Bessel qui remporta la course en 1838 en annonçant que la distance au système d’étoiles binaires 61 Cygni est de 10,4 années-. Cela a prouvé que les étoiles ne sont pas seulement un peu plus éloignées de nous que les planètes, mais plus d’un million de fois plus loin – un résultat vraiment transformateur qui a complètement retravaillé la taille de l’univers tel qu’il était connu au 19ème siècle.

La mesure de Bessel était basée sur la méthode de parallaxe trigonométrique. Cette technique est essentiellement la triangulation utilisée par les géomètres pour déterminer les distances sur terre. Les astronomes mesurent la position apparente d’une étoile «proche» sur des étoiles beaucoup plus éloignées en utilisant l’orbite de la Terre autour du Soleil pour obtenir différents points de vue sur une période d’un an.

Bessel a dû effectuer ses douloureuses mesures sur son télescope pendant près de 100 nuits. Les astronomes sont maintenant beaucoup plus «efficaces». La mission spatiale Gaia mesure des distances précises pour des centaines de millions d’étoiles, ce qui a un impact énorme sur l’astronomie. Cependant, en raison de la poussière interstellaire imprégnant les bras en spirale de la Voie lactée, Gaia a du mal à observer les étoiles dans le plan galactique qui sont plus éloignées du Soleil qu’environ 10000 années-lumière – ce n’est que 20% de la taille de la Voie lactée de plus de 50000 Années lumière années. Par conséquent, même une mission aussi puissante que Gaïa ne fournira pas la configuration de base de notre galaxie, dont de nombreux aspects sont encore débattus – même le nombre de bras en spirale est incertain.

Afin de mieux étudier la structure et la taille de la Voie lactée, Mark Reid du Centre d’astrophysique | Harvard-Smithsonian et Karl Menten de l’Institut Max Planck pour la radioastronomie (MPIfR) ont lancé un projet visant à déterminer les distances aux sources radio qui sont limitées aux bras en spirale de la Voie lactée. Son télescope préféré est le Very Long Baseline Array, une collection de 10 radiotélescopes qui s’étendent d’Hawaï à l’ouest jusqu’aux extrémités est des États-Unis. En combinant les signaux des 10 télescopes, distants de plusieurs milliers de kilomètres, on peut prendre des photos de ce que l’on peut voir lorsque nos yeux sont sensibles aux ondes radio et sont séparés de presque la taille de la Terre.

Ce projet est mené par une équipe internationale dans laquelle des scientifiques du MPIfR apportent des contributions importantes. Le directeur du MPIfR, Karl Menten, travaille avec succès avec Mark Reid depuis plus de 30 ans. Lorsqu’un acronyme accrocheur a été discuté au début du projet, ils l’ont appelé Legacy Survey for Bar and Spiral Structures, ou BeSSeL Survey en abrégé. Bien sûr, ils avaient en tête le grand astronome, mathématicien et pionnier de la parallaxe Friedrich Wilhelm Bessel.

Comme dans toutes les sciences expérimentales ou d’observation, les mesures ne deviennent significatives que si leurs incertitudes peuvent être déterminées de manière fiable. C’est aussi le summum de la radioastrométrie et fait l’objet d’une attention particulière de la part des astronomes du projet BeSSeL. A l’époque de Bessel, les astronomes avaient appris à surveiller les erreurs de mesure et à en tenir compte lors de la dérivation des résultats de leurs données. Cela impliquait souvent des calculs fastidieux qui étaient effectués exclusivement avec un crayon et du papier. Bien sûr, un scientifique du calibre de Bessel était conscient de la poursuite de tous les problèmes qui pourraient affecter ses observations. Il s’est rendu compte que les fluctuations de température dans son télescope pouvaient avoir une influence décisive sur ses mesures sensibles. Bessel avait un excellent instrument dans son observatoire de Königsberg en Prusse (l’actuel Kaliningrad russe), qui provenait de l’ingénieux facteur d’instruments Joseph Fraunhofer et était le dernier qu’il construisit. Cependant, la température variable a eu un impact majeur sur les observations nécessaires à une mesure de parallaxe, qui doit être étalée sur une année entière. Certains sont préparés en été chaud et d’autres les nuits froides d’hiver.

Mark Reid s’est intéressé au travail original de Bessel et a étudié son travail sur 61 Cygni. Il a remarqué quelques petites incohérences dans les mesures. Pour ces problèmes, lui et Karl Menten ont commencé à étudier plus en profondeur la littérature originale. Le travail de Bessel a d’abord été publié en allemand dans l’Astronomische Nachrichten, bien que certains extraits aient été traduits en anglais et dans le Annonces mensuelles de la Royal Astronomical Society. Par conséquent, les versions allemandes originales ont dû être examinées, où l’allemand natif de Mental était utile.

Reid et Menten ont également examiné de près les résultats des concurrents les plus proches de Bessel. Thomas Henderson, qui travaillait à Cape Town, en Afrique du Sud, visait α Centauri, le système stellaire maintenant connu pour être le plus proche de notre Soleil. Peu de temps après que Bessel ait annoncé son résultat, Henderson a affiché une distance par rapport à cette étoile.

L’important astronome Friedrich Georg Wilhelm von Struve a mesuré α Lyrae (Vega). La recherche documentaire des données de von Struve comprenait des travaux de détective. Un compte rendu détaillé n’a été publié en latin qu’en tant que chapitre d’une monographie détaillée. Le bibliothécaire du MPIfR a suivi un exemplaire de la Bibliothèque d’État de Bavière, qu’il a mis à disposition sous forme électronique. La raison pour laquelle von Struve a annoncé une distance préliminaire à Vega un an avant le résultat de Bessel pour 61 Cygni a longtemps été un mystère, afin de doubler cette distance plus tard avec d’autres mesures. Il semble que von Struve a utilisé toutes ses mesures au début, mais a fini par perdre confiance en certaines et les abandonner. S’il ne l’avait pas fait, il aurait probablement reçu plus de reconnaissance.

Reid et Menten peuvent généralement reproduire les résultats des trois astronomes, mais ont constaté que von Struve et Henderson avaient sous-estimé certaines de leurs incertitudes de mesure, ce qui faisait que leurs parallaxes semblaient un peu plus importantes qu’elles ne l’étaient réellement. «Regarder par-dessus l’épaule de Bessel a été une expérience remarquable et amusante», déclare Mark Reid. «C’était vraiment fascinant de voir ce travail dans un contexte à la fois et historique», conclut Karl Menten.


La mesure VLBA promet une image complète de la Voie lactée


Plus d’information:
Mark J. Reid et coll. Les parallaxes de la première étoile ont été examinées à nouveau. Actualités astronomiques (2020). DOI: 10.1002 / asna.202013833

Les premières parallaxes stellaires révisées. de.arxiv.org/abs/2009.11913

Fourni par la société Max Planck

Citation: Solution d’ de longue date sur les premières parallaxes en astronomie (20 novembre 2020), consulté le 21 novembre 2020 sur https://phys.org/news/2020-11-long-standing-mysteries-parallaxes-astronomy. html

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