Jusqu’à récemment, chaque vaisseau spatial de l’histoire avait fait toutes ses mesures à l’intérieur de notre héliosphère, la bulle magnétique gonflée par notre Soleil. Mais le 25 août 2012, le Voyager 1 de la NASA a changé cela. En franchissant les limites de l’héliosphère, il est devenu le premier objet fabriqué par l’homme à pénétrer – et à mesurer – l’espace interstellaire. Maintenant huit ans après le début de leur voyage interstellaire, les données de Voyager 1 donnent de nouvelles informations sur ce à quoi ressemble cette frontière.
Crédit d’image: NASA
Si notre héliosphère est un navire naviguant dans les eaux interstellaires, Voyager 1 est un radeau de sauvetage qui vient de tomber du pont, déterminé à surveiller les courants. Pour l’instant, toutes les eaux agitées qu’il ressent proviennent principalement du sillage de notre héliosphère. Mais plus loin, il ressentira les remous provenant de sources plus profondes dans le cosmos. Finalement, la présence de notre héliosphère disparaîtra complètement de ses mesures.
«Nous avons quelques idées sur la distance à laquelle le Voyager devra aller pour commencer à voir des eaux interstellaires plus pures, pour ainsi dire», a déclaré Stella Ocker, Ph.D. étudiant à l’Université Cornell à Ithaca, New York, et le dernier membre de l’équipe Voyager. «Mais nous ne savons pas exactement quand nous atteindrons ce point.»
La nouvelle étude d’Ocker, publiée lundi dans Astronomie de la nature, rapporte ce qui pourrait être la première mesure continue de la densité du matériau dans l’espace interstellaire. «Cette détection nous offre une nouvelle façon de mesurer la densité de l’espace interstellaire et nous ouvre une nouvelle voie pour explorer la structure du milieu interstellaire très proche», a déclaré Ocker.
Illustration du vaisseau spatial Voyager de la NASA montrant les antennes utilisées par le sous-système d’onde plasma et d’autres instruments. Crédits: NASA / JPL-Caltech
Quand on imagine la substance entre les étoiles – les astronomes l’appellent le «milieu interstellaire», une soupe étalée de particules et de rayonnement – on peut imaginer un environnement calme, silencieux et serein. Ce serait une erreur.
«J’ai utilisé l’expression ‘le médium interstellaire tranquille’ – mais vous pouvez trouver de nombreux endroits qui ne sont pas particulièrement tranquilles», a déclaré Jim Cordes, physicien spatial à Cornell et co-auteur de l’article. Comme l’océan, le milieu interstellaire regorge de vagues turbulentes. Les plus grands proviennent de la rotation de notre galaxie, alors que l’espace se frotte contre lui-même et crée des ondulations de dizaines d’années-lumière.
Des vagues plus petites (mais toujours gigantesques) se précipitent à partir des explosions de supernova, s’étendant sur des milliards de kilomètres de crête en crête. Les plus petites ondulations proviennent généralement de notre propre Soleil, car les éruptions solaires envoient des ondes de choc à travers l’espace qui imprègnent la paroi de notre héliosphère. Ces vagues déferlantes révèlent des indices sur la densité du milieu interstellaire – une valeur qui affecte notre compréhension de la forme de notre héliosphère, de la formation des étoiles et même de notre propre emplacement dans la galaxie.
Lorsque ces ondes se répercutent dans l’espace, elles font vibrer les électrons qui les entourent, qui sonnent à des fréquences caractéristiques en fonction de leur niveau de concentration. Plus le pas de cette sonnerie est élevé, plus la densité électronique est élevée. Le sous-système d’onde plasma de Voyager 1 – qui comprend deux antennes «oreille de lapin» dépassant à 30 pieds (10 mètres) derrière le vaisseau spatial – a été conçu pour entendre cette sonnerie.
En novembre 2012, trois mois après avoir quitté l’héliosphère, Voyager 1 a entendu pour la première fois des sons interstellaires. Six mois plus tard, un autre «coup de sifflet» est apparu – cette fois plus fort et encore plus aigu. Le milieu interstellaire semblait devenir plus épais et rapidement.
Ces sifflements momentanés continuent à des intervalles irréguliers dans les données du Voyager aujourd’hui. C’est un excellent moyen d’étudier la densité du milieu interstellaire, mais cela demande un peu de patience.
« Ils n’ont été vus qu’environ une fois par an, donc en s’appuyant sur ce genre d’événements fortuits signifiait que notre carte de la densité de l’espace interstellaire était plutôt clairsemée », a déclaré Ocker.
Ocker a entrepris de trouver une mesure courante de la densité du milieu interstellaire pour combler les lacunes – une mesure qui ne dépend pas des ondes de choc occasionnelles se propageant du Soleil. Après avoir filtré les données de Voyager 1, à la recherche de signaux faibles mais cohérents, elle a trouvé un candidat prometteur. Cela a commencé à reprendre à la mi-2017, juste au moment d’un autre coup de sifflet.
«C’est pratiquement un seul ton», a déclaré Ocker. «Et avec le temps, nous le voyons changer – mais la façon dont la fréquence se déplace nous indique comment la densité change.»
En regardant des signaux à peine plus forts que le bruit, Ocker a trouvé un signal faible mais presque continu – visible sous la forme d’une fine ligne rouge – reliant des événements d’oscillation de plasma plus forts dans les données du sous-système d’onde plasma de Voyager 1. Les graphiques montrent des signaux forts (fond bleu) et les données filtrées montrant des signaux plus faibles, y compris l’émission d’onde plasma. Crédits: Le sous-système d’onde plasma Voyager 1 de la NASA / Stella OckerOcker appelle le nouveau signal une émission d’onde plasma, et il semble également suivre la densité de l’espace interstellaire. Lorsque les sifflets brusques sont apparus dans les données, le ton de l’émission monte et descend avec eux. Le signal ressemble également à celui observé dans la haute atmosphère terrestre qui est connu pour suivre la densité électronique là-bas.
«C’est vraiment excitant, car nous sommes en mesure d’échantillonner régulièrement la densité sur une très longue étendue d’espace, la plus longue étendue d’espace dont nous disposons jusqu’à présent», a déclaré Ocker. «Cela nous fournit la carte la plus complète de la densité et du milieu interstellaire vus par Voyager.»
Sur la base du signal, la densité électronique autour de Voyager 1 a commencé à augmenter en 2013 et a atteint ses niveaux actuels vers la mi-2015, soit une augmentation d’environ 40 fois de la densité. Le vaisseau spatial semble être dans une plage de densité similaire, avec quelques fluctuations, sur l’ensemble de l’ensemble de données qu’ils ont analysé et qui s’est terminé au début de 2020.
Ocker et ses collègues tentent actuellement de développer un modèle physique de la façon dont l’émission d’onde de plasma est produite qui sera la clé pour l’interpréter. En attendant, le sous-système d’onde plasma de Voyager 1 continue de renvoyer des données de plus en plus loin de chez nous, où chaque nouvelle découverte a le potentiel de nous faire réinventer notre maison dans le cosmos.
La source: NASA
