La comète Hale-Bopp à l’interféromètre du Plateau de Bure : étude de la distribution du monoxyde de carbone
J’ai effectué ma thèse sous la direction de Dominique Bockelée-Morvan (équipe comètes, LESIA, Observatoire de Paris).
Mon travail s’est porté autour de la comète qui a illuminé notre ciel de printemps en 1997 : la comète Hale-Bopp.
Découverte le 23 juillet 1995, la comète C/1995 01 (Hale-Bopp) a été en de nombreux points la comète la plus exceptionnelle jamais observée ces derniers siècles.
Sa taille gigantesque et son activité hors du commun ont permis sa découverte 2 ans avant son périhélie, si bien que de nombreuses campagnes d’observations ont pu êre menées, aboutissant à de grandes avancées dans la connaissance de la physique cométaire.
Parmi les différentes observations menées par l’équipe, ce sont celles effectués à l’interféromètre de l’IRAM qui ont été au centre de mon travail doctoral.
Afin d’exploiter au mieux ces observations, j’ai développé un modèle cinématique en 3 dimensions de l’atmosphère interne de la comète (1 million de km). J’ai également développé un simulateur d’observations. Cette application fournit les observations telles que l’interféromètre réel les produirait s’il observait la comète modélisée.
La soutenance a eu lieu le 23 juin 2003.
Résumé
La comète C/1995 O1 (Hale-Bopp) a sans doute été l’une des comètes les plus brillantes jamais observées jusqu’à présent. Son extraordinaire activité a permis pour la première fois d’entreprendre des observations en interférométrie millimétrique avec une grande sensibilité. Lors de son passage au périhélie, les transitions J(2-1) et J(1-0) du monoxyde de carbone, ont été observées avec l’interféromètre du Plateau de Bure de l’Institut de Radio Astronomie Millimétrique (IRAM), à 230 GHz et 115 GHz respectivement.
L’analyse temporelle des observations faites en parallèle en mode antenne unique a d’abord permis de mettre en évidence la présence d’un jet de CO en rotation dans l’atmosphère de la comète. L’étude des cartes interférométriques a ensuite montré que la coma était spatialement et spectralement anisotrope.
Afin d’analyser au mieux ces données, nous avons développé un modèle d’atmosphère cométaire en 3 dimensions, et simulé les observations. Le modèle consiste en une coma isotrope à laquelle on ajoute un jet de forme conique qui spirale dans la coma à cause de la rotation du noyau.
La comparaison des simulations aux observations s’est faite sur l’évolution temporelle des décalages spectraux, et sur celle des visibilités, qui sont les quantités physiques qu’un interféromètre mesure et qui représentent la Transformée de Fourier de la distribution de brillance du gaz sur le plan du ciel.
Cette étude a confirmé la présence d’un jet spiralant dans la coma. De plus, nous avons pu déterminer les paramètres du jet tels que la position, l’ouverture et l’intensité, qui interprètent au mieux les observations. La question de l’origine de CO dans la coma est également abordée en dernière partie. Nos observations suggèrent que cette molécule proviendrait pour moitié du noyau, et pour moitié d’une source étendue.
Sélection de liens en relation avec les comètes
- Page web de l’équipe comètes
- Qu’est-ce qu’une comète et pourquoi les étudier ?
- Encyclopédie sur le Système Solaire (en anglais)
- Banque d’images de la comète Hale-Bopp
Observations de la comète Hale-Bopp à l’interféromètre du Plateau de Bure
L’interféromètre de l’IRAM, situé dans les Alpes françaises sur le Plateau de Bure, est un instrument qui opère dans les longueurs d’onde millimétriques et sub-millimétriques. Il est constitué de 6 antennes (5 au moment des observations de la comète) de 15 m de diamètre disposées selon différentes configurations, selon la nature de la source observée.
L'interféromètre du Plateau de Bure
Une antenne radio seule ne peut faire que de la spectroscopie. Faire interférer de tels instruments permet en plus de faire une cartographie de la source observée avec une très haute résolution spatiale.
La comète Hale-Bopp a été observée avec cet instrument autour de son périhélie en mars et avril 1997. Ce sont ces observations qui one été au coeur de ma thèse.
La comète Hale-Bopp au SEST
Le SEST
Pendant ma thèse j’ai également participé à la campagne d’observations de la comète Hale-Bopp qui avait pour but de suivre son activité à de grandes distance héliocentriques.
Loin du Soleil (>3UA) c’est le monoxyde de carbone qui gouverne l’activité des comètes. C’est donc cette molécule dont nous avons suivi le dégazage jusqu’en janvier 2002, où la comète Hale-Bopp avait atteint la distance de 14 UA. Il s’agit encore aujourd’hui de la détection la plus lointaine de CO dans une comète !
Les périodes de monitoring que j’ai assuré se sont déroulées au SEST (Swedish ESO Submillimetre Telescope). C’est une antenne de 15 m de diamètre (identique à celles de l’interféromètre du Plateau de Bure), située à l’Observatoire de La Silla (ESO), dans les Andes chiliennes.
- du 3 au 13 Mars 2001 (13.0 UA)
- du 24 au 60 Juillet 2000 (11.5 UA)
- du 11 au 16 Mai 2000 (11.1 UA)
- du 20 au 24 Novembre 1999 (9.8 UA)
- du 1er au 5 Mai 1999 (8.3 UA)
Les résultats de ce monitoring ont été publiés par Nicolas Biver : The 1995-2002 Long-Term Monitoring of comet C/1995 O1 (Hale-Bopp) at Radio Wavelengths.
Observations d’autres comètes
Radiotélescope de 30 m de l'IRAM
L’une des activités principales de l’équipe comètes est d’observer toutes les comètes brillantes qui passent près de la Terre, afin de déterminer leur composition chimique. J’ai donc également pris part à ces observations.
Comète LEE (C/1999 H1)
- du 6 au 10 Septembre 1999 (1.4 UA) au Radiotélescope de 30 m de l’IRAM.
- du 1er au 5 Mai 1999 (1.5 UA) au SEST.
Comète LINEAR (C/2000 WM1)
- du 22 au 26 Novembre 2001 (1.3 UA) au Radiotélescope de 30 m de l’IRAM.