Apprendre
Les amas Terzan : la limite que le visuel ne franchit pas
Onze objets portent le nom d'Agop Terzan, qui les a extraits entre 1966 et 1971 de plaques sensibles à l'infrarouge, dans la direction du bulbe galactique. Huit d'entre eux se tiennent derrière un rideau de poussière qui leur prélève six à sept magnitudes, et le calcul de cette page montre où cela conduit un observateur : au capteur, pas à l'oculaire. Vous y trouverez le budget d'extinction amas par amas, la brillance de surface centrale de chacun comparée au fond de ciel d'un site noir, la raison géométrique pour laquelle quatre d'entre eux ont un cœur plus petit que la turbulence, et le relevé daté d'une observatrice qui les a tous cherchés sous 508 puis 914 mm de miroir. Le défi Palomar, atteignable celui-là, se traite dans son guide propre ; la classification Shapley-Sawyer et la technique ordinaire de résolution vivent dans le guide « Chasser les amas globulaires ». Ici, on établit la frontière et on la nomme.
- 11
- les amas du catalogue Terzan, publiés en quatre notes entre 1966 et 1971
- 7.1 mag
- ce que la poussière du bulbe retire à Terzan 5 : sans elle, l'amas brillerait à mag 6,8
- 21.08 mag/arcsec²
- la brillance de surface au centre de Terzan 5, soit le niveau d'un très bon fond de ciel naturel
- 508 mm
- le miroir sous lequel Terzan 6, Terzan 10 et Terzan 11 sont restés introuvables au Texas Star Party
- 22500 al
- la distance de Terzan 5 au catalogue Harris, soit 6,9 kpc à travers le cœur de la Galaxie
Le catalogue
Onze découvertes sorties de plaques infrarouges, à Lyon
Les émulsions sensibles au proche infrarouge et des publications échelonnées sur une décennie expliquent l'existence de ce catalogue, et un doublon corrigé après coup explique qu'un même numéro y désigne deux choses selon la source consultée.
Un astronome de Lyon, quatre notes, une décennie
Agop Terzan (1927-2020), né à Istanbul, docteur de l'université de Lyon en 1965 sous la direction de Jean Dufay, a passé sa carrière à l'observatoire de Lyon. Sa spécialité : les émulsions sensibles au proche infrarouge, qui traversent une partie du voile de poussière opaque au bleu. C'est avec elles, sur des clichés obtenus notamment au Schmidt de l'observatoire de Haute-Provence, qu'il repère des concentrations stellaires là où les tirages classiques ne montrent qu'un fourmillement uniforme. Le catalogue arrive en quatre livraisons : une note aux Comptes Rendus de l'Académie des Sciences en 1966 pour Terzan 1, une deuxième en 1967 pour Terzan 2, une troisième en 1968 qui en livre six d'un coup — son titre nomme explicitement « les constellations du Scorpion et du Sagittaire » — et un article d'Astronomy & Astrophysics en 1971 pour les quatre derniers. Le même homme a par ailleurs signalé plus de 5 100 étoiles variables, 158 nébuleuses diffuses et 124 galaxies : un chercheur de choses faibles, méthodique et patient.
Le doublon qui a fait glisser la numérotation
Le catalogue compte douze désignations et onze objets. L'amas publié comme Terzan 11 s'est révélé être Terzan 5 déjà décrit, si bien que les versions modernes ont renuméroté l'ancien Terzan 12 en Terzan 11. Conséquence pratique pour qui prépare une soirée : selon le logiciel ou l'atlas consulté, « Terzan 11 » désigne soit un doublon défunt, soit l'objet à 18h 12m 15,8s / −22° 44′ 31″ du Sagittaire. Vérifiez toujours les coordonnées plutôt que le numéro. Cinq amas tombent dans le Scorpion — Terzan 1, 2, 3, 4 et 6 — et six dans le Sagittaire. Le Serpentaire, voisin immédiat de cette région du bulbe, n'en abrite aucun : il porte en revanche les globulaires accessibles de la même direction, M9, M19 et M62, qui serviront de point de comparaison tout au long de cette page.
Le péage
Sept magnitudes prélevées sur le trajet
Le calcul se pose en une ligne, et il est brutal
La poussière interstellaire rougit et affaiblit. Les catalogues chiffrent le rougissement par l'excès de couleur E(B−V) ; l'affaiblissement dans le visible s'en déduit par la loi standard AV = 3,1 × E(B−V). Appliquons-la à Terzan 5, l'amas le plus étudié du lot. Le catalogue de référence de W. E. Harris lui donne E(B−V) = 2,28, d'où AV = 3,1 × 2,28 ≈ 7,1 mag. Sa magnitude intégrée observée vaut 13,85 ; débarrassée de la poussière, elle vaudrait 6,8 — un objet de jumelles, un M-quelque-chose que tout le monde connaîtrait. Le même calcul donne 7,3 mag de péage pour Terzan 6, 7,4 pour Terzan 10, 6,2 pour Terzan 1 et Terzan 4. Ce n'est pas de la faiblesse intrinsèque : c'est un prélèvement de facteur 700 à 900 en flux, opéré par une dizaine de milliers d'années-lumière de poussière froide entre eux et vous.
D'où sort le nombre 2,28, et pourquoi il varie selon les auteurs
L'excès de couleur ne se mesure pas directement : il se déduit. On construit le diagramme couleur-magnitude des géantes rouges du système, on le superpose à celui d'un amas de référence peu affecté, et le décalage horizontal donne le rougissement. La méthode se lit à nu dans les travaux récents sur Terzan 6, calibrés sur NGC 6624 dont l'excès vaut 0,28. D'où la dispersion des valeurs publiées : le premier de la série s'est vu attribuer un excès de 1,49 dans une révision, 1,99 dans la suivante et jusqu'à 2,48 dans un travail infrarouge — une fourchette qui vaut trois magnitudes d'incertitude sur son éclat réel. S'ajoute une difficulté propre à ces champs : l'absorption change d'un bord à l'autre de l'image, phénomène dit d'extinction différentielle, qui étire les séquences du diagramme et oblige à corriger région par région avant toute conclusion. Autrement dit, même les nombres de la colonne précédente sont des estimations, et elles se révisent.
Les onze, chiffrés
Trois amas au grand air, huit derrière le rideau
| Amas | Constellation | E(B−V) | A_V (mag) | V_t (mag) | µ_V centre | Distance |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Terzan 1 | Scorpion | 1,99 | 6,2 | 15,90 | 25,09 | 6,7 kpc |
| Terzan 2 | Scorpion | 1,87 | 5,8 | 14,29 | 22,16 | 7,5 kpc |
| Terzan 3 | Scorpion | 0,73 | 2,3 | 12,00 | 22,52 | 8,2 kpc |
| Terzan 4 | Scorpion | 2,00 | 6,2 | 16,00 | — | 7,2 kpc |
| Terzan 5 | Sagittaire | 2,28 | 7,1 | 13,85 | 21,08 | 6,9 kpc |
| Terzan 6 | Scorpion | 2,35 | 7,3 | 13,85 | 20,76 | 6,8 kpc |
| Terzan 7 | Sagittaire | 0,07 | 0,2 | 12,00 | 20,66 | 22,8 kpc |
| Terzan 8 | Sagittaire | 0,12 | 0,4 | 12,40 | 22,82 | 26,3 kpc |
| Terzan 9 | Sagittaire | 1,76 | 5,5 | 16,00 | 23,21 | 7,1 kpc |
| Terzan 10 | Sagittaire | 2,40 | 7,4 | 14,90 | 21,28 | 5,8 kpc |
| Terzan 11 | Sagittaire | 2,06 | 6,4 | 15,63 | 23,75 | 4,8 kpc |
| Aucune ligne ne correspond au filtre. | ||||||
Deux familles que la colonne E(B−V) sépare d'un coup d'œil
La table se lit en une seconde une fois qu'on sait où regarder. Terzan 7 et Terzan 8 affichent E(B−V) = 0,07 et 0,12, soit deux à quatre dixièmes de magnitude de péage : ils ne sont pas dans le bulbe du tout. Ils appartiennent à la galaxie naine du Sagittaire, ce satellite en cours de démantèlement dont M54 occupe probablement le noyau, et ils se tiennent à 22,8 et 26,3 kpc, très au-dessus du plan poussiéreux. Terzan 3 forme un cas intermédiaire, à 0,73 d'excès de couleur. Les huit autres partagent la même signature : E(B−V) entre 1,76 et 2,40, distance héliocentrique entre 4,8 et 7,5 kpc, autrement dit une ligne de visée qui traverse le renflement central de la Galaxie de part en part. C'est cette signature, et elle seule, qui fixe le verdict d'observation.
La géométrie
Un cœur de trois secondes d'arc contre une turbulence de trois secondes
La brillance de surface centrale, comparée au ciel
La colonne µV de la table est la grandeur décisive, et elle réserve une surprise. Terzan 5 culmine à 21,08 mag/arcsec² en son centre, Terzan 6 à 20,76, Terzan 10 à 21,28. Un très bon ciel de campagne française plafonne autour de 21,3 à 21,5 mag/arcsec². Ces trois cœurs sont donc, par unité de surface, au niveau du fond de ciel ou légèrement au-dessus — un contraste de quelques dixièmes de magnitude, là où une nébuleuse planétaire brillante en offre trois ou quatre. À l'autre extrémité, Terzan 1 mesure 25,09 mag/arcsec² : quatre magnitudes sous le fond de ciel, soit quarante fois moins lumineux que le noir dans lequel il baigne. La notion de brillance de surface et sa comparaison au ciel sont établies pas à pas dans le guide de technique galactique ; on l'applique ici, on ne la redémontre pas.
Quatre cœurs effondrés, plus fins que l'image d'une étoile
Reste l'argument que les tables de magnitude taisent, et il est géométrique. Terzan 1, 2, 6 et 9 sont classés à cœur effondré : leur rayon de cœur vaut respectivement 0,04′, 0,03′, 0,05′ et 0,03′, soit 2,4″, 1,8″, 3,0″ et 1,8″. Le seeing d'une nuit correcte en France étale un point stellaire sur 2 à 4″. La conséquence est directe : l'atmosphère prend le peu de lumière concentrée dans ces cœurs et la répartit sur une surface deux à cinq fois plus large, ce qui divise d'autant la brillance de surface effective et fait glisser le cœur sous le fond de ciel. Terzan 6 en donne l'illustration la plus nette — µV = 20,76, le plus brillant du bulbe au centre, et pourtant l'un des plus rétifs à l'œil. Cette action du seeing sur la matière concentrée d'un amas est cousine, mais distincte, du rôle qu'il joue sur la résolution en étoiles individuelles : ce second mécanisme est traité dans Seeing et résolution et dans Chasser les amas globulaires.
Le relevé
Cinq ans de traque sous 508 puis 914 mm de miroir
Les notes brutes d'une campagne américaine donnent objet par objet le diamètre, le grossissement et la nuit qui ont permis de les tenir, et désignent ceux qui échappent encore à l'œil.
Le carnet de Barbara Wilson, 1994-1998
Une observatrice américaine a mené la campagne de référence sur ces objets et publié ses notes brutes : Barbara Wilson, avec un Newton de 508 mm à f/4 sur plateforme équatoriale, épaulée par le 914 mm à f/5 de Larry Mitchell, depuis le Texas Star Party et un site sombre de Columbus, au Texas — c'est-à-dire sous un ciel que la France métropolitaine n'offre nulle part. Bilan sur cinq campagnes, du 12 mai 1994 au printemps 1998 : Terzan 1 semi-résolu au 508 mm en cinq étoiles sur fond granuleux, plusieurs dizaines d'étoiles au 914 mm ; Terzan 4 saisi le 30 août 1997 comme un point tenu de 60″ en vision décalée, à 423× ; Terzan 5 vu en vision directe le 20 mai 1995 sous forme d'un condensé de 2′ avec deux étoiles résolues ; Terzan 9 arraché le 4 juillet 1997 avec un 9 mm là où un 11 mm échouait.
Et les trois qui ont tenu bon
Trois objets résistent au 508 mm. Terzan 6 reste introuvable malgré un cheminement d'étoiles soigné, apparaît fugitivement dans le 914 mm en juillet 1997, puis se laisse voir en 1998 dans le 635 mm de Dave Tosteson — sous un ciel meilleur, ce qui range l'affaire du côté de la transparence du site autant que du diamètre. Terzan 10 se dérobe au 508 mm et n'est obtenu qu'au 914 mm, gêné par une étoile de mag 11,8 située à moins d'une minute d'arc. Terzan 11 enfin — mag 15,63 au catalogue Harris, 16,4 sur la liste dont Wilson disposait alors — n'est qu'une lueur au 914 mm près de deux étoiles faibles, confirmée seulement par une image CCD prise en parallèle. Transposez à un miroir de 400 mm sous un ciel français : le relevé dit ce qu'il dit. Sur les huit systèmes du bulbe, deux ou trois peuvent tomber une nuit exceptionnelle ; les autres relèvent du capteur.
Avantages
- Terzan 5 : le plus abordable des huit amas du bulbe — un condensé de 2′ tenu en vision directe dès 508 mm sous ciel de désert
- Terzan 7 et Terzan 8 : magnitudes 12,0 et 12,4, presque sans extinction, à la portée d'un 400 mm bien placé sous un ciel de montagne
- Terzan 3 : magnitude 12,0 et 2,3 mag d'extinction seulement, la partie centrale se laisse deviner dès 508 mm
- Terzan 1, 2, 4 et 9 : accessibles au 508 mm sous ciel de désert, sous forme d'une poignée de géantes rouges résolues
Inconvénients
- Terzan 6 : introuvable au 508 mm sur plusieurs tentatives, fugitif au 914 mm — son cœur de 3,0″ passe sous le seeing
- Terzan 10 : obtenu au 914 mm seulement, et à moins d'une minute d'arc d'une étoile de mag 11,8 qui éblouit le champ
- Terzan 11 : mag 15,63 et 6,4 mag d'extinction, une lueur au 914 mm confirmée par CCD — la limite est franchie, l'objet appartient à l'image
- L'ensemble du bulbe : ces relevés viennent d'un ciel de désert texan, ce qui déplace la barre d'au moins un cran vers le haut sous ciel français
Ce soir, vraiment
La soirée qui vaut le déplacement dans ce même champ
Le matériel qui sert vraiment cette direction du ciel
Voici la position honnête. Aucun instrument du commerce grand public ne fait de ces sphères enfouies une cible visuelle satisfaisante : la marche d'entrée réelle commence vers 500 mm de miroir, sous un ciel de très haute qualité, et un tel télescope se construit ou se commande à l'unité, autour de 8 000 à 15 000 € — hors de tout catalogue, et le sujet se creuse dans le guide des gros miroirs et celui du Dobson de 400 mm. Ce qui se choisit utilement, en revanche, c'est l'instrument qui exploite le même champ du Sagittaire et du Scorpion pendant que vous êtes sous les étoiles. Le Sky-Watcher Skyliner 250PX, 254 mm à 763,73 €, granule M22 jusqu'au cœur et détaille M4 en une nuée d'étoiles individuelles ; l'Omegon Advanced X 254/1250, même ouverture à 706,00 €, tient le même rôle en f/4,9.
Le grossissement fort, seul réglage qui déplace la ligne
Sur une cible dont le contraste avec le fond se joue à quelques dixièmes de magnitude par seconde d'arc, le levier disponible est le grossissement : il assombrit le fond de ciel et étale l'objet, ce qui creuse l'écart tant que la pupille de sortie reste exploitable. Wilson travaillait entre 423× et 663× avec des oculaires de 9 puis 7 mm. Sur un 254 mm à f/4,7, un oculaire de 8 mm à 44,99 € donne 150× pour une pupille de 1,7 mm : le bon régime pour tenter M9 et M28 à leur meilleur. Pour le repérage préalable dans un champ aussi dense, l'Explore Scientific 68° à 96,00 € offre le champ apparent qui rend le cheminement d'étoiles praticable. Notez le geste et l'heure dans un carnet — la méthode est décrite ici —, car sur ces objets une observation non consignée ne vaut rien.
L'autre voie
Ces amas appartiennent au capteur
L'accumulation des poses et la transparence de la poussière dans le rouge donnent au silicium les deux avantages que la rétine n'a pas devant ces sphères du bulbe.
Là où l'œil s'arrête, le silicium continue
L'œil intègre pendant une fraction de seconde et ne cumule rien. Un capteur cumule des heures, et c'est exactement la ressource qu'exige un objet situé à quelques dixièmes de magnitude du fond de ciel. Mieux : la poussière du bulbe atténue beaucoup moins dans le rouge et le proche infrarouge que dans le vert, ce qui donne au capteur un second avantage que la rétine n'a pas — c'est précisément le principe qui a permis à Terzan de les découvrir sur des plaques infrarouges. Une caméra CMOS refroidie à petits photosites, montée derrière une focale de 1 200 à 2 000 mm, sépare les géantes rouges de ces sphères en quelques dizaines de minutes de pose cumulée. Le matériel se situe entre 400 et 1 500 € selon le capteur, hors catalogue de ce site ; les principes de refroidissement et de choix de format se lisent dans le guide des caméras CMOS refroidies.
Un budget de séance, posé bout en bout
Chiffrons une tentative sur Terzan 5 avec du matériel courant. Un Newton de 200 mm ouvert à f/5 délivre 1 000 mm de distance focale ; placez derrière lui un capteur dont les photosites mesurent 3,76 µm. L'échantillonnage vaut 206 × 3,76 ÷ 1 000 ≈ 0,78″ par pixel : trop fin pour la turbulence, ce qui invite à regrouper les pixels deux par deux et à travailler à 1,55″ par pixel, plus proche de ce que l'air autorise. Le rayon de mi-lumière du système occupe 0,72′, soit 43″, donc une trentaine de pixels regroupés en diamètre — l'objet reste petit, et le suivi doit tenir. Deux cents unitaires de 45 s empilées donnent 2 h 30 de temps cumulé, ce qui amène la magnitude limite du champ autour de 20 sous un ciel correct : les géantes rouges de l'amas, situées deux à trois magnitudes au-dessus de cette limite malgré le péage de poussière, ressortent alors nettement. Le même raisonnement échoue à l'oculaire pour une raison unique : l'œil ne cumule pas.
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Verrouillez le champ par astrométrie avant toute chose
Ces objets se noient dans un tapis d'étoiles de champ. Une résolution astrométrique sur la première brute donne les coordonnées exactes au centre du capteur : c'est la seule identification qui vaut, la reconnaissance visuelle d'un motif étant illusoire dans cette direction.
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Travaillez dans le rouge et le proche infrarouge
Un canal rouge, ou une bande passante ouverte au-delà de 700 nm, réduit le péage de poussière d'un facteur voisin de 2 par rapport au vert. Sur Terzan 5, cela transforme 7,1 mag d'extinction en un peu plus de 3.
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Multipliez les poses courtes plutôt que d'allonger l'unitaire
Le champ est saturé d'étoiles brillantes de premier plan. Des unitaires de 30 à 60 s empilées par centaines préservent la dynamique des géantes de l'amas tout en accumulant le signal, là où une pose longue brûle le voisinage.
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Comparez à un relevé publié, systématiquement
Les positions des catalogues anciens comportent des erreurs de plusieurs minutes d'arc sur ces objets. Superposez votre image à un relevé infrarouge de référence avant d'annoncer une détection : c'est ce qui a validé les observations les plus limites de la campagne texane.
Une horlogerie radio unique dans la Galaxie
La poussière arrête la lumière visible ; elle laisse passer les ondes radio sans presque rien prélever. C'est par là que Terzan 5 s'est imposé comme l'objet le plus riche de sa catégorie : 49 pulsars millisecondes y étaient confirmés fin 2023, davantage que dans n'importe quel autre système stellaire connu. Ces cadavres d'étoiles tournent sur eux-mêmes plusieurs centaines de fois par seconde et balaient l'espace d'un faisceau dont la régularité rivalise avec une horloge atomique. Les grandes antennes — le radiotélescope de Green Bank et ses 100 m de parabole, puis les réseaux interférométriques — les recensent par chronométrage, méthode qui ignore superbement le voile qui gêne l'oculaire. Le même recensement livre une population de binaires X de faible masse et de sursauteurs, tous produits d'une densité stellaire où les rencontres rapprochées deviennent statistiquement courantes.
Une source de photons de très haute énergie
En juin 2011, le réseau de télescopes Tcherenkov H.E.S.S., installé en Namibie, annonce une source de rayons gamma de très haute énergie coïncidant avec cet objet, cataloguée HESS J1747−248. L'hypothèse dominante attribue l'accélération des électrons responsables aux vents des pulsars millisecondes eux-mêmes, ou aux fronts de choc qui se percutent dans le milieu du système. Ajoutez le suivi spectroscopique des géantes rouges par les relevés d'abondances en bande infrarouge, la cartographie par optique adaptative multi-conjuguée depuis le Chili, et le recensement des variables du relevé VVV mené au télescope VISTA : ce point de lumière que l'œil peine à confirmer figure parmi les cibles les plus instrumentées du ciel austral. La rétine humaine est le seul détecteur pour lequel il reste hors d'atteinte.
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Les défis voisins, et le ciel qui les porte
Les amas Palomar, le défi qui se gagne Quinze globulaires des plaques du mont Palomar, dont la magnitude publiée trompe. Lesquels tombent sous 400 mm, lesquels résistent, et pourquoi la brillance de surface décide à la place du catalogue. Chasser les amas globulaires Les douze classes de concentration de Shapley-Sawyer, le diamètre à partir duquel un cœur se granule, et la conduite d'une séance sur les phares du catalogue Messier. Herschel II, 400 objets de magnitude 10 à 13 La suite du Herschel 400 : petites galaxies compactes et nébuleuses planétaires ténues, le terrain où 250 à 300 mm et un ciel de campagne cessent d'être un confort. 
M22, le grand amas du Sagittaire Le globulaire le plus spectaculaire de cette direction du ciel : magnitude 5,1, résolu jusqu'au centre dès 250 mm, à deux degrés du champ où se cachent les Terzan. Le diamètre décide, le ciel arbitre
Sur ces boules d'étoiles enfouies dans le bulbe, la surface collectrice et la noirceur du site font tout le travail, et rien d'autre. Notre sélection de télescopes pour le ciel profond, classée par diamètre et par usage réel.