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La Nasa veut embarquer dans Euclid, le télescope chasseur d'énergie sombre

En offrant des technologies de pointe, la Nasa pourrait participer à Euclid, la mission de l’Esa qui va traquer l'énergie sombre, pour mieux comprendre l’accélération de l’expansion de l’Univers.

Euclid cartographiera la structure à grande échelle de l’Univers avec une précision sans précédent. Ses observations, qui s’étendront sur dix milliards d’années-lumière dévoileront l’histoire de l’expansion de l’Univers et la croissance de sa structure au cours des trois derniers quarts de son existence. © Esa Euclid cartographiera la structure à grande échelle de l’Univers avec une précision sans précédent. Ses observations, qui s’étendront sur dix milliards d’années-lumière dévoileront l’histoire de l’expansion de l’Univers et la croissance de sa structure au cours des trois derniers quarts de son existence. © Esa

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Le télescope spatial Euclid (ainsi baptisé en l'honneur du célèbre mathématicien grec de l'Antiquité) étudiera la nature des 95 % de l’Univers dont nous ignorons à peu près tout, en l'occurrence la matière noire et l'énergie sombre. Il s’agit d’une des deux missions de classe M sélectionnées en octobre 2011 par l’Agence spatiale européenne dans le cadre de son programme scientifique Vision Cosmique. Son lancement est prévu en 2019 par un Soyouz ST depuis le Centre spatial guyanais. Elle sera mise en orbite autour du point de Lagrange L2, situé à 1,5 million de kilomètres de la Terre, dans la direction opposée au Soleil par rapport à la Terre. Elle doit fonctionner un peu plus de 6 ans.

Bien que ce projet soit entièrement financé par l’Esa, la Nasa a proposé à l’agence européenne d'y participer à hauteur de 20 millions de dollars. Comme nous l’explique Olivier Le Fèvre, astronome au Laboratoire d'astrophysique de Marseille, un des deux Français du Conseil directeur du consortium Euclid, représentant les intérêts de la communauté française, les « négociations entre la Nasa et l’Esa devraient porter sur la fourniture de détecteurs à infrarouges et de roues à contre-réaction ». Technologie que les États-Unis maîtrisent bien, ces roues évitent qu’un composant du satellite, s’il venait à bouger, modifie le pointage du télescope. En contrepartie de cette participation, les Américains se verront attribuer une place dans le comité scientifique d’Euclid qui compte 12 personnes et auront, comme l’ensemble des membres du consortium européen, un accès prioritaire aux données avant qu’elles ne soient mises à la disposition de l’ensemble de la communauté scientifique.

Les Américains ont tout intérêt à y participer. Ils projettent bien une mission similaire, WFirst, mais son avenir est très incertain. Au mieux son lancement est prévu en 2025. Sans cette participation dans Euclid et avec l’incertitude sur WFirst, les chercheurs américains courent le risque d’être absents sur ce terrain pendant une très longue période, « d’où cet intérêt pour Euclid ». Pour l’Esa, c’est également une manière de maintenir une porte d’entrée pour négocier une participation dans WFirst.

Apporter un nouvel éclairage sur la matière noire

Pour étudier la matière noire, les scientifiques chercheront à la détecter indirectement par ses effets gravitationnels sur les galaxies. Ainsi, comme l’explique Yannick Mellier de l’Institut d’astrophysique de Paris, responsable scientifique de la mission et du consortium Euclid, « en observant des images de galaxies lointaines et en mesurant les déformations subies, les chercheurs peuvent en déduire la distribution de la matière noire intercalée entre notre galaxie et des galaxies plus lointaines ». Par spectroscopie, Euclid observera la distribution des galaxies en trois dimensions. Ensemble, ces mesures pourraient permettre de comprendre la source de l’accélération de l’expansion de l’Univers, qu'elle soit une énergie sombre ou une manifestation des effets d'une physique inconnue.

Les retombées scientifiques d'Euclid iront bien au-delà de son objectif. Ici, le champ ultraprofond d'Hubble. © Nasa/Esa & N. Pirzkal (Esa/STScI)/HUDF Team (STScI)
Les retombées scientifiques d'Euclid iront bien au-delà de son objectif. Ici, le champ ultraprofond d'Hubble. © Nasa/Esa & N. Pirzkal (Esa/STScI)/HUDF Team (STScI)

Concrètement, on « s’attend à observer plus d’un milliard de galaxies en imagerie et de 40 à 50 millions en spectroscopie » précise Olivier Le Fèvre. Ce télescope sondera plus de la moitié du ciel, « c’est énorme, un véritable saut quantique (par la quantité des données obtenues) dans notre exploration de l’Univers ». À ce jour les sondages en imagerie les plus grands ont été réalisés par le télescope Canada-France-Hawaï et couvrent des régions du ciel de 150 degrés carrés. Or, l’Univers c’est quelque 40.000 degrés carrés ! Euclid en sondera dans le visible et l’infrarouge plus de 15.000 degrés carrés, « soit plus de la moitié du ciel observable (la Voie Lactée nous en bloque une grande partie) ».

Euclid : un petit télescope aux grandes capacités

Ce satellite embarquera un télescope de 1,2 m et deux caméras, « chacune possédant un champ de vue très large de 0,55 à 0,56 degré carré ». L’une fonctionnera dans le visible avec 36 capteurs CCD, chacun portant 16 millions de pixels et chaque pixel ayant une résolution de 1/10 de seconde d'arc, et l’autre dans l’infrarouge. Celle-ci possède 16 capteurs en tellurure de cadmium et de mercure (HgCdTe). Ce matériau est sensible aux longueurs d'onde de 0,6 à 5 microns, donc dans l'infrarouge. Chaque capteur porte 4 millions de pixels, et un pixel voit 0,3 seconde d'arc.

Malgré son diamètre de faible dimension, en comparaison de ceux d’Hubble (2,4 m) ou d’Herschell (3,5 m), les images d’Euclid seront « d’une profondeur comparable à celles réalisées par Hubble et légèrement moins résolues ».


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