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À quoi servira le télescope géant E-ELT ?

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En 2020, un télescope géant de 42 m de diamètre, l'E-ELT, s'élèvera au Chili. Jean-Gabriel Cuby, chercheur au laboratoire d'Astrophysique de Marseille et « monsieur ELT-France » , explique à Futura-Sciences les objectifs scientifiques de ce grand instrument de l'ESO.

On s'attend à ce que l'E-ELT résolve les galaxies du champ profond obtenu par Hubble (HDF, Hubble Ultra Deep Field). Ces galaxies sont les premières de l'univers. © Nasa

Les découvertes permises par les télescopes terrestres et les observatoires spatiaux soulèvent de nouvelles questions qui appellent à une nouvelle génération d'instruments. Aujourd'hui, les astronomes butent sur le premier milliard d'années après le Big Bang. Les instruments actuels, qu'ils soient dans l'espace ou sur Terre, ont certaines difficultés à caractériser des objets aussi lointains. Pour avancer et répondre aux besoins des scientifiques, l'ESO a lancé 2 projets d'envergure : Alma (un réseau de 66 antennes radio) et l'E-ELT, pour European Extremely Large Telescope, un télescope de 42 m de diamètre, construit au Chili, qui observera le ciel dans le visible et l'infrarouge.

Avec ce télescope, on s'attend à des « avancées significatives dans de nombreux domaines », explique Jean-Gabriel Cuby du LAM : étude des exoplanètes, des trous noirs, des galaxies distantes et recherche sur des questions fondamentales comme la nature de la matière et de l'énergie noire ou encore la physique des premiers instants. Concrètement, les astronomes seront en mesure de détecter et caractériser des exoplanètes de la taille de la Terre, d'étudier l'horizon des trous noirs, voir les premières galaxies et isoler les étoiles des galaxies bien au-delà de l'Amas local. D'importantes synergies sont prévues avec le VLT, Alma et James Webb.

Les astronomes espèrent ainsi étudier l'environnement des étoiles en formation et ouvrir de nouvelles fenêtres sur la sortie des Âges sombres, cette période de l'histoire de l'univers qui débute après la diffusion du rayonnement cosmique et avant la formation des premières structures lumineuses, à partir de 200 millions d'années après le Big-Bang.

Lorsqu'il sera opérationnel, le télescope E-ELT aura pour tâche d’observer et d’imager les objets qui se sont formés entre 100.000 et 400.000 ans après le Big Bang. © ESO

Le principal objectif des télescopes géants est de voir « les premières étoiles et galaxies qui se sont formées quelques centaines de millions d'années après le Big Bang (il y a 13,7 milliards d'années) ». C'est fondamental pour comprendre la formation et l'évolution des galaxies et de l'univers dans son ensemble. Ces premières étoiles que « l'on suppose très massives, dites de population III, auraient brillé pendant un bref laps de temps (de l'ordre de un à quelques millions d'années chacune) ». Aujourd'hui disparues, elles sont « peut-être à l'origine des sursauts gamma très lointains ». L'E-ELT devrait voir les galaxies qui abritent ces premières étoiles, ce que ne réussit pas à faire Hubble, bien qu'il ait récemment vu quelques galaxies situées à plus de 13 milliards d'années « à la limite de ses capacités ». L'E-ELT « pourra les caractériser et faire de la spectroscopie », de sorte que l'on pourra voir la composition de ces galaxies et leurs étoiles, « dont les fameuses étoiles de population III ».

Voir mieux et plus loin avec l'E-ELT

À ce jour, on recense plus de 800 exoplanètes. Elles sont détectées de façon indirecte par la méthode du transit (passage devant l'étoile, ce qui l'occulte légèrement) et par la méthode des vitesses radiales (l'étoile, si la planète est à peu près dans la ligne de visée, avance et recule à raison de quelques dizaines ou centaines de mètres par seconde, à cause de l'effet gravitationnel de la planète). Seule ombre au tableau, il est pour ainsi dire impossible d'imager de façon directe des exoplanètes bien qu'en 2010 le télescope Gemini ait réussi à en photographier une. L'E-ELT sera utilisé pour rechercher « des planètes de faible masse avec la méthode des vitesses radiales » et fera « des images ou des spectres lorsque ce sera possible par la méthode de l'imagerie à haut contraste ». Ce télescope de 42 m aura la capacité de « découvrir des planètes de la taille de la Terre et dans un premier temps de réaliser des images de Jupiter chauds ». Le but étant de voir des planètes similaires à la Terre. « Et on s'y prépare dès aujourd'hui ! » 

Des instruments sont en cours de développement pour les télescopes de 8 mètres. Le VLT et Gemini devraient « permettre de progresser significativement dans l'imagerie directe et la caractérisation de planètes extrasolaires de masses semblables à celle de Jupiter ». Ce n'est seulement qu'avec l'arrivée des télescopes géants que l'on sera en mesure d'imager des planètes « de plus en plus petites, jusqu'à la taille de la Terre ». Cependant, « il ne faut pas s'attendre à des images visuellement attrayantes ». Un seul pixel caractérisera chaque planète... « Cela peut paraître peu mais ce point contiendra pas mal d'informations que l'on pourra exploiter par la spectroscopie ». Ce ne sera sans doute qu'avec la deuxième génération d'instruments que « des avancées significatives sur cette question pourront être accomplies ».

Lorsque l'on sera capable de séparer une étoile de sa planète située dans la zone habitable, on pourra faire de la spectroscopie pour caractériser les atmosphères, rechercher des traces d'eau à l'état de vapeur ou liquide et un certain nombre de gaz que l'on trouve sur Terre ou dans le Système solaire « comme du CO2, de l'oxygène ». Mais il faudra des années avant que l'E-ELT soit capable de le faire. « Les instruments nécessaires ne seront pas opérationnels avant plusieurs années après la mise en service du télescope, prévue vers 2020 ».


Une vidéo de présentation du potentiel de l'E-ELT. © ESO-YouTube

L'E-ELT « ne traquera pas de formes de vies intelligentes », en revanche, il est « parfaitement dimensionné pour rechercher les conditions propices à la vie, des biosignatures ». Il pourra détecter la signature de gaz compatibles avec la vie comme « l'hydrogène, l'ozone, voire le méthane sous certaines conditions ». La détection de ces gaz sera un indicateur fort mais « pas une preuve irréfutable de vie ».

Concernant la physique, l'E-ELT devrait répondre rapidement aux questions qui taraudent les chercheurs sur « l'évolution possible des constantes de la physique fondamentale comme la charge de l'électron, la vitesse de la lumière, etc. ». Pour un certain nombre de ces constantes, on peut retrouver les variations dans un passé très lointain « de façon à voir si les lois et constantes de la physique ont évolué au cours du temps ». Aujourd'hui, les télescopes de 8 m abordent cette thématique avec plus ou moins de succès. Ils « défrichent le terrain en quelque sorte pour les générations suivantes de télescopes ». D'ici quelques années on s'attend donc à quelques avancées mais cela restera assez peu précis jusqu'à ce que les télescopes géants voient le jour.

Mise à jour : novembre 2012