Nous, les humains, avons une faim insatiable de comprendre l'Univers. Comme l'a dit Carl Sagan, «La compréhension est l'ecstasy». Mais pour comprendre l'Univers, nous avons besoin de meilleures et meilleures façons de l'observer. Et cela signifie une chose: de grands, énormes, énormes télescopes.
Dans cette série, nous examinerons les prochains super télescopes du monde:
- Le télescope géant de Magellan
- Le très grand télescope
- Le télescope de 30 mètres
- Le télescope européen extrêmement grand
- Le grand télescope synoptique
- Le télescope spatial James Webb
- Le télescope infrarouge à champ large
Il est facile d’oublier l’impact que le télescope spatial Hubble a eu sur notre état des connaissances sur l’Univers. En fait, cela pourrait être la meilleure mesure de son succès: nous tenons pour acquis le Hubble, et tout ce que nous en avons appris. Mais d'autres télescopes spatiaux sont en cours de développement, notamment le WFIRST, qui sera beaucoup plus puissant que le Hubble. Jusqu'où ces télescopes permettront-ils d'étendre notre compréhension de l'Univers?
"WFIRST a le potentiel d'ouvrir nos yeux sur les merveilles de l'univers, de la même manière que Hubble." - John Grunsfeld, Direction des missions scientifiques de la NASA
Le WFIRST pourrait être le véritable successeur du Hubble, même si le télescope spatial James Webb (JWST) est souvent présenté comme tel. Mais il peut être incorrect d'appeler même WFIRST un télescope; il est plus précis de l'appeler un observatoire d'astrophysique. C'est parce que l'un de ses principaux objectifs scientifiques est d'étudier l'énergie noire, cette force plutôt mystérieuse qui entraîne l'expansion de l'univers, et la matière noire, la matière difficile à détecter qui ralentit cette expansion.
WFIRST aura un miroir de 2,4 mètres, de la même taille que le Hubble. Mais, il aura une caméra qui augmentera la puissance de ce miroir. Le Wide Field Instrument est une caméra multi-bande proche infrarouge de 288 mégapixels. Une fois opérationnel, il capturera des images aussi nettes que celles de Hubble. Mais il y a une énorme différence: le Wide Field Instrument capturera des images qui couvrent plus de 100 fois le ciel que Hubble fait.
Parallèlement à l'instrument à champ large, WFIRST aura l'instrument coronagraphique. L'instrument coronagraphique fera progresser l'étude des exoplanètes. Il utilisera un système de filtres et de masques pour bloquer la lumière des autres étoiles et se concentrer sur les planètes en orbite autour de ces étoiles. Cela permettra une étude très détaillée de l'atmosphère des exoplanètes, l'un des principaux moyens de déterminer l'habitabilité.
WFIRST devrait être lancé en 2025, bien qu'il soit trop tôt pour avoir une date exacte. Mais lors de son lancement, il est prévu que WFIRST se rende au point Soleil-Terre LaGrange 2 (L2.) L2 est un point équilibré gravitationnellement dans l'espace où WFIRST peut faire son travail sans interruption. La mission devrait durer environ 6 ans.
"WFIRST a le potentiel pour nous ouvrir les yeux sur les merveilles de l'univers, à peu près comme Hubble", a déclaré John Grunsfeld, astronaute et administrateur associé de la Direction des missions scientifiques de la NASA au siège à Washington. "Cette mission combine de manière unique la capacité de découvrir et de caractériser des planètes au-delà de notre propre système solaire avec la sensibilité et l'optique pour regarder au loin et profondément dans l'univers dans une quête pour percer les mystères de l'énergie noire et de la matière noire."
En un mot, il y a deux propositions pour ce que l'énergie noire peut être. Le premier est la constante cosmologique, où l'énergie sombre est uniforme dans tout le cosmos. Le second est ce que l'on appelle les champs scalaires, où la densité de l'énergie noire peut varier dans le temps et dans l'espace.
Depuis les années 1990, les observations nous ont montré que l'expansion de l'Univers s'accélère. Cette accélération a commencé il y a environ 5 milliards d'années. Nous pensons que Dark Energy est responsable de cette expansion accélérée. En fournissant des images aussi grandes et détaillées du cosmos, WFIRST permettra aux astronomes de cartographier l'expansion dans le temps et sur de vastes zones. WFIRST mesurera également avec précision les formes, les positions et les distances de millions de galaxies pour suivre la distribution et la croissance des structures cosmiques, y compris les amas de galaxies et la matière noire qui les accompagne. L'espoir est que cela nous donnera un niveau de compréhension supérieur en ce qui concerne l'énergie noire.
Si tout cela semble trop compliqué, regardez-le de cette façon: nous savons que l'Univers se développe et nous savons que l'expansion s'accélère. Nous voulons savoir pourquoi il se développe et comment. Nous avons donné le nom d’Énergie sombre à la force qui est à l’origine de cette expansion, et maintenant nous voulons en savoir plus à ce sujet.
L'énergie noire et l'expansion de l'Univers est un énorme mystère et une question qui anime les cosmologistes. (Ils veulent vraiment savoir comment l'Univers se terminera!) Mais pour beaucoup d'entre nous, une autre question est encore plus convaincante: sommes-nous seuls dans l'Univers?
Il n'y aura pas de réponse rapide à celle-ci, mais toute réponse que nous trouverons commence par l'étude des exoplanètes, et c'est quelque chose que WFIRST excellera également.
"WFIRST est conçu pour traiter les domaines scientifiques identifiés comme des priorités absolues par la communauté astronomique", a déclaré Paul Hertz, directeur de la Division d'astrophysique de la NASA à Washington. «L'instrument à champ large donnera au télescope la possibilité de capturer une seule image avec la profondeur et la qualité de Hubble, mais couvrant 100 fois la zone. Le coronographe fournira une science révolutionnaire, capturant les images faibles mais directes de mondes gazeux et de super-Terres lointains. »
«Le coronographe fournira une science révolutionnaire, capturant les images faibles mais directes de mondes gazeux et de super-Terres lointains.» - Paul Hertz, Division d'astrophysique de la NASA
La difficulté d'étudier les exoplanètes est qu'elles sont toutes des étoiles en orbite. Les étoiles sont si brillantes qu'elles rendent impossible de voir leurs planètes dans les moindres détails. C'est comme regarder un phare à des kilomètres et essayer d'étudier un insecte près du phare.
L'instrument coronographique à bord du WFIRST excellera à bloquer la lumière des étoiles lointaines. Il le fait avec un système de miroirs et de masques. C'est ce qui rend possible l'étude des exoplanètes. Ce n'est que lorsque la lumière de l'étoile est traitée que les propriétés des exoplanètes peuvent être examinées.
Cela permettra des mesures détaillées de la composition chimique de l'atmosphère d'une exoplanète. En faisant cela sur des milliers de planètes, nous pouvons commencer à comprendre la formation de planètes autour de différents types d'étoiles. Cependant, il existe certaines limitations à l'instrument coronagraphique.
L'instrument coronagraphique était une sorte d'ajout tardif à WFIRST. Certains des autres instruments sur WFIRST ne sont pas optimisés pour fonctionner avec, donc il y a quelques restrictions à son fonctionnement. Il ne pourra étudier que les géantes gazeuses et les soi-disant super-terres. Ces planètes plus grandes n'exigent pas autant de finesse pour étudier, simplement en raison de leur taille. Les mondes semblables à la Terre seront probablement au-delà de la puissance de l'instrument coronagraphique.
Ces limites ne sont pas un gros problème à long terme. Le Coronagraph est en fait davantage une démonstration de technologie, et il ne représente pas la fin de l'étude des exoplanètes. Tout ce que nous apprend cet instrument nous aidera à l'avenir. Il y aura un jour un successeur à WFIRST, peut-être dans des décennies, et à ce moment-là, la technologie Coronagraph aura beaucoup progressé. À cette époque future, des instantanés directs d'exoplanètes semblables à la Terre pourraient bien être possibles.
Mais peut-être que nous n’aurons pas à attendre aussi longtemps.
Il existe un plan pour augmenter l'efficacité du coronographe sur WFIRST qui lui permettrait d'imager des planètes semblables à la Terre. C'est ce qu'on appelle l'EXO-S Starshade.
L'EXO-S Starshade est un système d'ombrage déployable de 34 m de diamètre qui empêchera la lumière des étoiles d'altérer la fonction de WFIRST. Ce serait en fait un vaisseau séparé, lancé séparément et envoyé en route pour un rendez-vous avec WFIRST à L2. Il ne serait pas attaché, mais s'orienterait avec WFIRST grâce à un système de caméras et de feux de guidage. En fait, une partie de la puissance du Starshade est qu'il serait à environ 40 000 à 50 000 km de WFIRST.
L'énergie noire et les exoplanètes sont des priorités pour WFIRST, mais il y a toujours d'autres découvertes qui attendent de meilleurs télescopes. Il n'est pas possible de prédire tout ce que nous apprendrons de WFIRST. Avec des images aussi détaillées que celles de Hubble, mais 100 fois plus grandes, nous sommes sur le point de surprendre.
"Cette mission examinera l'univers pour trouver les objets les plus intéressants là-bas." - Neil Gehrels, scientifique du projet WFIRST
"En plus de ses capacités passionnantes pour l'énergie sombre et les exoplanètes, WFIRST fournira un trésor de données exquises pour tous les astronomes", a déclaré Neil Gehrels, scientifique du projet WFIRST au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. "Cette mission examinera l'univers pour trouver les objets les plus intéressants là-bas."
Avec la mise en ligne de tous les super télescopes au cours des prochaines années, nous pouvons nous attendre à des découvertes incroyables. Dans 10 à 20 ans, nos connaissances auront considérablement progressé. Qu'apprendrons-nous sur la matière noire et l'énergie noire? Que saurons-nous des populations d'exoplanètes?
En ce moment, il semble que nous cherchions simplement à mieux comprendre ces choses, mais avec WFIRST et les autres super télescopes, nous sommes prêts à une étude plus approfondie.
