Une nouvelle mission de la NASA : une carte 3D en couleurs de tout le ciel
La NASA prévoit de lancer prochainement une nouvelle mission pour créer la carte tridimensionnelle en couleurs la plus complète du ciel réalisée à ce jour. Cette mission, baptisée SPHEREx (Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer), analysera tout ce qui existe dans l’univers afin de tenter de répondre à certaines des questions les plus profondes jamais posées.
Le lancement du vaisseau spatial est prévu pour le vendredi 28 février. Il effectuera quatre relevés complets du ciel au cours des deux prochaines années.
Ce ne sera pas la première mission de la NASA visant à envoyer un télescope spatial observer des centaines de millions d’étoiles et de galaxies, mais ce sera la première à les examiner sous 102 couleurs différentes.
Bien que ces couleurs ne soient pas visibles à l’œil humain, car elles se situent dans l’infrarouge, les scientifiques les utiliseront pour étudier des sujets aussi variés que la physique ayant régi l’univers moins d’une seconde après sa naissance ou encore l’origine de l’eau sur des planètes comme la Terre.
Un télescope pour cartographier l’univers en détails
« Nous allons tout étudier dans le ciel et obtenir un spectre pour chaque pixel, quelle que soit sa nature : comètes de notre système solaire, planètes, étoiles, galaxies », explique Olivier Doré, astrophysicien au Jet Propulsion Laboratory de la NASA et chercheur principal du projet SPHEREx.
La mission poursuivra trois objectifs principaux :
- Étudier la forme de l’univers immédiatement après le Big Bang.
- Calculer la quantité totale de lumière émise par toutes les galaxies depuis la naissance de l’univers.
- Évaluer la présence d’eau et d’autres éléments essentiels à la vie dans la Voie lactée.
Ces objectifs ambitieux seront atteints en analysant le spectre de la lumière captée par l’observatoire SPHEREx à travers le cosmos.
En étudiant l’expansion ou la contraction des longueurs d’onde lumineuses, les chercheurs pourront mesurer les distances qui nous séparent des objets célestes et déterminer s’ils se rapprochent ou s’éloignent de nous.
Le résultat final sera une gigantesque carte 3D des positions relatives d’environ 450 millions de galaxies.
Comprendre l’expansion de l’univers
Ce que nous percevons comme des couleurs sont en réalité des longueurs d’onde spécifiques de la lumière. La seule différence entre elles réside dans la distance entre les crêtes des ondes lumineuses.
Si une étoile ou une galaxie se déplace, ses ondes lumineuses s’étendent ou se compriment, modifiant ainsi les couleurs qu’elle semble émettre. Les astronomes peuvent mesurer ces changements pour déterminer la distance de l’objet et sa direction de déplacement.
En procédant ainsi, les scientifiques pourront étudier l’inflation cosmique, un phénomène qui a fait gonfler l’univers d’un facteur de trillions de trillions en moins d’une seconde après le Big Bang.
Cette expansion rapide a amplifié de légères variations dans la répartition de la matière. Comme ces différences sont encore visibles aujourd’hui dans la distribution des galaxies, les cartographier permettra d’en apprendre davantage sur le fonctionnement de l’inflation cosmique.
SPHEREx permettra de tester ces modèles en mesurant la densité des galaxies dans tout l’univers.
Si leur répartition est uniforme, cela suggérerait un modèle d’inflation simple, peut-être basé sur une particule hypothétique appelée l’inflaton. En revanche, des anomalies dans cette répartition pourraient révéler l’existence de champs et de particules inconnus influençant l’univers primitif.
Explorer la chimie du cosmos et l’origine de l’eau
SPHEREx analysera également l’abondance de glace d’eau, de dioxyde de carbone et d’autres composés essentiels à la vie dans plus de 9 millions de régions distinctes de la Voie lactée.
Ces informations aideront les chercheurs à comprendre comment ces molécules fondamentales ont été disponibles pour la formation des planètes.
Les études indiquent que l’essentiel de l’eau dans notre galaxie existe sous forme de glace, figée à la surface de minuscules grains de poussière interstellaire.
Dans les nuages denses où naissent les étoiles, ces grains glacés peuvent s’intégrer aux planètes en formation, permettant potentiellement l’apparition d’océans semblables à ceux de la Terre.
Grâce à sa carte, SPHEREx identifiera ces éléments, car chaque molécule laisse une empreinte spectrale unique dans la lumière qu’elle absorbe et émet.
Un projet révolutionnaire pour la recherche en astrophysique
SPHEREx permettra aussi d’accomplir un exploit qui semble impossible : calculer toute la lumière émise par les galaxies à travers l’histoire cosmique.
Ses données permettront d’estimer l’âge de la lumière, son origine et son évolution au fil du temps.
De plus, elles pourraient éclairer la possibilité d’une vie ailleurs dans notre galaxie en repérant les signatures spectrales de glace d’eau et d’autres molécules essentielles dans les nuages moléculaires où naissent les étoiles.
Chaque élément chimique et chaque molécule possède une signature spectrale unique selon la manière dont ses atomes absorbent et émettent différentes longueurs d’onde lumineuses.
SPHEREx réalisera plus de 9 millions d’observations de ces nuages, transformant ces données en cartes 3D détaillées révélant la présence de glace d’eau, de dioxyde de carbone, de monoxyde de carbone et d’autres composants cruciaux pour la vie.
Si ces substances sont présentes en grande quantité dans ces nuages, elles pourraient enrichir les planètes en formation, augmentant ainsi les chances de conditions propices à l’émergence de la vie.
Quelles que soient les découvertes à venir, SPHEREx constituera une mine d’or de données pour les scientifiques du futur. Il sera particulièrement précieux en complément d’autres observatoires, comme le télescope spatial James Webb (JWST), qui a un champ de vision plus étroit mais une capacité d’observation plus détaillée.
SPHEREx, acronyme de « Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer », captera la lumière infrarouge, qui possède des longueurs d’onde légèrement plus grandes que celles visibles par l’œil humain.
Il utilisera une technique appelée « spectroscopie » pour décomposer la lumière provenant de centaines de millions d’étoiles et de galaxies en différentes couleurs, comme un prisme décomposant la lumière du soleil en arc-en-ciel.
Cette analyse spectrale permettra de révéler de nombreuses propriétés des objets observés, y compris leur composition et leur distance par rapport à la Terre.
« Si SPHEREx identifie un site particulièrement intéressant, le télescope James Webb pourra ensuite l’étudier avec une résolution spectrale encore plus élevée, dans des longueurs d’onde que SPHEREx ne peut pas détecter », explique Gary Melnick, astrophysicien et membre de l’équipe du projet.
Il ajoute : « Ces deux télescopes pourraient former un duo extrêmement puissant. »