Stephen Clark/Ars Technica
Un télescope de l’Agence spatiale européenne a été lancé samedi au sommet d’une fusée SpaceX Falcon 9 depuis la Floride pour entamer une mission de 1,5 milliard de dollars visant à répondre à des questions fondamentales sur les forces invisibles à l’origine de l’expansion de l’Univers. Le télescope Euclid, du nom de l’ancien mathématicien grec, observera des milliards de galaxies au cours de ses six années d’étude du ciel, mesurant leurs formes et leurs positions remontant à 10 milliards d’années, soit plus de 70 % de l’histoire cosmique.
Dirigée par l’Agence spatiale européenne, la mission Euclid a pour objectif ambitieux d’aider les astronomes et les cosmologistes à découvrir les propriétés et l’influence de la matière noire et de l’énergie noire, qui représenteraient environ 95 % de l’Univers. Le reste du cosmos est constitué d’atomes et de molécules réguliers que nous pouvons voir et toucher.
Trébucher dans le noir
« Pour souligner le défi auquel nous sommes confrontés, je voudrais donner l’analogie : il est très difficile de trouver un chat noir dans une pièce sombre, surtout s’il n’y a pas de chat », a déclaré Henk Hoekstra, professeur et cosmologiste à l’Observatoire de Leiden aux Pays-Bas. . « C’est un peu la situation dans laquelle nous nous trouvons parce que nous avons ces observations… Mais il nous manque une bonne théorie. Jusqu’à présent, personne n’a trouvé de bonne explication à la matière noire ou à l’énergie noire.
Hoekstra, qui fait partie du consortium de scientifiques internationaux désireux de travailler avec les données d’Euclid, a déclaré que le lancement était une « journée très spéciale ».
« Le lancement d’Euclid change vraiment la cosmologie dans le futur », a-t-il déclaré. « C’est la première mission spatiale conçue pour étudier l’énergie noire. »
Mais Euclid fournira également un test de la théorie de la relativité d’Einstein et des modèles astrophysiques de longue date à l’échelle cosmique. « Peut-être que nous avons complètement tort », a déclaré Hoekstra. « Nous devons garder à l’esprit que la gravité est peut-être mauvaise lorsque nous l’appliquons à l’ensemble du cosmos. »
Le vaisseau spatial mesure environ 15,4 pieds (4,7 mètres) de haut et porte une caméra à lumière visible de 600 mégapixels et un imageur et spectromètre proche infrarouge de 64 mégapixels, qui contient des détecteurs fournis par la NASA. Euclid devrait transmettre environ 100 gigaoctets de données compressées chaque jour et, au cours de sa mission, produira plus de 100 pétaoctets d’informations après traitement automatisé dans neuf centres de données au sol, a déclaré Gaitee Hussain, chef de la division scientifique. à l’Agence spatiale européenne.
« La quantité requise de données qui seront analysées et renvoyées, les chiffres sont absolument stupéfiants », a déclaré Hussain. « C’est ce qui est nécessaire pour répondre à ce qui est sans doute la question la plus fondamentale de la physique et de la cosmologie aujourd’hui, à savoir de quoi est réellement composé l’Univers ? »
Après plus de 15 ans de conception, de développement et d’essais, le télescope Euclid a décollé de Cap Canaveral à 11 h 12 HAE (15 h 12 UTC) à bord d’une fusée Falcon 9. Le lanceur s’est dirigé vers le sud-est depuis la côte de la Floride, avec neuf moteurs alimentés au kérosène propulsant le Falcon 9 dans l’atmosphère au cours des deux premières minutes et demie du vol.
L’étage d’appoint réutilisable de la fusée a été libéré pour commencer une descente vers un drone stationné dans l’océan Atlantique, tandis que l’étage supérieur a allumé son moteur deux fois pour propulser le vaisseau spatial Euclid d’environ 2,1 tonnes sur une trajectoire vers une orbite d’environ un million de miles (1,5 millions de kilomètres) de la Terre.
Il faudra environ un mois à Euclide pour naviguer sur son orbite de halo autour du point de Lagrange Soleil-Terre L2, un point d’équilibre gravitationnel couramment utilisé par les observatoires spatiaux, y compris le télescope spatial James Webb.
Après trois mois de vérifications, de première lumière et d’étalonnage, Euclid devrait être prêt à démarrer sa mission scientifique opérationnelle en octobre. Le télescope balayera environ 15 000 degrés carrés du ciel avec ses instruments visibles et infrarouges, principalement dans le ciel nord et sud, tout en évitant les régions plus lumineuses peuplées de lumière provenant de notre propre galaxie et de notre système solaire.
Euclide pour résoudre le « plus grand embarras » de la cosmologie
La matière noire n’a jamais été directement mesurée, mais les scientifiques ont conclu qu’elle représente un peu plus d’un quart de l’Univers. L’énergie noire, quant à elle, constitue environ 70 % du cosmos et, selon les modèles, est responsable de l’accélération de l’expansion de l’Univers.
Guadalupe Cañas, chercheur à l’ESA, a qualifié le vide dans la compréhension de la nature de la matière noire et de l’énergie noire de « plus grand embarras que nous ayons actuellement en cosmologie ».
« Nous savons que 95% de notre univers est quelque chose qui nous est totalement inconnu », a-t-elle déclaré.
Le télescope d’Euclid de 3,9 pieds (1,2 mètre) fait environ la moitié de la taille du miroir principal du télescope spatial Hubble, soit un peu moins d’un cinquième de celle du télescope spatial James Webb. Bien que cela signifie qu’Euclid ne pourra pas étudier des galaxies aussi anciennes que Hubble ou Webb peuvent voir, Euclid a l’avantage de voir une plus large bande du ciel. Considérez cela comme un échange d’un téléobjectif contre un grand angle. « Si vous voulez observer l’Univers d’une manière cosmologique, vous ne voulez pas être limité à des zones particulières », a déclaré Giuseppe Racca, responsable du projet Euclid à l’ESA. « Vous voulez vraiment beaucoup observer. »
Les scientifiques disent qu’il faudrait des centaines d’années à Hubble pour terminer la même enquête extra-galactique qu’Euclid, qui couvrira en une semaine la même zone de ciel que Hubble a observée au cours de sa mission de 33 ans.
Après une période initiale d’expansion cosmique après le Big Bang (connue sous le nom d’inflation), la croissance de l’Univers a ralenti jusqu’à il y a environ cinq à six milliards d’années. Les cosmologistes ont découvert que l’expansion de l’Univers a commencé à s’accélérer à ce stade. Les observations d’Euclide couvriront la période de temps avant et après le début de l’accélération.
Euclid poursuivra les signes de matière noire et d’énergie noire en utilisant deux méthodes.
L’une est appelée lentille gravitationnelle faible, où les astronomes s’appuieront sur un traitement automatisé pour détecter des changements infimes dans la forme des galaxies causés par des amas de matière noire invisible sur la ligne de visée entre le télescope Euclid et ses cibles éloignées.
Les distorsions dans les formes des galaxies lointaines sont facilement observables dans les vues rapprochées prises par Hubble et Webb, mais il devrait également y avoir des effets subtils de la matière noire – du moins c’est ce que pensent les scientifiques.
« Tout semble normal, mais lorsque vous faites les statistiques de celles-ci, vous constaterez qu’en fait, en moyenne, ces galaxies ont acquis une direction nette préférée (en raison de la matière noire). C’est juste extrêmement bruyant », a déclaré Hoekstra. « C’est pourquoi, avec Euclide, nous avons besoin d’un milliard et demi de galaxies pour vraiment réduire le bruit car, malheureusement, les galaxies ne sont pas belles et rondes. S’ils étaient beaux et ronds, nous pourrions faire une mesure incroyable, mais les galaxies ont toutes sortes de formes et de tailles et c’est pourquoi nous avons besoin de toutes ces données.
Euclid aidera également les cosmologistes à étudier comment les fluctuations à peine perceptibles de l’énergie sonore dans l’Univers primordial, appelées oscillations acoustiques du baryon, ont conduit aux modèles de formation et de regroupement des galaxies qui se sont répandus dans le cosmos pendant des milliards d’années.
En fin de compte, les scientifiques compareront ce qu’ils apprennent d’Euclide avec leurs attentes basées sur les prédictions du modèle.
« Si ces prédictions, avec une certaine précision, ne se réalisent pas, alors nous avons quelque chose de nouveau en main », a déclaré René Laureijs, scientifique du projet Euclid à l’ESA. « Alors nous pouvons dire qu’Euclide est si précis que les prédictions que nous avons pour le moment ne peuvent pas être conciliées avec nos observations, et alors nous avons peut-être quelque chose de nouveau en main, en termes de physique. »
SpaceX intervient pour lancer des missions spatiales européennes
La mission Euclid devait initialement être lancée sur une fusée russe Soyouz depuis le port spatial européen en Guyane française, mais cette option est devenue indisponible après l’invasion de l’Ukraine par la Russie.
Euclid était déjà construit et bien dans sa dernière série de tests de pré-lancement lorsque l’ESA a dû rechercher un nouveau lanceur. L’option de secours, une fusée européenne Ariane 6, est toujours en développement après des années de retard.
Cela a forcé l’ESA à chercher à l’étranger. Entrez SpaceX.
Les responsables européens ont entamé des discussions avec SpaceX il y a environ un an, et les États membres de l’ESA ont approuvé le passage à une fusée étrangère – une idée qui est contraire à la politique « d’achat européen » de l’ESA – en octobre. Sinon, Euclid serait probablement resté au sol jusqu’en 2025 au moins, lorsque les responsables espèrent que la nouvelle Ariane 6 volera et aura atteint un niveau de fiabilité requis pour lancer une mission aussi coûteuse, a déclaré Mike Healy, responsable des projets scientifiques à l’ESA.
SpaceX et l’ESA ont convenu d’un contrat pour lancer Euclid en décembre dernier, un peu plus de six mois avant la date de décollage cible. A cette époque, les responsables espéraient lancer Euclid début juillet. Il s’est avéré qu’Euclid a été lancé juste à temps, malgré une période « incroyablement tendue » où il y avait une incertitude quant à la manière et au moment où la mission pourrait entrer dans l’espace, a déclaré Racca.
Les ingénieurs ont effectué des vérifications supplémentaires pour s’assurer que l’optique sensible d’Euclid et le télescope en carbure de silicium, qui combinent les propriétés du métal et de la céramique, pourraient résister aux vibrations plus fortes de la fusée de SpaceX.
SpaceX a facturé à l’ESA environ 70 millions de dollars pour lancer Euclid, selon Healy. C’est environ 5 millions de dollars au-dessus du «prix catalogue» commercial standard pour un lancement dédié de Falcon 9, couvrant les coûts supplémentaires pour SpaceX pour répondre aux exigences de propreté inhabituellement strictes pour le télescope Euclid. Un grain de poussière ou un cheveu sur l’optique du télescope pourrait ruiner la mission.
SpaceX a également fourni un tout nouveau carénage de charge utile pour la mission Euclid afin de réduire le risque de chute de contaminants sur le télescope. La plupart des lancements utilisent un carénage de charge utile réutilisé des missions précédentes.
Les retards de la fusée Ariane 6 ont également incité l’ESA à accepter de lancer la sonde d’astéroïdes Hera de l’agence sur une fusée Falcon 9 depuis Cap Canaveral en 2024. Plus tôt cette semaine, le directeur général de l’ESA a déclaré qu’un satellite de sciences de la Terre appelé EarthCARE devra également lancer sur une fusée SpaceX Falcon 9 en raison de problèmes avec sa fusée européenne Vega C.
Et l’ESA, avec l’Union européenne, envisage de lancer jusqu’à quatre satellites de navigation Galileo sur deux fusées SpaceX Falcon 9 car les lanceurs européens ne sont pas prêts.