Le futur télescope géant européen permettra de résoudre certains des plus grand mystères de la science

Aujourd'hui, un grand groupe d'astronomes du monde entier construit au Chili le plus grand télescope optique jamais construit, le "Extremely Large Telescope" (ELT). Une fois sa construction achevée en 2028, il pourrait apporter des réponses qui transformeront notre connaissance de l'univers.

Avec son miroir primaire de 39 mètres de diamètre, l'ELT contiendra la surface réfléchissante la plus grande et la plus parfaite jamais réalisée. Son pouvoir de collecte de la lumière dépassera celui de tous les autres grands télescopes réunis, ce qui lui permettra de détecter des objets des millions de fois moins lumineux que ce que l'œil humain peut voir.

Plusieurs raisons expliquent la nécessité d'un tel télescope. Son incroyable sensibilité lui permettra d'observer certaines des premières galaxies jamais formées, dont la lumière a voyagé pendant 13 milliards d'années avant d'atteindre le télescope. L'observation d'objets aussi lointains pourrait nous permettre d'affiner notre compréhension de la cosmologie et de la nature de la matière noire et de l'énergie noire.

La vie extraterrestre

L'ELT pourrait également apporter une réponse à la question la plus fondamentale qui soit : sommes-nous seuls dans l'univers ? L'ELT devrait être le premier télescope à repérer des exoplanètes de type terrestre, c'est-à-dire des planètes en orbite autour d'autres étoiles mais dont la masse, l'orbite et la proximité par rapport à leur hôte sont similaires à celles de la Terre.

Occupant la zone dite de Boucles d'or, ces planètes semblables à la Terre orbiteront autour de leur étoile à la bonne distance pour que l'eau ne puisse ni bouillir ni geler, créant ainsi les conditions nécessaires à l'existence de la vie.

Comparaison de la taille de l'ELT avec celle d'autres dômes de télescope. ESO/wikipeida, CC BY-SA

L'ELT contiendra non pas un, mais quatre spectrographes - des instruments qui dispersent la lumière en ses couleurs constitutives, à l'instar du prisme emblématique de la pochette de l'album The Dark Side of the Moon des Pink Floyd.

Pour savoir si la vie est susceptible d'exister sur une exoplanète, les astronomes doivent compléter l'imagerie par la spectroscopie. Alors que les images révèlent la forme, la taille et la structure, les spectres nous renseignent sur la vitesse, la température et même la chimie des objets astronomiques.

De la taille d'un minibus, ces spectrographes, dont l'environnement est soigneusement contrôlé pour en assurer la stabilité, sont à la base de tous les projets scientifiques clés de l'ELT. Pour les exoplanètes géantes, l'instrument Harmoni analysera la lumière qui a traversé leur atmosphère, à la recherche de traces d'eau, d'oxygène, de méthane, de dioxyde de carbone et d'autres gaz indiquant l'existence de la vie.

Pour détecter des exoplanètes semblables à la Terre, beaucoup plus petites, il faudra recourir à l'instrument Andes, plus spécialisé. D'un coût d'environ 35 millions d'euros (30 millions de livres sterling), Andes sera capable de détecter d'infimes changements dans la longueur d'onde de la lumière.

Grâce aux missions satellites précédentes, les astronomes ont déjà une bonne idée de l'endroit où chercher des exoplanètes dans le ciel. En effet, plusieurs milliers d'exoplanètes confirmées ou "candidates" ont été détectées à l'aide de la "méthode des transits". Dans ce cas, un télescope spatial observe une portion de ciel contenant des milliers d'étoiles et recherche de minuscules baisses périodiques de leur intensité, provoquées par le passage d'une planète en orbite devant son étoile.

Mais Andes utilisera une méthode différente pour rechercher d'autres Terres. Lorsqu'une exoplanète est en orbite autour de son étoile, sa gravité tire sur l'étoile, la faisant osciller. Ce mouvement est incroyablement faible : l'orbite de la Terre fait osciller le Soleil à une vitesse de 10 centimètres par seconde, soit la vitesse de marche d'une tortue.

Tout comme la tonalité d'une sirène d'ambulance augmente et diminue lorsqu'elle se rapproche et s'éloigne de nous, la longueur d'onde de la lumière observée à partir d'une étoile qui oscille augmente et diminue à mesure que la planète trace son orbite.

Impression d'artiste de l'ELT. ESO/L. Calçada/wikipedia, CC BY-SA

Fait remarquable, Andes sera en mesure de détecter ce minuscule changement de couleur de la lumière. La lumière des étoiles, qui est essentiellement continue ("blanche") de l'ultraviolet à l'infrarouge, contient des bandes où les atomes de la région extérieure de l'étoile absorbent des longueurs d'onde spécifiques lorsque la lumière s'échappe, apparaissant ainsi en noir dans les spectres.

De minuscules changements dans la position de ces caractéristiques - environ 1/10 000e de pixel sur le capteur Andes - peuvent, au fil des mois et des années, révéler les oscillations périodiques. Cela pourrait nous aider à trouver une Terre 2.0.

À l'université Heriot-Watt, nous pilotons le développement d'un système laser connu sous le nom de peigne de fréquences, qui permettra à Andes d'atteindre une précision aussi exquise. À l'instar des tics millimétriques d'une règle, le laser étalonnera le spectrographe d'Andes en fournissant un spectre de lumière structuré en milliers de longueurs d'onde régulièrement espacées.

Image du spectrographe du Southern African Large Telescope. Les taches régulièrement espacées proviennent d'un peigne de fréquences laser, sous lequel se trouvent des lignes d'émission de gaz. Rudi Kuhn (SALT) / Derryck Reid (Heriot-Watt University).

Cette échelle restera constante au fil des décennies, ce qui atténuera les erreurs de mesure dues aux changements de température et de pression dans l'environnement.

Le coût de construction de l'ELT s'élevant à 1,45 milliard d'euros, certains s'interrogeront sur la valeur du projet. Mais l'astronomie a une importance qui s'étend sur des millénaires et transcende les cultures et les frontières nationales. Ce n'est qu'en regardant bien au-delà de notre système solaire que nous pouvons avoir une perspective au-delà du présent.

La version originale de cet article a été publiée sur The Conversation.