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En juin

Alma sur la piste des premières étoiles.

Une galaxie nimbée de poussière et riche en oxygène vient d'être découverte à 13,1 milliards d'années-lumière grâce au réseau d'antennes de l'observatoire Alma, installé dans le désert d'Atacama au Chili. Un record qui confirme que l'Univers est devenu transparent sous le feu des premières étoiles.

"Nous avons eu de la chance. Avec le temps d'observation qui nous était accordé sur le radiotélescope Alma, nous ne pouvions étudier qu'un seul astre. Et nous sommes tombés juste". Nicolas Laporte a beau jouer les modestes, ce n'est pas uniquement grâce au destin que l'astronome de l'University College of London et son équipe viennent de découvrir la plus lointaine signature de l'oxygène et de poussières jamais détectée, dans la galaxie A2744YD4. L'astre distant de 13,1 milliards d'années-lumière prouve que, seulement 600 millions d'années après le big-bang, des générations d'étoiles étaient déjà nées, avaient vécu puis explosé en dispersant les atomes qu'elles avaient créés. Sur les images du télescope spatial Huble en direction de la constellation du Sculpteur où cette galaxie se cache, A2744YD4  est cependant totalement invisible. "C'est grâce à Spitzer que nous l'avons repérée avec d'autres candidates. Et c'est Alma qui nous a permis d'analyser sa composition", explique le chercheur. Lancé en 2003, Spitzer est un télescope spatial infrarouge qui est parfaitement adapté à la détection des galaxies dans l'Univers lointain. Son petit miroir de 85 cm ne collecte cependant pas assez de lumière pour pouvoir les étudier. En revanche Alma, un réseau de 66 antennes submillimétriques installé à 5000 mètres d'altitude dans les Andes chiliennes, engloutit autant de photons qu'un instrument de 90 mètres. Suffisant à première vue pour examiner une galaxie sous toutes les coutures, et pourtant A2744YD4 est si lointaine qu'elle serait quand même restée cachée sans un coup de pouce de la nature. "Les observations de Nicolas Laporte n'auraient jamais été possibles il y a 15 ans" note l'astrophysicien Jean-Paul Kneib,à l'Ecole polytechnique fédérale de Lausanne. Bien sûr, Alma n'était pas encore en service à cette époque. Mais surtout, nous comprenions bien moins l'un des plus beaux cadeaux faits aux astronomes: les lentilles gravitationnelles!

  

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En juillet

  

Gravitations : la force magique

C'est la plus intuitive des forces de la nature. Celle qui fait tomber le ballon au sol, celle qui fait tourner la Terre autour du Soleil. La gravitation est aussi la moins bien cernée : qu'elle soit formulée par Newton ou par Einstein, elle ne parvient pas à expliquer toutes les observations astronomiques.

En 1918, l'article "Uber gravitationswellen" ne fait pas grand bruit. Il est pourtant signé de la plume d'Albert Einstein. Le physicien y prédit un effet de sa théorie de la relativité générale sur la gravitation, publiée en 1915 : en se déplaçant dans la trame du cosmos, appelée l'espace-temps, toute masse - planète, galaxie -  doit générer des ondes, un peu à la manière d'un caillou qui, jeté dans une mare, y dessine des vagues concentriques. Durant les décennies suivantes plusieurs générations de physiciens s'évertueront à capter ces fameuses ondes gravitationnelles, censées faire frémir l'espace-temps sur leur passage à la vitesse de la lumière. Mais cette houle cosmique est si faible, et les instruments disponibles si peu précis que la pêche est infructueuse. Jusqu'à ce que ....

Le 14 septembre 2015 à 9 h 50 TU, l'observatoire américain Ligo tout juste entré en service et extrêmement sensible, intercepte la vague tant attendue. Elle est produite par un phénomène ultraviolent : la fusion de deux trous noirs de 29 et 36 masses solaires. Suivront deux autres détections de ces vibrations d'espace-temps : l'une le 15 juin 2016, l'autre le 4 janvier 2017, annoncée début juin. La découverte de ces ondes gravitationnelles est la preuve observationnelle la plus éclatante de la gravitation selon Einstein. D'un tel succès, on serait tenté de conclure que la force qui nous cloue à la Terre en même temps qu'elle fait tourner celle-ci autour du Soleil n'a plus de secrets à livrer, que la gravité est une affaire classée.

C'est tout le contraire. Des quatre interactions fondamentales, la gravité est de loin la moins bien cernée. Vilain petit canard de la physique, elle cadre mal avec les trois autres forces (la force électromagnétique et les forces nucléaires faibles et fortes) et peine à expliquer plusieurs phénomènes astronomiques observés tout au long du XXe siècle. La gravité donne aux physiciens tant de fil à retordre qu'ils envisagent de plus en plus de revoir leur copie à son sujet, inventant au passage une toute nouvelle physique. Ce ne serait pas la première fois de l'histoire.

En septembre

L'avenir disputé des télescopes spatiaux.

À quoi pourrait bien ressembler un successeur du télescope spatial James Webb (WST) ? Alors que celui-ci n'est pas encore lancé, la question n'est pas si incongrue que cela. Les temps de développement pour les grandes missions spatiales sont si longs qu'il faut pouvoir anticiper... La genèse du télescope Hubble, lancé en 1990, date des années 1960. Et les première réflexions sérieuses sur son successeur ont débuté en 1989, avant même la mise en orbite de Hubble, et 29 ans avant le lancement attendu du WST.

Un observatoire spatial de nouvelle génération sera-t-il plus grand ? Oui, mais pas forcément de la façon dont on l'entend. Cela peut paraître trivial, mais la taille physique d'un satellite est limitée par le volume disponible dans la coiffe de la fusée. Or, les plus grands lanceurs proposent une enveloppe cylindrique dont la base fait environs 5 mètres de diamètre, pour une hauteur ne dépassant pas 20 mètres, et cette donnée ne saurait trop évoluer dans un avenir prévisible. Pour faire tenir un miroir de 6,5 mètres dans un tube de 5 mètres, il faut le replier... Ce sera le cas pour JWST. Pour aller au-delà, c'est un véritable origami qu'il faudra savoir déployer sur orbite. Ou alors il faudra passer d'un télescope unique à une flottille de collecteurs synchronisés par interférométrie afin de simuler le fonctionnement d'un miroir géant.

Mais, en matière de télescopes, à bien des égards la taille s'apprécie au regard de la longueur d'onde de fonctionnement. En effet, c'est le rapport entre le diamètre du miroir et la longueur d'onde qui détermine la résolution, c'est-à-dire la finesse des plus petits détails qui pourront être distingués dans une image. Ainsi, pour une longueur d'onde de 0,2 micron (dans l'ultraviolet) et un miroir de 2,4 mètres de diamètre, soit 12 millions de fois plus grand, le télescope Hubble peut en théorie identifier un objet qui se situe à une distance correspondant à 12 millions de fois la taille de cet objet (un cratère de 30 mètres sur la Lune, par exemple). Le JWST, qui est optimisé pour observer dans l'infrarouge, a un diamètre équivalent de 6,5 mètres, soit 11 millions de fois sa longueur d'onde minimale de 0,6 micron. Bien que le futur télescope soit plus imposant, son pouvoir de résolution est donc comparable à celui de Hubble.

  

En octobre

Le JWST se prépare aux froids de l'espace.


Lancement dans un an ! Après deux décennies de développement, le télescope spatial James Webb n'est plus très loin du pas de tir. Tandis que la NASA mène ses derniers tests sur le géant de 6,5 mètres, les scientifiques préparent leurs premières observations.


Pour lui, la NASA a remis à neuf la mythique chambre A du Johnson Space Center, celle où les équipages d'Apollo et leur vaisseau étaient soumis aux conditions du vide spatial. Fin juin, par une lourde porte de 12 mètres de diamètre, les instruments et l'énorme système optique du James Webb Space Telescope (JWST) ont pénétré pour plusieurs mois dans la deuxième plus vaste chambre à vide cryogénique du monde. Objectif : tester le fonctionnement du télescope de 6,5 mètres de diamètre dans des conditions identiques à celles qu'il rencontrera dans l'espace (vide absolu, température de -230° C.). C'est la première fois avant son lancement, prévu en octobre 2018, que le télescope et ses instruments sont testés ensemble. Surtout, c'est la première fois que la procédure d'alignement de ses optiques est répétée. Une phase d'autant plus critique qu'elle devra se dérouler de façon autonome dans l'espace, après le lancement. "Le miroir du JWST est si grand qu'il n'entre dans aucune fusée. Nous l'avons donc conçu pliable. Il est constitué de 18 segments hexagonaux qui devront se positionner parfaitement pour reproduire la courbure d'un seul grand miroir", explique Pierre Ferruit. Pour le responsable scientifique ESA du JWST, les prochains tests seront déterminants pour le succès de la mission.

Le scientifique et les ingénieurs savent qu'ils n'ont pas droit à l'erreur. Imaginé à la fin des années 1990 pour un coût estimé à 500 millions de dollars, le Next Generation Space Telescope (NGST) devait être lancé en 2007. Il est rebaptisé en 2002 en l'honneur du deuxième administrateur de la NASA, qui dirigea l'agence entre le 1961 et 1968. En 2003, son coût est chiffré à 2,5 milliards de dollars, puis le double cinq ans plus tard. En 2011 il s'envole à 8,7 milliards de dollars, et le Congrès américain est à deux doigts d'arrêter le projet. "Aujourd'hui le budget du JWST est stabilisé à 8,8 milliards de dollars et la date de lancement n'a pas varié depuis 2011", note Pierre Ferruit. La NASA aura donc son fleuron : un télescope spatial de 6 tonnes et 6,5 mètres de diamètre, éminemment complexe (d'où son coût) observant l'Univers dans l'infrarouge depuis un poste situé à un 1,5 million de kilomètres de la Terre.

  

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