Clefs n°58 Automne 2009
Clefs n°58 Automne 2009
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°58 de Automne 2009

  • Périodicité : annuel

  • Editeur : CEA

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 168

  • Taille du fichier PDF : 7,3 Mo

  • Dans ce numéro : dans les secrets de l'Univers.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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102 Des outils pour sonder l’Univers Les télescopes du futur Même si les astrophysiciens ont complètement renouvelé notre connaissance du système solaire, même s’ils ont décelé quelque 400 exoplanètes, même si l’expansion de l’Univers est bien établie par l’observation, même si les télescopes parviennent à scruter presque jusqu’aux confins de l’Univers, là où naquirent les premières étoiles et galaxies… Il n’empêche que de grandes questions demeurent et que de nouvelles se posent comme celle de l’origine de la ré-accélération actuelle de l’expansion de l’Univers qui reste un grand mystère. D’où la naissance d’une nouvelle génération de télescopes capables d’observer le cosmos plus loin, plus précisément, de façon plus large. 1. Voir plus loin JWST : regard sur un passé de treize milliards d’années CLEFS CEA - N°58 - AUTOMNE 2009 Vue d’artiste du JWST replié dans la coiffe de la fusée Ariane 5 (image de gauche) et déployé dans l’espace (image de droite) où l’on peut voir, outre le miroir primaire (en doré), les écrans thermiques (en bleu) qui empêchent les rayons du Soleil de venir chauffer le télescope. Aujourd’hui encore, le télescope spatial Hubble (HST) demeure un des plus fabuleux observatoires à l’origine d’un nombre impressionnant de découvertes. Néanmoins, avec un télescope dont le diamètre n’excède pas 2,4 mètres, il ne peut détecter la faible lueur reçue des objets cosmiques les plus lointains. Y parvenir nécessiterait la conception et la construction d’un télescope d’une surface collectrice plus importante, capable d’observer la lumière infrarouge (IR) – la lumière visible émise par un objet très lointain dans un Univers en expansion étant décalée vers l’infrarouge pour l’observateur. Ainsi naquit l’idée du télescope spatial James Webb (JWST) (1) pour succéder au HST. Grâce à son miroir de 6,5 mètres de diamètre, le nouveau télescope pourra observer l’Univers tel qu’il existait il y a 13 milliards d’années, époque de la formation des premières étoiles. Il s’agit d’un programme de la NASA avec des participations européenne et canadienne. En partenariat avec le Cnes, le CEA, à travers le Service d'astrophysique (SAp) de l’Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers (Irfu), assumera deux responsabilités importantes : d’abord, le pilotage de la contribution française à MIRI (pour Mid Infrared Instrument), l’un des quatre instruments embarqués par JWST et dédié à l’observation du rayonnement (1) Ainsi nommé en hommage au second admistrateur de la NASA, James E. Webb. NASA
infrarouge cosmique dans la gamme de longueurs d’onde 5-28 micromètres ; ensuite, la responsabilité du futur Centre d’expertise français consacré à l’analyse des données recueillies par MIRI. Le JWST sera lancé en 2014 par une fusée Ariane 5, seule capable de mettre en orbite un tel géant. Le volume de la coiffe de la fusée Ariane n’étant pas suffisant pour accueillir le nouveau télescope, celui-ci sera embarqué replié et ne sera déployé qu’une fois dans l’espace. Grâce à d’importants développements technologiques, l’ensemble du dispositif a pu être considérablement allégé. Ainsi, malgré un diamètre presque trois fois supérieur à celui de son prédécesseur HST, le JWST n’aura qu’une masse de 6,5 tonnes, soit deux fois moins que son prédécesseur. Restait aux ingénieurs à résoudre une autre contrainte majeure. Dédié à la détection du rayonnement cosmique infrarouge, le JWST fonctionnera à des températures de l’ordre de -220 °C afin d’éviter que son émission de lumière ne puisse gêner les observations du cosmos. D’où la décision de placer le JWST au point de Lagrange L2, situé à 1,5 millions de kilomètres de la Terre (figure 1) contrairement au positionnement du HST sur une orbite basse à seulement 600 km de la Terre environ. Vu la distance, il ne sera plus question d’aller réparer le télescope en cas de problème ! Trois instruments principaux trouveront leur place au foyer du JWST pour capter la lumière concentrée par le télescope puis la transformer en signal digital envoyé vers la Terre : • NIRCAM (pour Near InfraRed Camera), une caméra pour l’infrarouge proche (1 à 5 micromètres), conçue et réalisée aux États-Unis ; • NIRSPEC (pour Near InfraRed Spectrometer), un spectromètre également dédié à l’infrarouge proche, conçu et réalisé par l’industrie européenne sous la responsabilité et avec le financement de l’Agence spatiale européenne (ESA) ; • MIRI (pour Mid Infrared Instrument), un spectroimageur pour l’infrarouge moyen (5 à 27 micromètres), conçu et réalisé grâce à une collaboration réunissant, pour moitié, les États-Unis (Jet Propulsion Laboratory/NASA) et, pour l’autre, un consortium de laboratoires spatiaux européens appartenant à dix pays (par ordre d'importance décroissante des contributions financières : Royaume- Uni, France, Belgique, Pays-Bas, Allemagne, Espagne, Suisse, Suède, Danemark, Irlande) conduits par l’Observatoire royal d’Edimbourg et financés par les agences nationales. Il faut savoir qu’initialement, le projet JWST ne prévoyait aucun instrument dédié à l’observation dans l’infrarouge moyen. À la fin des années 1990, seuls quelques rares astrophysiciens américains et européens en défendaient la présence à bord du futur télescope spatial. Parmi les précurseurs, figuraient notamment des astrophysiciens du CEA, conscients des potentialités de ce type d’instrument et déjà fortement impliqués dans l’observation du rayonnement infrarouge moyen – par exemple, avec la caméra ISOCAM envoyée dans l’espace en 1995 ou avec l’instrument VISIR (pour Very Large Telescope Imager and Spec trometer in Infrared) de l’Observatoire européen austral (ESO) au Chili. Maquette, à l’échelle 1, du JWST. Ces circonstances conduiront le SAp à prendre la responsabilité scientifique et technique de l’imageur de MIRI (2). Outre l’Irfu, trois autres laboratoires français sont impliqués dans ce projet, à savoir le Laboratoire d'études spatiales et d'instru mentation en astrophysique (Lesia) de l’Observatoire de Paris Meudon, l’Institut d’astrophysique spatiale (IAS), à Orsay, et le Laboratoire d’astrophysique de Marseille (Lam). Quant au Cnes, également partenaire du CEA, il finance le projet à hauteur de 50% (main-d’œuvre incluse). (2) Outre le SAp, d’autres services de l’Irfu participent au projet : le Service d’électronique des détecteurs et d’infor ma tique (Sedi), le service d’ingénierie des systèmes (Sis), le Service des accélérateurs, de cryogénie et de magnétisme (Sacm). Soleil Terre Lune 150 millions km 1,5 million km Figure 1. Schéma indiquant la position du point L2 où sera placé le JWST. L2 CLEFS CEA - N°58 - AUTOMNE 2009 103 NASA



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