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LUVOIR : le télescope qui pourrait trouver une seconde Terre

Crédits : Mark Garlick

L’astrophysique des années 2030 se jouera dans quelques semaines. Parmi les quatre missions présélectionnées par la NASA en vue d’un développement futur, l’une d’elles nous intéresse particulièrement. Prénommé LUVOIR, cet observatoire pourrait tout changer.

Le prochain “grand observatoire” de la NASA

Les plus de 4 000 planètes extrasolaires confirmées jusqu’à présent ont été détectées de manière indirecte. Ces méthodes sont suffisantes pour déterminer l’orbite, le rayon, la masse et parfois la densité d’une exoplanète, mais les scientifiques (et nous avec eux) aimeraient dorénavant appréhender la composition chimique des atmosphères de ces objets, ou encore déterminer si de l’eau liquide peut être présente en surface. Autant de données susceptibles de nous dire si tel ou tel monde est en mesure d’accueillir la vie.

Pour obtenir ces informations, nous devons observer ces planètes de manière directe. À ce jour, seules quelques-unes d’entre elles ont pu être imagées par des télescopes au sol, mais nous avons besoin d’échantillons supplémentaires, et d’une meilleure sensibilité. Bref, nous avons besoin de télescopes spatiaux qui n’existent pas encore.

Dans cet esprit, il y a trois ans, quatre concepts de mission ont été retenus par la NASA. Tous ont été soumis à l’enquête décennale 2020 de l’agence, qui recommandera les priorités de financement du gouvernement pour les années 2030. Des premières délibérations devraient être faites au cours du printemps.

Parmi ces quatre propositions figurent :

  • Un télescope à rayons X appelé Lynx
  • Un télescope nommé Origins, qui doit se concentrer sur l’Univers primitif
  • Deux télescopes consacrés principalement, mais pas exclusivement, aux exoplanètes. L’un s’appelle HabEx, l’autre se nomme LUVOIR (pour Large UV/ Optical / IR Surveyor)

L’une de ces quatre propositions en lice pourrait ainsi devenir le prochain “grand observatoire” de la NASA dans l’espace. Aujourd’hui, on s’intéresse à LUVOIR – probablement le plus ambitieux.

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Image rare d’une exoplanète (2M1207B) en orbite autour d’une naine brune. Crédits : ESO

Une sensibilité exceptionnelle

L’objectif principal de l’observatoire sera de suralimenter la chasse aux petites planètes pâles semblables à la Terre, en orbite autour d’étoiles semblables au Soleil. Aucun monde de cette taille et de ce type n’a été directement imagé par un télescope à ce jour. Pour y arriver, nous devrions placer un énorme collecteur de lumière au-delà de l’atmosphère obscurcissante de la Terre.

L’étude de concept de LUVOIR (un rapport illustré de 426 pages) propose une telle structure, évoquant un miroir massif mesurant 15,1 mètres de large. À titre de comparaison, celui de Hubble mesure 2,4 mètres de large, et celui du James Webb Telescope 6,5 mètres.

L’imagerie directe d’une cible aussi faiblement lumineuse nécessitera également un puissant coronographe. Cette “paire de lunettes de soleil” géante aura pour objectif de bloquer la lumière des étoiles hôtes dans l’idée de faire “ressortir” celle des exoplanètes.

À l’intérieur de ce coronographe, une caméra d’imagerie avancée sera aussi nécessaire pour détecter ces petites planètes rocheuses. Un spectrographe très sensible sera ensuite chargé d’analyser la composition de leur atmosphère.

Tout comme Hubble, LUVOIR sera sensible dans une large gamme de longueurs d’onde, de la lumière ultraviolette et visible au proche infrarouge. De cette manière, il pourra sonder les empreintes spectrales d’un large éventail de molécules qui pourraient susceptibles de trahir des processus biologiques à l’œuvre en surface.

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Comparaison des miroirs de Hubble, du JWT et de LUVOIR. Crédits : NASA

Des dizaines de “points bleu pâle”

L’équipe d’étude LUVOIR conclut dans son rapport final que la “version de luxe” de son observatoire (les chercheurs proposent une version “réduite” avec un miroir moins large) pourrait identifier et étudier 54 planètes potentiellement semblables à la Terre sur une période d’observation de cinq ans.

HabEx, l’autre observatoire d’exoplanètes proposé, aurait également la capacité d’imager directement de petites planètes semblables à la Terre. En revanche, son miroir de quatre mètres en détecterait beaucoup moins.

En termes de résolution spatiale, LUVOIR pourra de son côté renvoyer des images six fois plus nettes que Hubble. Imaginez alors des images similaires au “point bleu pâle” (Pale Blue Dot en anglais), cette photo de la Terre prise par Voyager 1 en 1990 à une distance de 3,7 milliards de kilomètres, mais avec des planètes 100 000 fois plus éloignées.

Ces mondes ne couvriront que quelques pixels, mais la couleur de ces précieux pixels pourrait nous livrer une quantité surprenante d’informations.

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À gauche, Hubble peut à peine distinguer les geysers émanant de la surface d’Europe, la lune de Jupiter. Pour LUVOIR, ce sera différent. Crédits : G. Ballister/NASA

Mais d’abord, le projet doit être approuvé

L’idée d’un très grand télescope spatial capable de voir à travers de nombreuses longueurs d’onde est discutée depuis près de deux décennies à la NASA. Jusqu’à présent en revanche, les technologies nécessaires pour plier un miroir segmenté aussi grand et pour construire un coronographe haute performance faisaient défaut. Mais nous avons évolué.

Le télescope Webb, qui doit décoller cet automne, sera en effet le premier à proposer un miroir segmenté, tandis que le télescope Roman (lancement prévu en 2025) pilotera le premier coronographe avancé dans l’espace. Ces deux projets donneront ainsi à LUVOIR une longueur d’avance technique.

Naturellement, compte tenu de ses ambitions, l’observatoire coûtera aussi très cher. Pour la version “toutes options”, comptez 18 à 24 milliards de dollars (construction + suivi). Pour la version “réduite” (miroir de huit mètres), comptez 12 à 18 milliards de dollars.