Bientôt un radiotélescope sur la face cachée de la Lune pour sonder l’Âge des ténèbres

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Vue d'artiste de LuSEE-Night au sommet du vaisseau spatial Blue Ghost qui atterrira sur la face cachée de la Lune. Crédits : Firefly Aerospace

Une petite mission visant à tester la technologie permettant de détecter les ondes radio provenant de l’âge des ténèbres cosmiques, il y a plus de 13,4 milliards d’années, se posera sur la face cachée de la Lune en 2025. Voici les points à retenir de ce nouveau projet lunaire.

L’univers avant la lumière

L’univers tel que nous le connaissons aurait commencé avec le Big Bang, il y a environ 13,8 milliards d’années. À ce moment-là, le monde était extrêmement chaud et dense. Puis l’univers s’est étendu extrêmement rapidement. Au fur et à mesure qu’il s’étendait, il se refroidissait également, permettant la formation de particules subatomiques, d’atomes, puis de molécules. À mesure que l’univers continuait de s’étendre et de se refroidir, des concentrations de matière se seraient ensuite formées, donnant naissance aux premières étoiles.

À cette époque, l’univers était principalement rempli d’hydrogène neutre (atomes d’hydrogène avec des électrons en orbite autour du noyau). Ces premières étoiles nouvellement formées ont cependant émis une grande quantité de lumière ultraviolette (UV). Cette lumière avait suffisamment d’énergie pour interagir avec les atomes d’hydrogène neutre environnants et leur arracher leurs électrons. L’hydrogène neutre devint ainsi un plasma d’hydrogène ionisé.

Au départ, l’hydrogène neutre était capable d’absorber la lumière UV. Une fois ionisé, ce n’était plus le cas. Cela signifie donc que la lumière UV émise par les premières étoiles pouvait alors voyager librement à travers l’univers, mettant fin à une période souvent appelée « l’âge des ténèbres ».

Cette période précède donc la formation des premières étoiles et galaxies. À cette époque, les conditions étaient naturellement très différentes de celles que nous connaissons aujourd’hui, avec une obscurité quasi totale à l’échelle cosmique. Les chercheurs s’interrogent toujours sur cette époque mystérieuse. Et pour cause, il nous est impossible de la « voir ».

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Le gaz était dans un état neutre environ 300 000 ans après le Big Bang jusqu’à ce que la lumière de la première génération d’étoiles et de galaxies commence à l’ioniser, c’est-à-dire à dépouiller les atomes du gaz de leurs électrons. Crédits : NAOJ/ NOAO

Une mission sur la face cachée de la Lune

Pour en apprendre davantage, les astronomes se tournent vers les ondes radio. Et pour cause, l’hydrogène neutre présent au cours de l’âge des ténèbres aurait été capable d’absorber une partie du rayonnement du fond diffus cosmologique, créant une baisse de l’intensité des ondes radio de cette époque à des fréquences comprises entre 0,5 et 50 mégahertz. L’objectif des chercheurs est donc de pouvoir isoler cette baisse de fréquence de manière à pouvoir « capter » un instantané de cette époque mystérieuse.

Pour ce faire, des chercheurs de la NASA enverront une mission baptisée Lunar Surface Electromagnétique Experiment-Night, (ou LuSEE-Night en abrégé) sur la Lune dès 2025. Ce petit radiotélescope décollera dans le cadre du programme Commercial Lunar Payloads de l’agence américaine.

Les chercheurs ont opté pour la face cachée de la Lune pour éviter toute contamination radio potentielle provenant de l’atmosphère terrestre. Pour opérer, l’engin sera équipé de deux paires d’antennes d’environ six mètres de long conçues pour se dérouler à l’atterrissage.

Notez que LuSEE-Night ne sera pas nécessairement capable de détecter l’âge des ténèbres. Il s’agit avant tout d’un démonstrateur technologique visant à construire, à terme, un radiotélescope beaucoup plus grand et ambitieux.

Les scientifiques proposent en effet depuis longtemps la construction d’un radiotélescope sur la face cachée de la Lune capable de sonder l’intégralité du spectre radioélectrique sans interférence. Cependant, le déploiement d’une telle structure poserait des défis techniques importants, d’où l’intérêt d’envoyer ce type de mission en amont.

LuSEE-Night sera déposé sur la Lune par un atterrisseur développé par la société Firefly Aerospace. Il est prévu que la mission fonctionne sur la Lune pendant dix-huit mois.