Euclid

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EUCLID

Caractéristiques
Organisation Agence spatiale européenne
Domaine Cosmologie, Energie sombre
Statut développement
Masse ~2,1 tonnes
Lancement ~2020
Durée 6 ans
Orbite Héliocentrique
Localisation Point de Lagrange L2
Télescope
Type Korsch
Diamètre 1,2 m
Focale 24,5 m
Longueur d'onde lumière visible, procheinfrarouge
Programme Cosmic Vision
Site [1]
Principaux instruments
VIS CCD imageur lumière visible
NISP Photomètre proche infrarouge

Euclid (référence à Euclide père de la géométrie) est une mission spatiale de l'Agence spatiale européenne (ESA) en cours de développement dont l'objectif est de comprendre l'origine de l'accélération de l'expansion de l'Univers et la nature de sa source, appelée génériquement énergie sombre. Pour les physiciens et astrophysiciens, il s'agit d'une véritable énigme qui porte en elle une révolution pour la physique fondamentale car elle impliquerait l'existence d'une interaction nouvelle ou une modification de notre théorie de la gravitation, aujourd'hui fondée sur la Relativité Générale d'Einstein. L'exploration de la nature profonde de l'énergie sombre étant hors de portée de la mission Planck, Euclid est une mission cosmologique complémentaire et dans la continuité de Planck et des grandes missions spatiales de la cosmologie contemporaine. Son lancement est prévu en 2020.

Historique[modifier | modifier le code]

Euclid est la deuxième mission de classe moyenne (M2) du programme scientifique Cosmic Vision (2015-2025) de l'Agence spatiale européenne. Ces missions ont un budget ESA plafonné à environ 500 millions € et Euclid tient tout juste dans ce plafond. Elle a été choisie en octobre 2011 avec Solar Orbiter au terme d'un parcours de sélection débuté au cours de l'été 2007 et qui l'opposait en finale à PLATO. Son lancement est planifié en 2020[1]. En juin 2012 l'Agence spatiale européenne confie au consortium Euclid la responsabilité de la mission, de la restitution des données produites et du développement des deux instruments scientifiques. Le consortium rassemble près de 1000 scientifiques et une centaine de laboratoires de recherche[2]. Mi 2013 l'ESA sélectionne l'établissement italien de Thales Alenia Space pour la construction du satellite [3] tandis que la fabrication du module dans lequel est intégré la charge utile d'Euclid (télescope et instruments) est confiée à l'établissement de Toulouse de la société Astrium[4]. La NASA participe également au projet en fournissant les 20 détecteurs du photomètre en proche infrarouge NISP[5].

Objectif scientifique et méthode de détection[modifier | modifier le code]

Euclid va sonder l'histoire de l'expansion de l'Univers (dont on pense qu'elle est gouvernée par l'énergie sombre et celle de la formation des structures cosmiques en mesurant la distribution de la matière noire et des galaxies dans l'univers et la manière dont cette répartition a évolué depuis le Big Bang. Les méthodes utilisées exploitent le phénomène du cisaillement gravitationnel et la mesure des distances des galaxies par la spectroscopie.

Le cisaillement gravitationnel est une conséquence de la déflexion des rayons lumineux engendrée par la présence de matière qui modifie localement la courbure de l'espace-temps : la lumière émise par les galaxies, et donc les images que nous obtenons, sont déformées par l’interaction gravitationnelle de la matière présente entre celles-ci et la Terre. Cette matière est composée pour une petite partie des galaxies, visibles, situées sur le chemin de la lumière, mais est pour l'essentiel de la matière noire. En mesurant ces déformations on peut localiser la matière noire, en évaluer la quantité et savoir comment elle se distribue dans l'Univers.

La spectroscopie des galaxies permet de mesurer les décalages spectraux des galaxies et de déterminer des distances, via la Loi de Hubble. On parvient ainsi à reconstruire la distribution tri-dimensionnelle des populations de galaxies dans l'Univers.

À partir de ces données, il est possible d'analyser simultanément les propriétés statistiques des distributions de la matière noire et des galaxies et d'en décrire l'évolution au cours du temps. Ce sont ces propriétés et leur évolution qui sont des signatures de la nature de l'énergie sombre. Mais les distinctions entre les différentes hypothèses d'énergie sombre qui s'affrontent sont si infimes que seuls des projets d'observations astronomiques de grande ampleur portant sur des mesures de très haute précision, comme celles prévues avec Euclid, peuvent apporter des réponses décisives aux questions des physiciens.

Caractéristiques du télescope spatial[modifier | modifier le code]

Le télescope spatial avec son module de service forme un instrument long de 4,5 mètres pour un diamètre de 3,1 mètres et une masse de 2,1 tonnes[6]. Elle est constituée d'un télescope Korsch doté d'un miroir primaire de 1,2 mètre de diamètre qui couvre un champ de 0,5 deg². Un instrument pour la lumière visible (VIS) et un instrument pour le rayonnement infrarouge (NISP) analysent la lumière collectée par deux caméras géantes pour caractériser les propriétés morphométriques, photométriques et spectroscopiques des galaxies [7] :

  • une caméra composée d'une mosaïque de 6x6 e2v CCD représentant 600 millions de pixels analyse le rayonnement en lumière visible (0,55-0,92 μm) et est chargée de mesurer la déformation de l'image des galaxies ;
  • une caméra composée d'une mosaïque de 4x4 détecteurs Teledyne (en) H2RG sensibles au rayonnement en lumière proche infrarouge (1 à 2 μm) et comportant 65 millions de pixels permet :
  1. d'estimer grossièrement, avec l'aide de photométrie visible à obtenir depuis le sol en parallèle avec la mission, le décalage vers le rouge et donc la distance, de milliards de galaxies par la photométrie multi-couleur (redshift photométrique); et
  2. d'exploiter un spectromètre qui analyse le spectre lumineux en proche infrarouge (1 à 2 μm) et mesure aussi la distance de millions de galaxies, mais avec une précision 10 fois meilleure que par photométrie, et fournit des données permettant de déterminer les oscillations acoustiques des baryons.

La plateforme inclut des panneaux solaires qui fournissent l'énergie électrique et un système de contrôle d'attitude qui maintient l'orientation du télescope avec des écarts inférieurs à 35 milli-arcsecondes. L'isolation est particulièrement soignée afin d'obtenir une grande stabilité thermique nécessaire pour ne pas fausser l'alignement optique.

Le système de télécommunications est fortement sollicité car le volume quotidien de données transférées est de 850 gigabits : il utilise la bande Ka qui permet d'envoyer les données scientifiques avec un débit de 55 Mégabits/s durant des vacations d'une durée de 4 heures par jour lorsque la station de Cebreros dotée d'une antenne parabolique de 35 mètres est dans la ligne de visée. Euclid doit disposer d'une capacité de stockage d'au moins 300 Gigaoctets[8],[9].

Déroulement et données de la mission[modifier | modifier le code]

Euclid doit être lancé dans l'espace par une fusée Soyouz tirée depuis la base de Kourou. Après un transit de 30 jours il est stabilisé pour parcourir une trajectoire de Lissajous de grande amplitude (environ 1 million de km) autour du point de Lagrange L2 du système Soleil-Terre.

Au cours de sa mission, qui doit durer au minimum 6 ans, Euclid doit observer environ 15 000 degrés² soit à peu près un tiers de la voûte céleste située à l'opposé de la Voie Lactée[9]. A ce relevé s'ajouteront des observations environ 10 fois plus profondes pointant vers deux champs situés près des pôles écliptiques et couvrant chacun 20 degrés² . Ils seront visités régulièrement pendant toute la durée de la mission et serviront de données de calibration et de contrôle de stabilité des performances du télescope et des instruments ainsi que de données scientifiques pour l'observation des galaxies et des quasars les plus lointains de l'Univers.

Pour les mesures des redshifts photométriques des galaxies, les données du télescope Euclid doivent être complétées par de la photométrie dans au moins 4 filtres du domaine visible. Elle sera obtenue avec des télescopes terrestres qui opèrent dans les hémisphères nord et sud de façon à couvrir la totalité des 15 000 degrés² de la mission. Au total, chaque galaxie observée avec Euclid disposera d'information photométrique dans au moins 7 filtres différents couvrant tout le domaine 460-2000 nm.

Environ 10 milliards de sources astronomiques seront observées par Euclid. Pour plus d'un milliard d'entre elles, la déformation gravitationnelle sera mesurée avec une précision 50 fois meilleure que ce qu'il est possible de faire aujourd'hui depuis les télescopes terrestres. Il est prévu qu'Euclid détermine les décalages spectraux de 50 millions d'entre elles.

L'exploitation scientifique de cette énorme collection de données est confiée à un consortium européen regroupant plus de 1 200 personnes réparties dans plus de 100 laboratoires de 14 pays (Allemagne, Autriche, Danemark, Espagne, Finlande, France, Italie, Norvège, Pays-Bas, Portugal, Roumanie, Royaume-Uni, Suisse et Etats-Unis). L'Euclid Consortium (en) a aussi la responsabilité de la construction des deux instruments, de l'élaboration et de la mise en œuvre de la chaîne de traitement et de l'analyse des données recueillies, et enfin de leur interprétation scientifique. Les laboratoires du Consortium sont soutenus par les agences spatiales nationales, qui garantissent les engagements de chaque pays, et par leurs structures nationales de recherche (agences de recherche, observatoires ou universités). Ces soutiens apportent des moyens en complément de ceux de l'ESA et représentent environ 30 % du coût total de la mission.

Par leur volume, leur diversité (sol et espace, visible et infrarouge, morphométrie, photométrie et spectroscopie) et les niveaux de précision des mesures requis, le traitement et l'analyse des données de la mission Euclid demandent un soin et un effort considérables qui en font un élément critique de succès. L'ESA, les agences nationales et le Consortium Euclid investissent donc lourdement dans la mise en place de solides groupes de chercheurs et d'ingénieurs à très haut niveau d'expertise en algorithmique, dans le développement, les tests et la validation des logiciels ainsi que dans des infrastructures de calcul, d'archivage et de distribution des données. Au total, 7 centres de calcul répartis parmi les pays membres du consortium devraient traiter au moins 10 Petabytes d'images brutes sur une période de 10 ans pour produire aux environs de 2028 une base de données d'images et de catalogues mise en ligne pour la communauté scientifique.

Avec son immense couverture céleste et ses catalogues de milliards d'étoiles et de galaxies, l’intérêt scientifique des données de la mission dépasse le cadre de la cosmologie. Cette base de données abondera en sources l'ensemble de la communauté astronomique mondiale pour des décennies et constituera un réservoir d'objets astronomiques nouveaux pour des observations avec les télescopes JWST, l'E-ELT, le TMT, ALMA, SKA ou LSST.

Notes et références[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]

Annexes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]