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L'astronomie européenne, la première du monde
Jean-Paul Baquiast 30/06/2016


Nous avons plusieurs fois rappelé que l'astronomie européenne avait progressivement conquis un statut la situant au sommet des astronomies mondiales. L'astronomie française y joue un rôle notable. Certes, l'astronomie européenne avait toujours tenu une place importante dans cette discipline, mais depuis quelques décennies, elle avait quelque peu pâli des investissements considérables faits aux Etats-Unis, notamment dans le domaine de l'observation satellitaire (Hubble). De plus, comme toujours dans les sciences avancées, les chercheurs et les gouvernements européens ne savaient pas mettre assez en valeur leurs investissements et leurs résultat.

Aujourd'hui cependant, cette période de relatif retrait semble terminée. D'une part les crédits de recherche américains sont de plus en plus affectés aux systèmes militaires,dans lesquels règnent un épais secret-défense. D'autre part, avec en particulier le développement de l'internet qui permet de communiquer des résultats précis sur des thèmes qui continuent à passionner le grand public, l'astronomie européenne sait mieux qu'auparavant faire connaître ses découvertes et communiquer sur ses projets et sur les financements publics qu'ils exigent. L'ESO, Observatoire Européen Austral a parfaitement joué son rôle en ces domaines. Précisons que, comme dans tous les domaines scientifiques civils importants, des chercheurs de tous pays y participent, notamment américains et russes.

A ce jour, deux actions de l'ESO mobilisent l'attention mondiale, au moins chez les astronomes et cosmologistes

Gravity

De quoi s'agit-il? Il s'agit d'abord d'une augmentation de performance due à l'addition prochaine au Very Large Telescope (VLT) européen implanté dans le désert d'Atacama d'un nouvel instrument dit Gravity. Le VLT comprend 4 grands télescopes couplés avec 4 autres plus petits. Les grands télescopes sont généralement utilisés indépendamment, mais les quatre petits forment le VLTI : Very Large Telescope Interferometer. L'interféromètrie à deux instruments consiste à positionner deux télescopes vers une même étoile. On obtient deux signaux lumineux distinct dont la recombinaison fournit un signal doté de plus d'information. Dans leur recombinaison apparaît un phénomène de franges d'interférence dont l'interfrange limite la résolution; celle-ci est proportionnelle à la longueur d'onde et inversement proportionnelle à la distance. Plus la distance entre les télescopes sera grande; meilleure sera la résolution.
(Voir Wikipedia. Interférométrie . Voir aussi Observatoire de Paris sur le même sujet )

En l'espèce, au VLT, l'interféromètre est un télescope virtuel, dessiné par les quatre petits télescopes qui le constituent et observent la même cible céleste. Le VLTI sera donc un télescope géant, équipé d’un miroir virtuel dont le diamètre équivaut à la distance séparant les télescopes entre eux. Comme les petits télescopes sont mobiles, ils peuvent synthétiser, selon les besoins, un télescope de 20, 50, 100, 200 mètres de diamètre. Seul inconvénient par rapport à un miroir réel, la luminosité de l’interféromètre est limitée par la surface de ses miroirs et ne peut donc pas observer des astres très faibles.

L’interférométrie est une technique très complexe et précise, difficile et longue à mettre en œuvre. C'est pour améliorer ses résultats que sera utilisé le nouvel instrument Gravity. Celui-ci est installé dans un réseau sous-terrain se trouvant sous les huit télescopes du système VLT. Des dizaines de miroirs et de fibres optiques amènent la lumière des étoiles, via quatre télescopes, vers Gravity, qui fusionne les quatre faisceaux lumineux. Gravity, associé au réseau VLT, peut synthétiser un télescope de 100 à 200 mètres de diamètre, capable d’offrir des images 20 fois plus précises que celles offertes par le télescope spatial Hubble. De plus, avec Gravity les astronomes vont pouvoir coupler les quatre télescopes géants ensemble .

Ceci permettra de mesurer, avec une précision jamais obtenue encore – celle offerte par un télescope de 100 à 200 mètres de diamètre ! – la surface de certaines étoiles, les jets de matière qui jaillissent des étoiles naissantes ou de certaines galaxies, et surtout, c’est sa vocation première, mesurer avec une extraordinaire précision le mouvement des astres : mouvement des étoiles au sein des couples stellaires, mouvements de certaines exoplanètes, et enfin, et surtout, mouvement des étoiles… autour du trou noir qui se trouve au cœur de la Voie lactée. La résolution, c’est à dire la capacité à discerner des détails, du Very Large Telescope équipé de Gravity sera environ 20 fois meilleure que celle du télescope spatial Hubble.

Les astronomes espèrent ainsi pouvoir observer, à 26 000 années-lumière de nous, au cœur de notre galaxie, le trou noir géant, d’une masse égale à environ quatre millions de masses solaires. Bien sur, il ne sera pas possible d'observer l'intérieur du trou noir lui-même, puisqu'aucun rayon n'en ressort. Mais celui-ci imprime par sa masse et sa densité exceptionnelles, un mouvement très rapide aux étoiles qui l’entourent. L'espace-temps est tellement courbé par la masse du trou noir galactique que la théorie de la relativité générale d’Einstein peut être testée directement et précisément en observant le mouvement des étoiles qui gravitent autour de lui. L’étoile S2, par exemple, gravite en quinze ans autour du trou noir, et, lorsque son orbite elliptique approche l’astre au plus près du trou noir, sa vitesse atteint 3000 kilomètres par seconde, soit 1 % environ de la vitesse de la lumière.

Nous avons présenté dans un article précédent les travaux du cosmologue français Thomas Buchert. Il met en question l'argument selon lequel les effets gravitationnels forts inexplicables par la cosmologie classique, notamment au sein des galaxies et amas de galaxies, ne pourraient se comprendre qu'en invoquant une hypothétique « matière noire » jusqu'ici non observée. Pour lui, au moins une partie pourrait résulter d'une courbure accentuée de l'espace-temps autour des masses importantes, la courbure étant fonction de la masse. L'hypothèse est conforme aux principes de la relativité d'Einstein. Mesurer avec un instrument tel que Gravity l'accélération précise des astres autour d'un trou noir massif permettrait peut-être de mesurer la courbure de l'espace- temps en résultant afin d'apporter des éléments d'observation aux hypothèses de Thomas Buchert et de ses collègues, étendues à l'échelle de l'univers tout entier 1).

Le Télescope géant européen ( European Extremely Large Telescope 1 ou E-ELT1

Il s'agit d'un télescope terrestre, faisant partie de la série des trois télescopes géants en cours de construction, qui doit être inauguré en 2025 ( Voir Wikipedia ) Construit par l'ESO, il doit permettre des avancées majeures dans le domaine de l'astronomie grâce à son miroir primaire d'un diamètre de 39 mètres. Un miroir plus grand encore, celui du projet européen OWL, a du malheureusement être abandonné faute de crédits suffisants.
L' E-ELTI1 sera situé au nord du Chili, sur le Cerro Armazones (3 060 mètres d'altitude) qui fait partie de la cordillère de la Costa (Andes centrales) et à vingt kilomètres à l'est du Cerro Paranal, site des quatre télescopes du VLT de l'ESO. Pour pouvoir effectuer des percées décisives, telles que l'observation des premières galaxies ou des exoplanètes, il sera capable de collecter quinze fois plus de lumière que le VLT, ce qui en fera le télescope le plus puissant au monde. Il est prévu que l'E-ELT entre en service au cours de l'année 2024.

Il faut regretter que les pays européens, malgré ces réalisations remarquables, n'y consacrent pas plus de moyens, sous prétexte de dette publique à couvrir. Quand on sait qu'une grande partie de ces dettes ont été provoquées par des mouvements spéculatifs, il serait indispensable à la survie même de l'Europe, face non seulement aux Etats-Unis, mais à la Chine et la Russie, de prélever sur lesdites « dettes » les quelques milliards supplémentaires nécessaires au financement des projets de l'ESO, ou d'autres analogues

1) Thomas Buchert nous met cependant en garde. L'interprétation de ces observations reste dépendant du modèle, soit on peut "mesurer" la matière noire, ou bien la loi MOND, ou bien, indirectement, la courbure. On risque alors de mélanger la puissance de l'instrument avec l'hypothèse d'interprétation. Cependant, si les données sont meilleures, la précision des modèles le sera aussi.