Gravitation - The Very Large Telescope

ESO: VLT and Co (1/3)

Le temps du rêve

Cerro Paranal

Une vue du désert d'Atacama avec, à droite de l'image, le Cerro Paranal
au sommet duquel s'ébauche le VLT (© Photo ESO)

Ce n'est un secret pour personne. Les astronomes et autres astrophysiciens sont avides d'observations, d'images, d'analyses, de résultats, de théories. Un Pantagruel bien né dort en chacun d'eux.

La formidable moisson déjà engrangée par le HST (Hubble Space Telescope), ESA-NASA, alimente chaque mois la presse spécialisée et monopolise l'attention de bon nombre de chercheurs. Les familiers d'Internet en savent quelque chose, et ceux qui ont la bonne idée de visiter régulièrement le site de la Société astronomique de Liège, sont récompensés par de très belles images. Il n'est pas rare que celles-ci soient le fruit du HST. Sous les doigts experts d'Eric Darchis, la " Photo du mois " est devenue hebdomadaire et mérite donc des détours plus fréquents. Nous en voulons pour preuve l'image de la semaine du 15 janvier, qui nous donnait à découvrir la " Hourglass Nebula ", objet quelque peu magique qui dût intriguer plus d'un visiteur.

Il s'agit, en fait, d'une nouvelle découverte du HST qui a pu révéler la véritable forme de MyCn18, celle d'un sablier, d'où le nom inconnu jusqu'alors, de " Hourglass " que la NASA vient d'attribuer à cette jeune nébuleuse dite " planétaire " qui entoure une étoile mourante, localisée à quelque 8.000 années lumière. Nous avons pu obtenir ses coordonnées équatoriales (J2000): AD=13h39m29.679s, Dec.=67d22'38.786''. Les observateurs liégeois n'ont pas de chance. C'est dans l'hémisphère sud.

Voilà ce qui confirme, s'il le fallait encore, la nécessité, pour les Européens, d'avoir un observatoire pour le ciel austral. Fort heureusement, grâce à l'ESO, ils l'ont et pas n'importe lequel.

Le paradis astronomique européen

Sans trop s'étendre, on peut rappeler que l'ESO, organisation intergouvernementale européenne, a été fondée en 1962 " pour installer, faire fonctionner un observatoire astronomique dans l'hémisphère austral, promouvoir et organiser la coopération dans la recherche astronomique en Europe. Ses Etats membres sont la Belgique, le Danemark, la France, l'Italie, les Pays-Bas, la République fédérale d'Allemagne, la Suède et la Suisse. " Le siège principal de l'ESO, avec ses départements scientifiques et techniques, se trouve à Garching, près de Munich, en Allemagne.

Le personnel de l'organisation compte près de 300 personnes. L'observatoire se trouve au Chili, sur la montagne La Silla, à 2.400 m d'altitude, environ 600 km au nord de Santiago. Quatorze télescopes optiques, dont le plus grand a un miroir de 3,60 m de diamètre, ainsi qu'un radiotélescope submillimétrique de 15 m sont actuellement en service. Ce site, visité par 350 astronomes par an, offre quelque 300 nuits annuelles parfaitement claires.

L'instrument le plus récent (achevé en 1989) est le NTT (New Technology Telescope), un télescope de 3,50 m à nouvelle technologie, qui est le télescope optique le plus avancé du monde. Un télescope géant, le Very Large Telescope (VLT), est en cours de construction au sommet du Cerro Paranal, à 2636 mètres d'altitude, dans la zone la plus sèche du désert de l'Atacama au Chili, dans la Cordillère des Andes, et à 400 km au nord de La Silla.

Le VLT est un projet combinant quatre télescopes de 8m20 de diamètre. Ces télescopes pourront fonctionner indépendamment ou en association, totalisant alors la puissance d'un télescope de 16 m avec une surface totale de 200 m². Ils permettront même, en mode interférométrique (l'interférométrie optique est une technique qui utilise les interférences de la lumière des étoiles, ou de sources de petit diamètre apparent, en vue d'améliorer la résolution des observationsneffectuées au moyen d'un télescope), d'atteindre une résolution spatiale de 0,0005 seconde d'arc. De quoi faire blêmir les concepteurs, les techniciens du Hubble Space Telescope. En voie de réalisation, la première unité devrait pouvoir être opérationnelle dès 1998. Lorsqu'il sera terminé, à la fin de ce siècle, le VLT sera le plus grand télescope optique du monde.

Premières jubilations

Le Conseil de l'ESO s'est réuni à Milan le 28 novembre dernier et a pu découvrir la structure mécanique achevée de l'unité 1 du VLT. Cette structure pesant 430 tonnes accueillera le premier miroir primaire en verre céramique de 23 tonnes, moulé d'une seule pièce (une première) en Allemagne et poli en France avec une précision de forme à 20 millionième de millimètre près.

Président du Conseil de département de l'Institut d'Astrophysique de l'Université de Liège, Jean-Pierre Swings assistait à cette réunion en tant que vice-président du Conseil de l'ESO.

C'est donc avec le plus grand intérêt que nous avons suivi la conférence qu'il a présentée le vendredi 26 janvier à la tribune de la Société astronomique de Liège, avec, comme partenaire, Jean-François Claeskens, jeune chercheur du même Institut.

Ce fut l'occasion d'avoir un aperçu passionnant, fort détaillé et très imagé de l'évolution récente de l'ESO, des observations sur le site de La Silla et de la construction du Very large Telescope sur le site du Cerro Paranal.

Notre intention n'est pas d'en rendre compte, mais de nous en servir comme point de départ pour une petite série d'articles sur ce sujet qui mérite d'être actualisé pour l' ensemble des lecteurs du " Ciel ".

Ainsi, avant même de détailler quelque peu les caractéristiques principales de ce qui sera le plus grand télescope optique de la planète, de faire le point sur l'état de sa réalisation, de vivre par témoignage interposé, une observation sur le site de La Silla, nous avons pensé qu'il n'était pas inutile de rappeler, dans un premier article, les principaux objectifs scientifiques du Very Large Telescope.

Avant de répondre à la question de savoir de quoi il est fait et comment il fonctionnera, on peut avancer quelques réponses à celle de savoir à quoi il va servir. Y répondre, c'est aller à la rencontre des rêves, des espoirs de tous les astronomes et astrophysiciens. C'est aussi et d'abord aller à la rencontre d'une constante que l'on retrouve dans l'intérêt des chercheurs européens de l'ESO.

Origine, évolution, structure, répartition

Chaque année, environ 600 projets d'observation sont proposés à l'ESO par des centaines d'astronomes professionnels européens. Une partie de ces projets seulement, triés par un comité d'experts, débouche sur des observations célestes. Les domaines de recherche aux télescopes en fonction actuellement sur le site de La Silla se sont confirmés d'année en année. Ils rencontrent bien les questions les plus importantes de l'astronomie contemporaine.

Ces recherches portent sur l'origine et l'évolution de notre Système solaire, sur l 'évolution du Soleil et d'autres étoiles, sur la nature du gaz interstellaire diffus à l'origine de nouvelles étoiles, sur la structure de notre galaxie et d'autres galaxies, sur les processus énergétiques se produisant dans les noyaux des galaxies et des quasars, sur la répartition des galaxies dans l'espace, sur l'évolution des galaxies et finalement, en conclusion, sur la nature de l'Univers, son évolution et ses origines premières, et le processus suivi pour la concrétisation de la matière en myriades de galaxies et d'étoiles aperçues de nos jours.

Comme le soulignait déjà l'ESO en 1981, " en dépit de tout l'intérêt qu'il y a de découvrir les composantes de l'Univers, l'objectif le plus ambitieux est peut-être de pénétrer les secrets des lois de la nature, qui régissent la matière rencontrée dans l'Univers et l'Univers lui-même. "

A la lumière de ce schéma un peu général, on peut subdiviser les principaux programmes d'observation poursuivis jusqu'à présent sur le site de La Silla:
- Observations des atmosphères et du milieu environnant de certaines des planètes et études des nombreux corps de plus petite dimension du Système solaire, les astéroïde et les comètes.
- Observation de différents types d'étoiles sous l'angle de la variabilité de la production de lumière, des températures, des densités et de l'abondance d'éléments chimiques dans leurs atmosphères.
- Observation des caractéristiques spectroscopiques dues au milieu interstellaire et observations infrarouges des régions de formation d'étoiles.
- Observation de la répartition et de l'évolution des étoiles et des matières gazeuses de façon à repérer la structure spirale de notre Galaxie. Observations similaires d'autres galaxies pour recueillir des informations sur les masses de galaxies et la présence éventuelle de corps non lumineux.
- Projections et observations spectroscopiques des noyaux de galaxies actives, quasars et objets similaires de façon à recueillir des informations sur la dynamique énergétique qui s'y déploie. Etude optique des galaxies, mais également des étoiles présentant de fortes émissions de rayons X.
- Détection et détermination du décalage vers le rouge de galaxies se caractérisant par un éclat très faible; étude d'amas et d'autres formations à grande échelle de galaxies.

L'Univers primordial

Parmi les multiples programmes scientifiques que l'ESO a assigné au VLT, nous en avons retenu quelques-uns, bien faits pour donner une première idée de l'ampleur de ses moissons futures.

La découverte astronomique la plus importante du siècle est vraisemblablement le fait que notre Univers n'est pas statique, mais en évolution et en expansion. L'étude des phases initiales de son évolution nécessite l'observation des galaxies et des quasars très éloignés, par conséquent faibles.

Ces études nous renseigneront sur les conditions régnant dans l'Univers lorsqu'il n'avait que le quart de son âge actuel, sur la formation des galaxies et sur les énormes sources d'énergie des quasars. Voilà qui permettra d'améliorer nos connaissances sur les toutes premières phases qui ont suivi la naissance de l'Univers, lorsque la matière était si énergique que la physique des particules et l'astrophysique se confondaient.

La nucléogénèse

Quelques éléments chimiques ont été formés aux débuts de l'histoire de l'Univers. Presque tous les autres sont nés plus récemment au cours de longs processus de nucléosynthèse (formation des éléments chimiques par réactions nucléaires au sein des étoiles).

L'étude de notre Galaxie nous a déjà beaucoup appris. Il devient maintenant nécessaire d'observer des étoiles dans d'autres galaxies. Seul, le VLT possédera une surface collectrice suffisante pour permettre d'effectuer ces observations.

L'analyse de la lumière de quasars faibles, situés au-delà de galaxies lointaines, et qui permettra d'étudier ces galaxies aux premiers stades de leur évolution, tout au début de la synthèse des éléments, est du plus grand intérêt.

Le formation du Système solaire

L'origine de notre Système solaire est encore enveloppée de mystère. L'étude de systèmes semblables, actuellement en cours de formation dans la Galaxie, peut apporter beaucoup d'informations essentielles. La lumière visible nous parvient difficilement à cause de la densité élevée du gaz et de la poussière qui entourent ces objets.

Il est nécessaire de pouvoir analyser le rayonnement infrarouge avec une grande sensibilité et une haute résolution angulaire, ce que va permettre le VLT. Ces recherches sont également importantes pour étudier l'évolution primitive de la Terre et de tout ce qui touche à la vie dans l'Univers.

La matière obscure

Une grande quantité de matière dans l'Univers (près de 90%) semble être obscure et, par conséquent, invisible. Une partie de cette matière se présente sous la forme de trous noirs. Etant donné que la matière qui tombe dans un trou noir peut être lumineuse durant un temps très court, son étude peut permettre d'élucider la structure des trois noirs. Pour un trou noir ayant une masse de l'ordre de la masse solaire, le temps de l'effondrement final n'excède pas quelques millisecondes. Seul un télescope optique comme le VLT peut recueillir assez de lumière durant un temps aussi court.

De la matière obscure semble aussi être répartie en grande quantité dans les galaxies et les amas de galaxies. Son origine reste inconnue. On ne peut pas voir cette matière obscure, mais on peut déduire sa présence par la force d'attraction qu'elle exerce sur les objets visibles ou sur la lumière de sources lointaines. Une analyse spectroscopique précise et des études à haute résolution angulaire d'objets faibles sont nécessaires. Voilà bien un domaine scientifique dédicacé pour le VLT.

L'astroseismologie

Les caractéristiques intrinsèques d'une étoile (masse, luminosité, rayon) ne fournissent qu'une information limitée sur sa structure interne. Mais, lorsque l'étoile est en pulsation, on peut recueillir une information supplémentaire à partir des périodes et des amplitudes de l'oscillation. Il n'y a pas si longtemps, on a détecté plusieurs modes oscillatoires du Soleil. Leur analyse a eu un profond retentissement sur notre connaissance des structures internes de notre astre du jour.

Avec le télescope de 3,6 m de l'ESO, on a détecté un mode d'oscillation dans une étoile très brillante. Cependant, la surface collectrice de ce télescope hautement perforant est encore insuffisante pour pouvoir traiter un échantillon de quelques douzaines d'étoiles. Avec le VLT, cela deviendra possible, et une grande quantité d'informations nouvelles sur l'intérieur des étoiles aussi bien naines que géantes en résultera.

Les noyaux de galaxies

Beaucoup de galaxies possèdent un noyau actif qui émet une grande énergie dans une gamme étendue de longueurs d'onde. Les quasars en sont une forme spectaculaire malgré leur faible activité apparente. Le mouvement du gaz immédiatement situé autour des noyaux et ses propriétés émissives dans le visible et l'infrarouge pourra enfin être étudié grâce à la haute résolution angulaire et à la très grande sensibilité des instruments scientifiques dont le VLT sera doté.

De telles observations aideront à élucider la nature des conditions physiques extrêmes dans les noyaux et leur rôle au cours de l'évolution galactique.

Sans aucun doute, le Very Large Telescope apportera une abondante moisson de résultats scientifiques dont l'importance sera certainement plus grande que celle que nous évoquons brièvement ici, plus grande aussi que ce qu'il est possible d'imaginer à l'heure actuelle. Le VLT garde sa part de rêve.

Le destin de l'Univers

" Avec le Télescope spatial, on prévoit de voir le passé " titrait la presse en 1990, à l'époque de son lancement largement médiatisé. Faute d'avoir précisé lequel, c'est-à-dire faute d'avoir pu prévoir jusqu'où le HST pourrait porter son regard dans le fin fond de l'Univers, on peut dire qu'il y a réussi. C'est en tout cas ce que donne à penser le docteur Robert Williams, directeur du Space Telescope Science Institute de Baltimore. Le lundi 15 janvier, devant 1.200 scientifiques réunis à San Antonio (Texas) par la Société américaine d'Astronomie, il a présenté la dernière moisson en date du HST, une image d'une infime parcelle de ciel sur laquelle il s'est concentré pendant une dizaine de jours.

Le cliché définitif, résultat de 342 photographies, révèle " le point le plus éloigné
jamais observé par l'homme. "

" Il s'agit, devait conclure le docteur Williams, de l'incursion la plus détaillée dans la partie la plus lointaine de l'Univers jamais atteinte par l'astronomie optique. " Et effectivement, l'image est époustouflante!

Que dira-t-on au moment de la mise en service du VLT qui sera, au début du XXIe siècle la plus puissante machine astronomique de la planète? La connaissance même du destin de l'Univers sera à notre portée. En rêver? Certes, il en est encore temps. Mais il est plus que temps. La réalité VLT et son cortège de découvertes les plus attendues comme les plus inattendues sont maintenant toutes proches.

Pierre Bastin

(Cet article a été publié dans la revue "Le Ciel", bulletin de la Société astronomique de Liège, de février 1996.)


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