Gravitation - De l'Univers

En attendant de toujours hypothétiques résultats satisfaisants de la part d'un Hubble Space Télescope qui n'en finit pas d'être myope, des progrès extraordinaires sont obtenus dans la qualité optique des nouveaux télescopes conçus pour observer l'Univers à partir du sol terrestre et défier ses turbulences atmosphériques.

L'exemple le plus flagrant nous vient du dernier né des télescopes de l'ESO (Organisation Européenne pour des Recherches Astronomiques dans l'Hémisphère Austral dont la Belgique fait partie) : le NTT (New Technology Telescope, un télescope de 3m60, installé à côté de ses aînés sur le site de la montagne de La Silla, dans les Andes, à 600 km au Nord de Santiago du Chili. L'ESO dispose actuellement à La Silla d'un parc d'une quinzaine de télescopes).

Le NTT est un télescope du 21e siècle qui fait appel à des technologies entièrement nouvelles, tout particulièrement dans les domaines de l'optique, de la mécanique et de l'électronique. Le bâtiment du NTT a également été conçu de manière à perturber le moins possible les observations.

Le système d'optique active maintient la forme et l'alignement des miroirs de façon optimale, sous le contrôle d'un ordinateur. La turbulence de l'air autour du télescope est minimisée par divers systèmes de refroidissement. Le pointage et le guidage de l'instrument sont d'une performance tout à fait inédite, ce qui élimine les bougés.

Qualités confirmées

L'ESO possède à La Silla deux télescopes de 3m60. Le NTT permet d'obtenir des images trois fois plus piquées. Son, ouverture de f/2,2 le rend trois fois plus lumineux, son miroir principal est deux fois plus léger.

Il a été mis en service durant la nuit du 22 au 23 mars 1989 et nous a donné, d'emblée, des images d'une qualité à peine concevable, il y a quelques années encore. Celles-ci se sont vues entièrement confirmées par les multiples et diverses observations astronomiques effectuées par les astronomes de l'ESO durant la période de mise en service du télescope.

Des images d'une finesse inégalée (jusqu'à 0,33 seconde d'arc de résolution, soit un détail de 500 mètres sur la Lune!) ont été obtenues et des objets extrêmement faibles ont pu être observés des étoiles plus faibles que la 25e magnitude. Les premières observations programmées concernaient la supernova 1987A dans le Grand Nuage de Magellan. (1)

Depuis, des documents supplémentaires nous sont parvenus qui nous permettent d'apprécier mieux encore le gain en résolution angulaire qui peut être atteint par la technique de l'optique active, complétée par un traitement approprié de l'image électronique obtenue sur CCD (charge coupled device, c'est-à-dire dispositif à transfert de charges. Il désigne un détecteur d'image). (2)

Les succès et les records n'ont cessés d'être battus. Nous avons déjà eu l'occasion, ici même, d'en détailler quelques-uns. Ainsi la découverte d'une nouvelle étoile dénommée Nova Muscae 1991 (3); ainsi la localisation du cœur galactique de la Voie Lactée (4).

Avant cela, on devait déjà au NTT la découverte de la galaxie "normale" la plus distante connue à ce jour. Cette distance est estimée à quelque 10 milliards d'années de lumière. Ce qui revient à dire, en tenant compte que l'âge de l'Univers est de l'ordre des 15 milliards d'années, que la lumière que nous recevons de cette galaxie a été émise alors que l'Univers n'avait que le tiers de son âge actuel. (5)

Magnitude limite

Comme le dit si bien l'astrophysicien Hubert Reeves, regarder loin, c'est voir tôt. Observer l'Univers lointain, c'est le voir au moment de sa jeunesse. Voir loin, c'est remonter dans le temps. Le but final de ce type d'observations est de remonter au plus près des premières minutes qui ont suivi le big bang, c'est-à-dire l'explosion qui, selon le modèle cosmologique le plus couramment admis à l'heure actuelle, a marquè le début de l'expansion de l'Univers.

Dans cette "course" scientifique, le NTT vient, une nouvelle fois, de marquer des points; et de prouver ses extraordinaires capacités. En effet, il vient de battre le record de magnitude limite détenu, selon nos informations, depuis une dizaine d'années par le télescope franco-canadien CFH de 3,60 m de diamètre, installé sur le volcan hawaïen Mauna Kea, à 4.200 m d'altitude.

Celui-ci peut en effet voir les objets de magnitude 27, soit des objets 250 millions de fois plus faibles que les étoiles les plus faibles dont l'éclat est visible à l'œil nu (magnitude 6).

Connu depuis deux ans comme étant le meilleur télescope optique au monde, il vient de permettre l'obtention de l'image la plus profonde dans l'Univers encore jamais obtenue avec un télescope sur terre ou dans l'espace. Le cliché ainsi réalisé montre un nombre considérable de galaxies extrêmement faibles et éloignées. L'image s'étend, en effet, au-delà de la magnitude 29. (6)

Au début du mois de mars dernier, un groupe international d'astronomes s'est lancé dans un programme ambitieux d'observation avec le NTT dans le but de détecter et mesurer des galaxies si faibles et si distantes qu'elles étaient jusqu'à présent hors de portée des autres télescopes.

Pour s'assurer qu'aucune lumière provenant d'objets relativement brillants ne viennent perturber cette recherche, les astronomes décidèrent d'orienter le NTT vers une portion du ciel appelé "vide" dans la constellation équatoriale du Sextant, au sud du Lion. De précédentes observations avaient montré qu'il ne se trouvait, dans cette direction, aucun objet plus brillant que d'une magnitude 20. Utilisant un détecteur CCD haute qualité, Bruce Peterson réalisa 41 clichés de manière à produire une image combinée.

C'est bien connu depuis longtemps, dans les expositions du ciel profond, la plupart des objets enregistrés, plus faibles que la magnitude 24 sont des galaxies, c'est-à-dire des systèmes d'étoiles énormes, plutôt que des étoiles isolées. Plus de 97 % des objets enregistrés sur le cliché sont des galaxies. Les plus brillantes d'entre elles, d'une magnitude de 21 à 25, peuvent être clairement vues comme ayant des formes différentes et peut être identifiées en conséquence.

Grâce à l'excellente résolution angulaire (le piqué) des images, on y remarque très bien leur forme allongée selon qu'il s'agisse de galaxies de type elliptique et de type spiral.

Des expositions de calibration d'objets de luminosité connue furent réalisées avec le NTT durant les mêmes nuits, de manière à mesurer avec plus ou moins de précision la brillance de tous les objets enregistrés sur la photo.

Les astronomes ont ainsi découvert que la magnitude limite qui est celle des objets les plus faibles qui peuvent être perçus, est plus faible que la magnitude 29. Pareille brillance est de 2,5 fois plus faible qu'aucune autre image obtenue jusqu'ici.

Une lueur sur la Lune

Quoi qu'il en soit, cette simple observation est d'une grande importance sur le plan cosmologique : le nombre de galaxies apparaît comme plus important à ces magnitudes si faibles. Il semble donc qu'on n'ait pas encore atteint le point de dépassement de cet ensemble de galaxies comme nous pouvons regarder les étoiles dans le Système solaire de la Voie lactée.

Pour avoir une idée un peu précise de l'exploit réalisé, on peut noter que l'observation d'une galaxie de magnitude 29 correspond à l'enregistrement de la lueur d'un cigare qui se trouverait suer la Lune ou, en des termes plus "terrestres", à la faible lueur d'un ver luisant à Garching enregsistrée depuis La Silla, à 1.200 km. Puisque chacune des galaxies est constitue de millions et, dans la plupart des cas, de milliards d'étoiles semblables à notre Soleil, il est clair qu'elles doivent être très éloignées pour que leur lueur soit si faible.

Reste à "lire" cette image (ainsi que les suivantes réalisées depuis dans des couleurs différentes du spectre : les jeunes galaxies toujours en cours de formation sont plutôt bleues, les galaxies plus anciennes ont une lumière plus rouge, ce qui permet de donner un âge aux galaxies observées) et distinguer les galaxies naines, peu brillantes mais relativement proches, des galaxies "normales" du type de la Voie lactée) mais très éloignées ou des galaxies super lumineuses extrêmement lointaines.

Une interrogation de l'homme

Dans le cas où ces galaxies de magnitude 29 seraient des galaxies "normales" très éloignées, et en supposant l'Univers vieux de 20 milliards d'années (hypothèse très incertaine), le NTT les aurait vues telles qu'elles étaient il y a 17 ou 18 milliards d'années. Peut-être des quasars, objets d'apparence stellaire et de très grande luminosité, de l'ordre de celle qu'auraient 100 à 1.000 galaxies, seront-ils aussi découverts.

Le NTT sera aussi capable d'obtenir le spectre des galaxies plus brillantes que la magnitude 24, ce qui rendra possible la mesure de leur vitesse relative et de leurs distances cosmologiques.

Cette image obtenue au moyen du NTT nous donne une première vision de ce qui peut être réalisé avec les nouveaux moyens maintenant à notre disposition. Elle nous donne un regard unique sur des régions de l'Univers si éloignées dans l'espace et dans le temps qu'elles n'avaient encore jamais pu être observées. C'est le type de travail qui sera à la pointe de la cosmologie dans l'observation optique les pochaines années.

Reculer les frontières de l'Univers fait partie des grands défis d'aujourd'hui et de demain. Les nouveaux instruments donnent naissance à une astronomie nouvelle qui doit retrouver tout son sens à côté de l'astrophysique qui, ces quarante dernières années prit l'essor que l'on sait.

Cette astronomie nouvelle doit pouvoir prétendre très rapidement à des résultats comparables à ceux obtenus dans le domaine théorique, que ce soit à propos de la structure des étoiles ou encore à propos de la dynamique des galaxies.

Ce sont les grands questions demeurées sans réponse satisfaisante qui ont déterminé les grands projets instrumentaux de l'ESO, projets mobilisateurs qui peuvent répondre aux questions que l'homme pose à la science. Le télescope NTT est le dernier mis en œuvre par l'ESO avant le VLT (Very Large Telescope), l'espoir de tous les espoirs, en fait, le plus grand défi terrestre encore jamais lancé à l'Univers.

La définition de l'homme ne tient-elle pas dans cette interrogation permanente qu'il porte sur lui-même et sur ce qui l'a engendré ?

Pierre Bastin