La NASA commence à concevoir sa prochaine grande mission d'astrophysique, un télescope spatial qui fournira la plus grande image de l'univers jamais vue avec la même profondeur et la même clarté que le télescope spatial Hubble.

Lancement prévu au milieu des années 2020, le Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST) fonctionnera comme le cousin aux yeux écarquillés de Hubble. Bien qu'aussi sensibles que les caméras de Hubble, L'instrument à champ large de 300 mégapixels de WFIRST imagera une zone du ciel 100 fois plus grande. Cela signifie qu'une seule image WFIRST contiendra le détail équivalent de 100 images de Hubble.

"Une image de Hubble est une belle affiche sur le mur, tandis qu'une image WFIRST couvrira tout le mur de votre maison, " a déclaré David Spergel, coprésident du groupe de travail scientifique WFIRST et professeur d'astronomie Charles A. Young à l'Université de Princeton dans le New Jersey.

Le large champ de vision de la mission lui permettra de générer de grandes images inédites de l'univers, qui aidera les astronomes à explorer certains des plus grands mystères du cosmos, y compris pourquoi l'expansion de l'univers semble s'accélérer. Une explication possible de cette accélération est l'énergie noire, une pression inexpliquée qui représente actuellement 68% du contenu total du cosmos et qui a peut-être changé au cours de l'histoire de l'univers. Une autre possibilité est que cette apparente accélération cosmique indique l'effondrement de la théorie de la relativité générale d'Einstein sur de vastes étendues de l'univers. WFIRST aura le pouvoir de tester ces deux idées.

Pour en savoir plus sur l'énergie noire, WFIRST utilisera son puissant miroir de 2,4 mètres et son instrument à champ large pour faire deux choses :cartographier la structure et la distribution de la matière dans le cosmos et mesurer l'expansion de l'univers au fil du temps. Dans le processus, la mission étudiera les galaxies à travers le temps cosmique, depuis le présent jusqu'à l'époque où l'univers n'avait qu'un demi-milliard d'années, ou environ 4 pour cent de son âge actuel.

"Pour comprendre comment l'univers a évolué à partir d'un gaz uniforme en étoiles, planètes, et les gens, nous devons étudier les débuts de ce processus en regardant les premiers jours de l'univers, " a déclaré Jeffrey Kruk, scientifique du projet WFIRST au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. « Nous avons beaucoup appris des autres enquêtes à grande échelle, mais celles de WFIRST seront les plus sensibles et nous donneront le plus loin dans le temps."

WFIRST le fera à travers de multiples stratégies d'observation, y compris des relevés d'étoiles en explosion appelées supernovae et amas de galaxies, et cartographier la distribution des galaxies en trois dimensions. La mesure de la luminosité et des distances des supernovae a fourni la première preuve de la présence d'énergie noire. WFIRST étendra ces études à de plus grandes distances pour mesurer l'augmentation de l'influence de l'énergie noire au fil du temps.

WFIRST mesurera des distances précises jusqu'aux amas de galaxies pour cartographier leur croissance au fil du temps. La mission déterminera également les distances à des millions de galaxies en mesurant comment leur lumière devient plus rouge à de plus grandes distances, un phénomène appelé redshift. Plus une galaxie est éloignée, plus sa lumière apparaît rouge lorsque nous la voyons. La cartographie des positions 3D des galaxies permettra aux astronomes de mesurer comment la distribution des galaxies a changé au fil du temps, fournissant une autre mesure de la façon dont l'énergie noire a affecté le cosmos.

L'instrument à champ large permettra également à WFIRST de mesurer la matière dans des centaines de millions de galaxies lointaines à travers un phénomène dicté par la théorie de la relativité d'Einstein. Les objets massifs comme les galaxies courbent l'espace-temps d'une manière qui courbe la lumière passant près d'eux, créer une distorsion, vue agrandie des galaxies lointaines derrière eux. Grâce à cet effet de loupe, appelé lentille gravitationnelle faible, WFIRST brossera un tableau général de la façon dont la matière est structurée dans l'univers, permettant aux scientifiques de mettre la physique régissant son assemblage à l'épreuve ultime.

WFIRST peut utiliser ce même phénomène de flexion de la lumière pour étudier les planètes au-delà de notre système solaire, connues sous le nom d'exoplanètes. Dans un processus appelé microlentille, une étoile de premier plan dans notre galaxie agit comme la lentille. Lorsque son mouvement s'aligne au hasard sur une étoile d'arrière-plan distante, l'objectif grossit, éclaire et déforme l'étoile d'arrière-plan. Au fur et à mesure que l'étoile lentille dérive sur son orbite autour de la galaxie et que l'alignement change, il en va de même de la luminosité apparente de l'étoile. Le schéma précis de ces changements peut révéler des planètes en orbite autour de l'étoile lentille, car les planètes elles-mêmes servent de lentilles gravitationnelles miniatures. De tels alignements doivent être précis et ne durer que quelques heures.

L'enquête de microlentille de WFIRST surveillera 100 millions d'étoiles pendant des centaines de jours et devrait en trouver environ 2, 500 planètes, avec un nombre important de planètes rocheuses dans et au-delà de la région où l'eau liquide peut exister. Cette méthode de détection des planètes est suffisamment sensible pour trouver des planètes plus petites que Mars, et révélera des planètes en orbite autour de leurs étoiles hôtes à des distances allant de plus près que Vénus à au-delà de Pluton.

Ces résultats feront de WFIRST un compagnon idéal pour des missions telles que Kepler de la NASA et le prochain Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), qui sont les mieux adaptés pour trouver des planètes plus grandes en orbite plus près de leurs étoiles hôtes. Ensemble, les découvertes de ces trois missions permettront de compléter le recensement des planètes au-delà de notre système solaire, nous aidant à apprendre comment les planètes se forment et migrent dans des systèmes comme le nôtre. Les données combinées de ces missions donnent un aperçu des planètes dans la zone critique connue sous le nom de zone habitable, la distance en orbite d'une étoile hôte qui permettrait à la surface d'une planète d'abriter de l'eau liquide et potentiellement de la vie.

WFIRST comportera également un instrument de démonstration de la technologie du coronographe conçu pour imager directement les exoplanètes en bloquant la lumière d'une étoile, permettant d'observer les planètes beaucoup plus faibles. En tant que premier coronographe avancé de la NASA dans l'espace, ce sera 1, 000 fois plus capable que n'importe quel autre vol précédemment. Il s'agit d'une étape clé vers les futures missions d'imagerie directe qui étudieront les planètes véritablement semblables à la Terre découvertes à proximité. L'instrument sera capable d'imager des planètes géantes gazeuses en orbite autour d'étoiles matures semblables au Soleil, permettant aux scientifiques de les étudier d'une manière qui n'était pas possible auparavant. Les scientifiques espèrent utiliser le coronographe pour déterminer les propriétés importantes de ces planètes, comme leur composition atmosphérique.

WFIRST servira d'outil important pour la communauté scientifique grâce à ses programmes d'observation générale et d'analyse de données d'archives. Toutes les données WFIRST seront accessibles au public immédiatement après le traitement et la livraison aux archives. Aussi, en soumettant des propositions dans le cadre du programme concurrentiel, les scientifiques du monde entier pourront utiliser l'observatoire pour étudier le cosmos à leur manière, des exoplanètes les plus proches aux amas de galaxies lointaines.

La mission viendra compléter d'autres missions qui devraient opérer au cours de la prochaine décennie, notamment le télescope spatial James Webb, lancement prévu en 2019. Webb fournit un aperçu détaillé des objets rares et intéressants, tandis que WFIRST jettera un regard large sur l'univers. WFIRST viendra également compléter de nouveaux observatoires au sol tels que le Large Synoptic Survey Telescope (LSST) actuellement en développement. En combinant les données de WFIRST et LSST, les scientifiques pourront voir l'univers dans neuf longueurs d'onde différentes, des données qui fourniront la vue grand angle la plus détaillée de l'univers à ce jour.

En mettant au point une gamme de technologies innovantes, WFIRST servira de mission polyvalente, fournir une vue d'ensemble de l'univers et nous aider à répondre à certaines des questions les plus profondes de l'astrophysique, comme la façon dont l'univers a évolué pour devenir ce que nous voyons aujourd'hui, son destin ultime et si nous sommes seuls.

"En construisant ce télescope, nous permettons une richesse de la science et la capacité de répondre à ce genre de questions, " a déclaré Spergel. " C'est profondément intéressant non seulement pour les scientifiques, mais quiconque regarde le ciel et s'émerveille."