Les scientifiques du Consortium Euclid ont sélectionné trois zones du ciel extrêmement sombres qui feront l'objet des observations les plus approfondies de la mission, visant à explorer des objets faibles et rares dans l'Univers. La position des Euclide Deep Fields – un dans le ciel nord et deux dans le ciel sud – a été annoncée la semaine dernière, lors de la réunion annuelle du consortium à Helsinki, Finlande.

Avec un lancement prévu en 2022, La mission Euclid de l'ESA fait de grands progrès tant sur le plan matériel que sur les préparatifs scientifiques. Une fois dans l'espace, Euclid étudiera une partie importante du ciel et imagera des milliards de galaxies à travers l'Univers pour étudier les dix derniers milliards d'années de notre histoire cosmique.

La plus grande partie des observations de la mission sera consacrée à l'enquête à grande échelle d'Euclide, couvrant environ 15 000 degrés carrés - plus d'un tiers du ciel entier - avec une combinaison sans précédent de netteté et de sensibilité.

Les observations permettront aux scientifiques d'étudier deux phénomènes cosmologiques :l'évolution de la façon dont les galaxies se regroupent au cours des 10 derniers milliards d'années, et la distorsion des images des galaxies due à la présence de matière ordinaire et noire intervenant entre elles et nous, un effet appelé lentille gravitationnelle. Ces deux phénomènes répondent à l'objectif scientifique clé de la mission :se plonger dans l'histoire de l'expansion de l'Univers et caractériser l'accélération de cette expansion au cours des derniers milliards d'années, quelque chose que l'on pense être causé par la mystérieuse énergie noire.

En outre, environ 10 % du temps d'observation d'Euclide sera consacré à un levé en profondeur, observant à plusieurs reprises seulement trois zones du ciel :les champs profonds d'Euclide. Le temps restant sera consacré aux étalonnages dédiés des deux complexes d'Euclide, instruments très sensibles - l'imageur visible, VIS, et le spectrophotomètre proche infrarouge, NISP.

Les trois champs ont été soigneusement sélectionnés pour contenir une quantité minimale d'étoiles brillantes de la Voie lactée – qui « éclipsent » les sources faibles comme les galaxies lointaines ; de particules de poussière du milieu interstellaire de la Voie lactée - qui obscurcit la lumière de faible, sources éloignées; et de la soi-disant lumière zodiacale - la lueur diffuse de la poussière dans le système solaire, ce qui affecte la sensibilité des observations.

Avec une superficie cumulée de 40 degrés carrés, équivalent à un peu plus de 200 fois l'empreinte de la pleine lune dans le ciel, les champs profonds d'Euclide couvrent une partie de la sphère céleste qui, bien que beaucoup plus petit que le vaste sondage de la mission, est encore assez remarquable pour une enquête approfondie.

"Le choix des Euclide Deep Fields a été un processus complexe en raison de nombreuses contraintes instrumentales et scientifiques, et nous sommes très satisfaits de cette solution qui a été récemment approuvée par la communauté scientifique Euclid, " a déclaré Roberto Scaramella de l'Institut national d'astrophysique en Italie, Euclid Survey Scientist et responsable du Euclid Consortium Survey Group.

La sélection des domaines a été présentée le 4 juin lors de la réunion annuelle du Consortium Euclid, qui est dirigé par Yannick Mellier de l'Institut d'Astrophysique de Paris, La France, et comprend 1500 scientifiques de toute l'Europe, les États-Unis et le Canada.

L'un des trois champs, le champ profond d'Euclide Nord, avec une aire de 10 degrés carrés, est situé très près du pôle écliptique nord, dans la constellation Draco, le dragon. La proximité du pôle écliptique assure une couverture maximale tout au long de l'année; la position exacte a été choisie pour obtenir un chevauchement maximal avec l'un des champs profonds étudiés par le cheval de bataille infrarouge de la NASA, le télescope spatial Spitzer.

Les deux autres champs sont situés dans le ciel austral. Le défi consistait à sélectionner une région aussi proche que possible du pôle écliptique sud, qui offrirait la meilleure couverture, tout en évitant les sources lumineuses dans cette zone, qui abrite le Grand Nuage de Magellan, l'un des voisins galactiques de notre Voie Lactée.

L'Euclide Deep Field Fornax, s'étendant également sur 10 degrés carrés, est situé dans la constellation australe de Fornax, La fournaise. Il englobe le Chandra Deep Field South, beaucoup plus petit, une région du ciel de 0,11 degré carré qui a été largement étudiée au cours des deux dernières décennies avec les observatoires à rayons X Chandra de la NASA et XMM-Newton de l'ESA, ainsi que le télescope spatial NASA/ESA Hubble et les principaux télescopes au sol.

Le troisième et le plus grand des champs est le champ profond d'Euclide Sud, couvrant 20 degrés carrés dans la constellation australe de l'Horloge, l'horloge à pendule. Ce fut le plus complexe des trois à sélectionner pour diverses raisons techniques, prenant également en compte les capacités des futurs télescopes terrestres à grand champ comme le Large Synoptic Survey Telescope. Ce domaine n'a été couvert à ce jour par aucune étude du ciel profond et a donc un énorme potentiel pour de nouvelles, découvertes passionnantes.

"Nous sommes convaincus que les champs profonds d'Euclide deviendront une cible privilégiée dans les années à venir pour les observations multi-longueurs d'onde par de nombreux télescopes au sol et dans l'espace, et, espérons-le, deviendra aussi utile et renommé que d'autres champs profonds célèbres étudiés dans le passé, " ajoute Scaramella.

Contrairement aux quelque 30 000 observations en une seule visite qui sont nécessaires pour couvrir l'enquête à grande échelle d'Euclide, chacun ciblant un champ légèrement à l'écart de l'autre et avec seulement un chevauchement minimal, le satellite effectuera plusieurs visites dans les champs profonds d'Euclide. Chaque champ de profondeur est observé au moins 40 fois pour découvrir des sources jusqu'à deux magnitudes plus faibles que dans l'enquête large.

L'enquête profonde d'Euclide a une double fonction :tandis que, d'une part, il fournit un ensemble de données précis pour valider l'analyse cosmologique principale basée sur l'enquête large, de l'autre, retourner plusieurs fois dans les mêmes parties du ciel est également essentiel à des fins de surveillance de la stabilité et d'étalonnage tout au long de la mission.

Les trois champs profonds offrent une fenêtre pour examiner de grandes quantités de galaxies, en revenant à l'époque où les premières étoiles et galaxies se sont formées, qui s'est produit au cours du premier milliard d'années de l'histoire de l'Univers. En raison de l'expansion cosmique, la lumière émise par ces galaxies est décalée vers l'infrarouge, ils sont donc mieux détectés aux longueurs d'onde infrarouges, qui sont difficilement accessibles depuis le sol en raison de l'atmosphère terrestre. L'obtention de données comparables au levé profond d'Euclide depuis le sol nécessiterait plusieurs dizaines d'années d'observation continue à partir des meilleures installations dans le proche infrarouge.

Ensemble, la surface cumulée relativement grande de 40 degrés carrés, la profondeur de l'enquête et les capacités d'imagerie et de spectroscopie d'Euclide dans l'infrarouge maximisent les chances de découvertes de l'enquête en profondeur. L'enquête détectera plusieurs centaines de milliers de galaxies par degré carré; dans le cas des sources les plus éloignées (avec redshift supérieur à six, correspondant aux époques cosmiques où l'Univers avait moins d'un milliard d'années) les estimations du taux de détection varient entre quelques dizaines à quelques centaines au plus de sources par degré carré, l'incertitude étant si élevée en raison des statistiques médiocres des données d'observation existantes. Cela va changer avec Euclide, qui peut étudier une zone de cette taille dans un temps beaucoup plus court que ce qui serait nécessaire pour Hubble ou même le futur télescope spatial James Webb NASA/ESA/CSA.

Les détections du sondage en profondeur d'Euclide constituent des cibles intéressantes pour les observations de suivi avec les futures installations telles que le télescope spatial James Webb, lancement prévu en 2021, le télescope extrêmement grand (ELT) de l'Observatoire européen austral (ESO) en cours de construction au Chili, et les radiotélescopes de nouvelle génération comme le Square Kilometer Array (SKA) qui seront installés en Afrique du Sud et en Australie dans les années 2020. L'observation répétée des champs profonds d'Euclide permettra également la découverte et l'analyse de sources dont la luminosité et les propriétés varient dans le temps.

Actuellement, des programmes sont en cours pour observer des parties des champs profonds d'Euclide avec Spitzer et plusieurs télescopes au sol :Keck, Subaru, le Gran Telescopio Canarias (GTC) et le Very Large Telescope (VLT) de l'ESO. L'enquête approfondie d'Euclide permettra une multitude d'enquêtes passionnantes et inattendues, en particulier lors de la combinaison des données avec des enquêtes indépendantes des mêmes domaines à mener à l'aide d'autres observatoires de pointe qui seront disponibles dans un proche avenir. Il s'agit notamment du télescope à rayons X eROSITA dirigé par l'Allemagne, devrait être lancé plus tard ce mois-ci, et le Large Synoptic Survey Telescope dirigé par les États-Unis, actuellement en construction au Chili, et le futur observatoire spatial proche infrarouge de la NASA, SPHEREx.

« La sélection des Euclide Deep Fields est un moment important pour la mission, en anticipant de nombreuses découvertes à venir, " a commenté René Laureijs, Scientifique du projet Euclid à l'ESA.

« Si nous regardons ces parcelles du ciel à l'œil nu, ils paraissent assez ternes car ils sont littéralement vides, dépourvu de sources lumineuses à proximité, et nous sommes impatients de voir ce qu'Euclide révélera une fois qu'il aura posé les yeux sur ces fenêtres sombres de notre passé cosmique."