Bientôt 99 télescopes de plus entre le VLT et l’ELT 

Lorsque des particules cosmiques de très haute énergie percutent l’atmosphère terrestre, le choc de la collision est dissipé sous forme d’une douche de lumière bleue, arrosant le sol sur une centaine de mètres de diamètre. Le phénomène, baptisé effet Tcherenkov, est fascinant, car ces particules ont parfois voyagé pendant des dizaines de millions d’années avant de finir ainsi leur course chez nous. Pour détecter de tels événements, les physiciens disposent déjà du plus grand télescope optique du monde : Hess II, en Namibie (ici en vidéo). Il est équipé d’un miroir de 28 m de diamètre, et secondé par les quatre télescopes de 15 m (Hess I). Cette infrastructure est déjà impressionnante, mais elle fait presque office de miniature lorsque l’on compare au futur CTA (Cherenkov Telescope Array).

Pour étudier plus finement l’effet Tcherenkov, les 118 télescopes de CTA vont être répartis sur deux sites. « Nous prévoyons de débuter la construction en 2018, avec des premières observations en 2021 et un système complet d’ici 2024 ou 2025 », explique Werner Hofmann, du Max Plank Institute. « Le budget est en cours de consolidation pour financer l’ensemble du projet, mais nous avons déjà atteint le seuil permettant de réaliser un observatoire bien supérieur à tout ce qui existe aujourd’hui dans ce domaine », ajoute le chercheur.

Présentation du Cherenkov Telescope Array Observatory. © CTA

La majorité des instruments seront installés au Chili, entre le Very Large Telescope et le futur ELT (lire plus bas). « En tout sur ce site, 25 télescopes de 12 m seront construits, 4 de 23 m comparables à Hess 2, et 70 de 4 m », détaille Werner Hofmann. Les enjeux scientifiques du CTA sont de premier plan, comme le précise l’astrophysicien : « Si la matière noire est faite de particules d’un type nouveau, avec des énergies de plusieurs téraélectronvolts, nous avons une chance de les détecter au centre de la Voie lactée. L’observation des rayons gamma, quant à elle, va nous permettre de sonder le voisinage de trous noirs et d’étoiles à neutrons. »

Un télescope spatial de 16 m !

Alors que le JWST est toujours au sol, la Nasa songe déjà à un nouveau géant spatial. Luvoir (Large UV Optical Infrared Surveyor) fait partie du Decadal Survey, qui vise à choisir le projet majeur de l’agence américaine pour la prochaine décennie. Son miroir de 8 à 16 m de diamètre sera capable de photographier une planète similaire à la Terre à une distance de 30 années-lumière.

Lancé en 2016, le Decadal Survey a retenu quatre projets et les a financés pour évaluer leur faisabilité. « Cet exercice consiste à développer le concept de la future mission avec autant de détails que possible », explique Debra Fischer de l’université Yale, membre de l’équipe de Luvoir.

Il est intéressant de noter que le Decadal Survey compte un projet comparable : l’Origine Space Telescope (OST), de 8 à 15 m de diamètre. Mais la comparaison s’arrête là. Luvoir est pensé comme un observatoire polyvalent, dans la lignée de Hubble et du JWST, alors que l’OST est plutôt le successeur du satellite infrarouge Herschel des Européens — le plus grand télescope spatial envoyé dans l’espace avec son miroir de 3,5 m. D’autre part, alors que l’OST sera placé loin de notre planète, au point de Lagrange, Luvoir restera en orbite terrestre. « Cela permet d’envoyer des astronautes pour le réparer afin qu’il puisse fonctionner plusieurs décennies », souligne Debra Fischer.

Mais la Nasa devra trouver la solution pour construire un télescope spatial géant sans retomber dans le travers du JWST : un dépassement budgétaire colossal. « Chacun des projets du Decadal Survey doit faire l’objet d’un chiffrage par l’industrie aérospatiale, afin d’identifier les points où les coûts risquent de s’envoler. Il faut aussi évaluer ces coûts au regard de la durée de la mission et des retombées scientifiques — des décennies dans le cas de Luvoir », souligne Debra Fischer. 

ELT, TMT, GMT : la course des géants

Une nouvelle génération de télescopes géants sort de terre. L’Europe est à la pointe dans ce domaine avec l’Extremely Large Telescope (ELT), qui doit voir le jour à 30 km du Very Large Telescope. Avec son miroir de 39 m, l’ELT deviendra au début des années 2020 le plus grand télescope optique du monde et conservera cette suprématie sans doute pendant de nombreuses années. Son seul concurrent réel est le Colossus de 74 m, mais ce projet n’est pas financé et n’existera au mieux qu’en 2030.

Les caractéristiques de l’ELT sont déjà vertigineuses : il sera composé d’une mosaïque de 798 miroirs hexagonaux de 1,4 m de diamètre chacun ! De nombreux défis sont associés au projet. La technologie des miroirs segmentés n’a jamais été utilisée à l’ESO et elle est difficile à maîtriser. L’instrument doit également être couplé avec une optique adaptative pour corriger la turbulence atmosphérique. Or, plus le télescope est grand, et plus la correction est difficile, mais l’Europe est à la pointe dans ce domaine.

Présentation de l’Extremely Large Telescope. © ESO

Le géant est attendu pour 2024. Il arrivera probablement après le Giant Magellan Telescope. Ce projet mené par les Américains avec le Brésil, la Corée et l’Australie est constitué d’une mosaïque en forme de fleur de 7 miroirs de 8 m. Il fera ainsi 24,5 m de diamètre en tout et pourrait débuter ses observations dès 2021. Une réserve cependant : ses instruments ne sont pas encore financés, et des retards sont donc probables de ce côté-là. En revanche, certains de ses miroirs sont déjà fabriqués et le chantier au Chili à Las Campanas est déjà bien avancé.

L’autre concurrent de l’ELT est le Thirty Meter Telescope, piloté par les États-Unis avec le soutien de l’Inde, de la Chine, du Japon et du Canada. Ce 30 m devait être construit en 2022 à Hawaï. Après des tribulations juridiques, son installation sur l’île a été annulée en 2015 avant d’être validée à nouveau en 2017. La situation reste néanmoins très tendue, si bien que le consortium envisage aussi une construction aux Canaries. Il est fort probable que le projet ait un à deux ans de retard de ce fait.

Avec TAO, le Japon se place au plus haut

TAO (Tokyo Atacama Observatory) va devenir le télescope le plus haut du monde. Il est actuellement en cours de construction au Chili, au-dessus de l’observatoire Alma, à 5600 m d’altitude ! Pourquoi aller aussi haut ? Pour observer le ciel dans l’infrarouge, car à cette altitude-là, il n’y a presque plus de vapeur d’eau pour bloquer ce type de rayonnements. Ce choix du Japon est astucieux. Avec un diamètre de 6,5 m comme le JWST, TAO aura une résolution identique à celui-ci dans l’infrarouge (7-27 µm). Mais surtout il pourra observer des longueurs d’onde encore supérieures, entre 27 et 37 µm. Un positionnement judicieux, car ce domaine n’est accessible qu’au télescope Sophia aéroporté dans un 747, plus petit (3,5 m) et qui n’observe pas toutes les nuits en raison de ses coûts d’exploitation.

La résolution du télescope sera de 1,2” à 30 µm de longueur d’onde — une valeur difficile à dépasser, car la résolution dépend de la longueur d’onde de la lumière. Plus on va vers l’infrarouge, et plus la résolution du télescope diminue. Prévue fin 2017, sa première lumière a été retardée. Elle aura lieu en 2018, ou au plus tard en 2019. Le miroir et la structure sont déjà fabriqués, mais c’est le chantier sur place qui prend du temps en raison de la difficulté du travail en altitude.

L’EST, un géant pour observer le Soleil

L’European Solar Telescope va être construit entre 2020 et 2025. Son miroir de 4 m de diamètre fera de lui l’un des plus grands télescopes solaires du monde. Monter en diamètre dans ce domaine est un gros défi technique en raison de la quantité de lumière importante et de la turbulence atmosphérique forte en journée. Il faut avoir en tête que le plus grand télescope solaire actuel, au Big Bear Observatory, fait 1,6 m de diamètre. Passer à 4 m constitue donc une vraie rupture technologique. La construction de l’EST est pilotée par un consortium européen, dont fait partie la France, et le télescope sera installé dans les îles Canaries.

Présentation de l’European Solar Telescope. © EST

Malgré les caractéristiques impressionnantes de l’EST, il ne sera pas le plus grand du monde. Les Américains ont en effet un projet concurrent : le Daniel K. Inouye Solar Telescope, doté d’un miroir de 4,2 m. Il sera installé à Hawaï, au sommet du Haleakala. Mise en service attendue : 2019.