Avec le récent lancement du Satellite de sondage sur les exoplanètes en transit (TESS) - qui a eu lieu le mercredi 18 avril 2018 - une grande attention a été accordée aux télescopes spatiaux de nouvelle génération qui prendront place dans l'espace dans les années à venir. Cela comprend non seulementTélescope spatial James Webb, dont le lancement est actuellement prévu en 2020, mais d'autres engins spatiaux avancés qui seront déployés d'ici les années 2030.
Tel était le sujet du récent relevé décennal pour l'astrophysique de 2020, qui comprenait quatre concepts de mission phare qui sont actuellement à l'étude. Lorsque ces missions prendront l’espace, elles reprendront là où Hubble, Kepler, Spitzer et Chandra laissé de côté, mais aura une plus grande sensibilité et capacité. En tant que tels, ils devraient révéler beaucoup plus sur notre univers et les secrets qu'il détient.
Comme prévu, les concepts de mission soumis à l'enquête décennale 2020 couvrent un large éventail d'objectifs scientifiques - de l'observation de trous noirs éloignés et de l'Univers primitif à l'étude des exoplanètes autour des étoiles proches et à l'étude des corps du système solaire. Ces idées ont été minutieusement examinées par la communauté scientifique et quatre ont été sélectionnées comme méritant d'être poursuivies.
Comme Susan Neff, scientifique en chef du programme Cosmic Origins de la NASA, l'a expliqué dans un récent communiqué de presse de la NASA:
«C'est l'heure du match pour l'astrophysique. Nous voulons construire tous ces concepts, mais nous n'avons pas le budget pour faire les quatre en même temps. Le but de ces études décennales est de donner aux membres de la communauté astrophysique la meilleure information possible lorsqu'ils décident quelle science faire en premier. »
Les quatre concepts sélectionnés incluent le Grand géomètre ultraviolet / optique / infrarouge (LUVOIR), un observatoire spatial géant développé dans la tradition de la Le télescope spatial Hubble. En tant que l'un des deux concepts étudiés par le Goddard Space Flight Center de la NASA, ce concept de mission nécessite un télescope spatial avec un miroir primaire segmenté massif mesurant environ 15 mètres (49 pieds) de diamètre.
En comparaison, le JWST‘Le miroir primaire du s (actuellement le télescope spatial le plus avancé) mesure 6,5 m (21 pi 4 po) de diamètre. Tout comme le JWST, le miroir de LUVOIR serait composé de segments réglables qui se déplieraient une fois déployés dans l'espace. Les actionneurs et les moteurs ajusteraient et aligneraient activement ces segments afin d'obtenir la mise au point parfaite et de capturer la lumière des objets faibles et éloignés.
Avec ces outils avancés, LUVOIR serait en mesure d'imager directement des planètes de la taille de la Terre et d'évaluer leurs atmosphères. Comme l'a expliqué le scientifique de l'étude, Aki Roberge:
«Cette mission est ambitieuse, mais découvrir s'il y a de la vie en dehors du système solaire est le prix. Toutes les hautes technologies de technologie sont entraînées par cet objectif ... La stabilité physique, plus un contrôle actif sur le miroir primaire et un coronographe interne (un dispositif pour bloquer la lumière des étoiles) se traduira par une précision du picomètre. Tout est question de contrôle. "
Il y a aussi le Télescope spatial Origins (OST), un autre concept poursuivi par le Goddard Space Flight Center. Tout comme le Télescope spatial Spitzer et le Observatoire spatial Herschel, cet observatoire infrarouge lointain offrirait 10 000 fois plus de sensibilité que n'importe quel télescope infrarouge lointain. Ses objectifs consistent à observer les confins de l'univers, à retracer le chemin de l'eau à travers la formation des étoiles et des planètes et à rechercher des signes de vie dans l'atmosphère des exoplanètes.
Son miroir principal, qui mesurerait environ 9 m (30 ft) de diamètre, serait le premier télescope activement refroidi, gardant son miroir à une température d'environ 4 K (-269 ° C; -452 ° F) et ses détecteurs à une température de 0,05 K. Pour y parvenir, l'équipe OST s'appuiera sur des couches volantes de pare-soleil, quatre cryoréfrigérants et un réfrigérateur de démagnétisation adiabatique continue à plusieurs étages (CADR).
Selon Dave Leisawitz, un scientifique Goddard et un scientifique de l'étude OST, l'OST dépend particulièrement de grands réseaux de détecteurs supraconducteurs qui mesurent des millions de pixels. «Lorsque les gens posent des questions sur les lacunes technologiques dans le développement du télescope spatial Origins, je leur dis que les trois principaux défis sont les détecteurs, les détecteurs, les détecteurs», a-t-il déclaré. "Tout tourne autour des détecteurs."
Plus précisément, l'OST s'appuierait sur deux nouveaux types de détecteurs: les capteurs de bord de transition (TES) ou les détecteurs d'inductance cinétique (KID). Bien qu'ils soient encore relativement récents, les détecteurs TES arrivent à maturité rapidement et sont actuellement utilisés dans l'instrument HAWC + à bord de l'Observatoire stratosphérique de la NASA pour l'astronomie infrarouge (SOFIA).
Ensuite, il y a le Imageur exoplanète habitable (HabEx) qui est développé par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA. Comme LUVOIR, ce télescope permettrait également d’imaginer directement les systèmes planétaires pour analyser la composition des atmosphères des planètes avec un grand miroir segmenté. De plus, il étudierait les premières époques de l'histoire de l'Univers et le cycle de vie des étoiles les plus massives, éclairant ainsi la formation des éléments nécessaires à la vie.
Comme LUVOIR, HabEx serait en mesure de mener des études dans les longueurs d'onde ultraviolettes, optiques et proche infrarouge, et de bloquer la luminosité d'une étoile parente afin qu'elle puisse voir la lumière se refléter sur les planètes en orbite. Comme l'explique Neil Zimmerman, un expert de la NASA dans le domaine de la coronographie:
«Pour imager directement une planète en orbite autour d'une étoile proche, nous devons surmonter une énorme barrière dans la plage dynamique: la luminosité écrasante de l'étoile contre la faible réflexion de la lumière des étoiles sur la planète, avec seulement un petit angle séparant les deux. Il n'y a pas de solution standard à ce problème car il ne ressemble à aucun autre défi de l'astronomie observationnelle. »
Pour relever ce défi, l'équipe HabEx envisage deux approches, qui incluent des nuances d'étoiles externes en forme de pétale qui bloquent la lumière et des coronographes internes qui empêchent la lumière des étoiles d'atteindre les détecteurs. Une autre possibilité étudiée consiste à appliquer des nanotubes de carbone sur les masques coronographiques pour modifier les motifs de toute lumière diffractée qui passe encore.
Dernier point, mais non le moindre, Arpenteur à rayons X connu comme Lynx en cours de développement par le Marshall Space Flight Center. Des quatre télescopes spatiaux, Lynx est le seul concept qui examinera l'Univers aux rayons X. À l'aide d'un spectromètre imageur à microcalorimètre à rayons X, ce télescope spatial détectera les rayons X provenant de trous noirs supermassifs (SMBH) au centre des premières galaxies de l'Univers.
Cette technique consiste à prendre des photos aux rayons X frappant les absordeurs d'un détecteur et à convertir leur énergie en chaleur, qui est mesurée par un thermomètre. De cette façon, Lynx aidera les astronomes à découvrir comment les premiers SMBH se sont formés. Comme Rob Petre, un membre de l'étude Lynx à Goddard, a décrit la mission:
«Il a été observé que des trous noirs supermassifs existent beaucoup plus tôt dans l'univers que nos théories actuelles ne le prédisent. Nous ne comprenons pas comment de tels objets massifs se sont formés si peu de temps après que les premières étoiles auraient pu se former. Nous avons besoin d'un télescope à rayons X pour voir les tout premiers trous noirs supermassifs, afin de fournir des informations pour les théories sur la façon dont ils auraient pu se former. »
Quelle que soit la mission finalement choisie par la NASA, l'agence et les centres individuels ont commencé à investir dans des outils avancés pour poursuivre de tels concepts à l'avenir. Les quatre équipes ont remis leurs rapports intérimaires en mars. D'ici l'an prochain, ils devraient terminer les rapports finaux pour le Conseil national de recherches du Canada (CNRC), qui seront utilisés pour informer ses recommandations à la NASA dans les années à venir.
Comme Thai Pham, le directeur du développement technologique pour le bureau du programme d'astrophysique de la NASA, a indiqué:
"Je ne dis pas que ce sera facile. Ce ne sera pas le cas. Ce sont des missions ambitieuses, avec des défis techniques importants, dont beaucoup se chevauchent et s'appliquent à tous. La bonne nouvelle est que les bases sont en cours de préparation. »
TESS étant désormais déployé et le JWST prévu pour 2020, les enseignements tirés au cours des prochaines années seront certainement intégrés à ces missions. À l'heure actuelle, il n'est pas clair lequel des concepts suivants ira dans l'espace d'ici les années 2030. Cependant, entre leurs instruments avancés et les enseignements tirés des missions passées, nous pouvons nous attendre à ce qu'ils fassent de profondes découvertes sur l'Univers.
