La prochaine ère de notre enquête sur le cosmos est sur le point d’être lancée par l’observatoire Vera C. Rubin, un télescope au sol actuellement en construction sur le pic El Penón du Cerro Pachón, dans le nord du Chili. L’observatoire est un projet fédéral géré par la National Science Foundation (NSF) et le US Department of Energy.
Le nouvel observatoire – nommé en l’honneur de l’astronome Vera Rubin – devrait commencer ses opérations en octobre 2023, selon un déclaration publié sur le site de l’Observatoire Rubin. Lorsqu’il sera opérationnel, Rubin permettra aux astronomes de se pencher sur certains des mystères les plus urgents de l’univers.
«Quatre thèmes scientifiques principaux ont guidé notre conception de l’observatoire», explique Vera C. Rubin, directrice Steven Kahn, un astrophysicien de l’Université de Stanford en Californie, a écrit dans un e-mail. « Catalogage de tous les petits objets en mouvement dans le système solaire. Cartographie de la structure et de l’évolution de la Voie lactée. Étude de nombreux types de variabilité stellaire dans le ciel. Et détermination de la nature de matière noire et énergie noire, deux des plus grands mystères de la physique moderne. »
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Kahn a déclaré que l’Observatoire Rubin permettra également d’autres types d’études indépendantes de ces domaines. « Nous nous attendons à ce que l’observatoire fasse de nombreuses découvertes – des choses dont nous ne savions même pas qu’elles existaient auparavant », a déclaré Kahn à All About Space.
Une vision plus large de l’univers
Ces quatre éléments d’enquête seront réunis sous l’égide de la Legacy Survey of Space and Time (LSST), qui a duré une décennie, selon un article du Kavli Institute for Particle Physics and Cosmology, une opération conjointe de l’Université de Stanford et du SLAC National Accelerator Laboratory du Département américain de l’énergie.
Le LSST s’appuiera sur les précédentes études du ciel qui ont formé les piliers de données fondamentaux de l’astronomie pendant de nombreuses années, cartographiant systématiquement l’univers et fournissant des informations qui ont façonné notre compréhension du cosmos.
Aussi impressionnants que ces études passées et les télescopes qui les ont menées, leur vue a été limitée à une infime partie du ciel. C’est l’un des domaines dans lesquels l’Observatoire Vera C. Rubin va vraiment monter la barre.
Initialement nommé le Grand Télescope Synoptic Survey dans sa proposition initiale et dans un article posté en mai 2008 sur le site de pré-impression arXiv.org, la conception de l’instrument principal de l’observatoire – le télescope de sondage Simonyi (SST) – a été guidée par trois maîtres mots: largeur, profondeur et vitesse.
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« L’observatoire Rubin sera très différent de tous les grands télescopes existants », a déclaré Kahn. « La plupart des télescopes sont conçus pour effectuer des enquêtes détaillées sur des objets individuels – étoiles, galaxies et amas de tels objets. Rubin est plutôt conçu pour effectuer une étude d’imagerie profonde du ciel sur tout l’hémisphère sud. »
La clé de cette vue à grand champ est la conception unique à trois miroirs du télescope, qui comprend un miroir primaire de 27,6 pieds de large (8,4 mètres). Cette conception renforce ce que les astronomes appellent l’étendue du système – une qualité qui est le produit de la zone de collecte du miroir principal et du champ de vision de la caméra et décrit la répartition de la lumière dans un système.
« L’observatoire Rubin aura une étendue plus de 10 fois plus grande que toutes les installations précédentes et que toutes les installations actuellement prévues pour le développement ailleurs dans le monde », a déclaré Kahn. « C’est unique au monde dans ce sens. »
Un appareil photo pas comme les autres
Afin d’obtenir une telle étendue, l’équipe de l’observatoire Vera C.Rubin a dû combiner ce système optique inhabituel à trois miroirs avec l’utilisation d’un kit record – le plus grand appareil photo numérique jamais créé. Cette caméra de la taille d’un SUV est également la première au monde à avoir une capacité de 3,2 gigaoctets, selon un communiqué de presse publié par le Laboratoire national des accélérateurs du SLAC en septembre 2020. Une seule image produite par l’appareil photo nécessiterait plus de 350 téléviseurs 4K à afficher.
La caméra prendra une exposition du ciel de 15 secondes toutes les 20 secondes, ce qui lui permettra de capturer environ 10 000 degrés carrés du ciel au cours de trois nuits. Cela donne à l’observatoire la possibilité à la fois de suivre des objets en mouvement comme astéroïdes et enregistrez les changements d’étoiles et d’événements comme supernovas. Le mouvement d’objets proches de la Terre et la vitesse à laquelle les objets comme les étoiles changent se produisent sur une plage de temps extrême. Heureusement, l’observatoire peut surveiller le ciel à des échelles de temps allant de plusieurs années à environ 15 secondes.
L’observatoire Vera C. Rubin offrira également une profondeur sans précédent en observant l’univers dans six bandes optiques différentes, avec des longueurs d’onde allant de 320 à 1 060 nanomètres. Cela couvre la lumière ultraviolette, du spectre de la lumière visible à l’infrarouge. En conséquence, l’observatoire pourra imager certains objets extrêmement faibles manqués par les enquêtes précédentes, selon le magazine Air & Space.
« Rubin obtiendra près de 1 000 images de chaque partie du ciel méridional. En comparant les images prises à des moments différents, nous pouvons détecter tout ce qui bouge dans le ciel et tout ce qui varie en luminosité », a déclaré Kahn. « En additionnant ces 1 000 images individuelles, nous pouvons obtenir les images les plus profondes de chaque partie du ciel méridional. »
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Comment l’Observatoire Vera C. Rubin traitera-t-il de grandes quantités de données?
Collecter autant d’images très détaillées présente un défi majeur, car cela représente une énorme quantité de données à traiter – environ 20 téraoctets chaque nuit. Ainsi, l’Observatoire Vera C. Rubin a besoin d’une autre révolution rien que pour traiter cette richesse d’informations.
«Nous avons également dû développer la technologie pour traiter toutes ces données, les stocker et permettre aux scientifiques de les interroger afin de mener leurs enquêtes», a déclaré Kahn. « Tout cela était nouveau et est au-delà de l’état de l’art. »
Pour Kahn, une partie de la beauté du projet est que personne ne sait vraiment ce qui sera découvert dans les données qu’il fournit. «Nous ne savons pas ce que nous trouverons», a-t-il déclaré. « C’est la raison d’être de la construction de l’expérience en premier lieu. »
Kahn sait une chose avec certitude: l’impact que cela aura sur l’astronomie est énorme. « Rubin détectera et cataloguera quelque chose comme 20 milliards de galaxies, ce qui signifie que pour la première fois, nous connaîtrons plus de galaxies qu’il n’y a de personnes sur Terre. »
Ce nombre représente à peu près10% de toutes les galaxies estimées exister dans l’univers observable. « Ce sera une réalisation humaine remarquable de pouvoir faire un tel enregistrement de notre univers de cette manière, équivalent à certains égards à certaines des premières cartes jamais réalisées de la Terre entière », a déclaré Kahn à All About Space. «C’est très excitant de faire partie de ce projet.
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