L'univers infrarouge

Plus de choses dans les cieux: comment l'astronomie infrarouge élargit notre vision de l'univers Michael Werner et Peter Eisenhardt Princeton University Press (2019)

L'astronomie infrarouge a révélé un cosmos dynamique. En exploitant le rayonnement infrarouge (rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est supérieure à celle de la lumière visible), les astronomes peuvent étudier le gaz interstellaire et les grains de poussière qui s'y propagent, la naissance et la mort d'étoiles, la formation de planètes et l'éclosion de monstres lors de la collision de galaxies. . Lorsque William Herschel a utilisé un thermomètre pour découvrir le rayonnement au-delà de l'extrémité rouge du spectre visible en 1800, le champ s'est développé lentement. Vers le milieu ou la fin du XXe siècle, il avait pris toute son ampleur, passant d’observations au sol à des télescopes aériens, puis spatiaux.

Dans Plus de choses dans les cieux, Michael Werner et Peter Eisenhardt se concentrent sur le télescope spatial Spitzer, la mission de la NASA lancée en 2003, sur laquelle ils travaillent tous les deux depuis des décennies. Ils arborent sans vergogne le drapeau pour ses exploits, de l’imagerie de planètes naines du système solaire externe à la détection des galaxies les plus lointaines de l’Univers.

Spitzer, du nom de l'astrophysicien américain Lyman Spitzer (1914-1997), est un télescope de 85 centimètres capable de se refroidir passivement dans l'espace à 26 ° C au-dessus du zéro absolu (26 kelvin); un cryostat à l'hélium refroidit ensuite ses trois instruments à 1,2 kelvin. Ces instruments sont la caméra matricielle infrarouge, le photomètre d'imagerie multibande et le spectrographe infrarouge. Lancé sur une orbite inhabituelle du Soleil, traînant derrière la Terre, Spitzer se trouve maintenant aux deux tiers du chemin menant de l’autre côté de l’orbite de notre planète.

Spitzer n’est que l’un des six télescopes à infrarouge ayant fait ses débuts entre 1983 et 2009. (J’ai eu la chance d’être impliqué dans cinq d’entre eux, soit en tant que membre de l’équipe scientifique de la mission ou d’un des instruments, soit en tant que co-responsable des principaux programmes d’enquêtes.) Le premier était le satellite infrarouge astronomique (IRAS), lancé en 1983 sous la forme d’un projet conjoint des États-Unis, des Pays-Bas et du Royaume-Uni. Viennent ensuite l’observatoire spatial infrarouge de l’Agence spatiale européenne (ESA) (1995), l’Akari du Japon (2006), l’observatoire spatial Herschel de l’ESA (2009) et l’explorateur d’investigation infrarouge à champ large de la NASA (WISE, 2009).

À certains égards, Spitzer a été le plus remarquable. Comme le notent Werner et Eisenhardt, il a fallu 32 ans pour atteindre la rampe de lancement. Proposée à l'origine en 1971 en tant que mission basée sur la navette spatiale, cinq ans avant la conception de la mission pionnière de surveillance en vol libre IRAS, Spitzer a entamé une saga de compressions de fonds, d'annulations et de réductions de la portée. Pourtant, l’équipe scientifique, y compris les auteurs, a persisté et a mené à bien le projet. Peut-être parce que la voie byzantine de Spitzer à travers le système de la NASA a été décrite de manière frappante par George Rieke dans son livre de 2006 Le dernier des grands observatoires, Werner et Eisenhardt le relèguent à l’annexe. Ce faisant, ils manquent une occasion de partager une partie de la douleur et du triomphe.

La deuxième caractéristique inhabituelle de Spitzer est qu’en 2009, à la fin de sa mission nominale et lorsque son liquide de refroidissement était épuisé, il est entré dans une «mission étendue». Bien que la plupart de ses instruments ne puissent plus fonctionner, les deux caméras les plus courtes de la caméra infrarouge ont continué de fonctionner à une température de 26 kelvin. Ils y vont encore.

Ce qui a été accompli au cours de cette décennie supplémentaire, lié Plus de choses dans les cieux, a été une révélation complète pour moi. Le plus remarquable est ce que Spitzer a révélé sur les exoplanètes, les objets extérieurs du système solaire et les disques de poussière et de débris qui gravitent autour des étoiles, à l’instar de la ceinture de Kuiper du système solaire. IRAS a d'abord détecté des disques autour d'autres étoiles en 1983, mais Spitzer a considérablement élargi notre compréhension de leur lien avec la formation de la planète. Plus de 140 objets de ceinture de Kuiper similaires à Pluton ont été trouvés, et 45 imagés par Spitzer.

Les sections traitant de ces sujets, et du système solaire externe et des comètes, sont les plus originales. une grande partie du matériel est relativement nouvelle. Les points forts de 2014 à 2017 uniquement incluent l'imagerie et la détermination de la masse d'un astéroïde proche de la Terre, ainsi que la détection d'une exoplanète en mesurant l'impact de sa gravité sur la lumière émise par une étoile en arrière-plan. Werner et Eisenhardt discutent également des connaissances tirées d'observations infrarouges de la Voie lactée, des galaxies voisines appelées les nuages ​​de Magellan, et d'autres. Après un lourd chapitre sur le nombre de galaxies dans l’infrarouge, apparaissent quasars et noyaux galactiques actifs, amas galactiques, l’histoire de la formation des étoiles et, enfin, le rôle de Spitzer dans l’estimation du décalage vers le rouge des galaxies les plus éloignées, un exploit remarquable pour un télescope de cette taille.

Werner et Eisenhardt mentionnent également que la NASA a consacré une grande partie du temps d’observation de la première année de Spitzer à six «grands programmes destinés à laisser un héritage scientifique durable. Celles-ci couvraient un large éventail d'objectifs scientifiques. GLIMPSE, par exemple, était une étude de la voie lactée, tandis que SWIRE, COSMOS et GOODS ont exploré l’univers extragalactique à différentes profondeurs. À mon avis, cette approche éclairée a été maintenue tout au long de la mission: plus de 30 programmes hérités ont finalement été approuvés. Cependant, il y a peu de récapitulation systématique de ces cas ici.

Le titre du livre fait référence à la déclaration de Hamlet dans la pièce éponyme de William Shakespeare: "Il y a plus de choses dans les cieux et la terre, Horatio, que ce dont votre philosophie a rêvé." Il y a aussi plus de choses dans l'histoire de l'astronomie infrarouge qu'apparaissent ici. Les contributions d’autres missions et les efforts déployés sur le terrain ont tendance à être mentionnés au passage. J'aurais peut-être préféré en savoir un peu plus sur le travail théorique qui donne un sens aux observations de Spitzer. Et le lecteur général pourrait trouver les nombreux diagrammes scientifiques perplexes.

Spitzer mérite cependant un compte-rendu détaillé et faisant autorité de ses succès, et Plus de choses dans les cieux est juste que. Eisenhardt était également membre de l'équipe scientifique de la mission WISE, lancée en décembre 2009. Werner, en revanche, a consacré toute sa carrière scientifique à Spitzer et mérite de se réjouir de son succès.