Le télescope spatial Planck, le sondeur cosmique

• Lancement : 14 mai 2009
• État : Mission terminée

La mission du satellite Planck est la première mission européenne vouée à l'étude de la naissance de l'Univers. Planck a été lancé conjointement avec l'Observatoire spatial Herschel à bord d'une fusée Ariane 5, le 14 mai 2009. Ce satellite est le télescope le plus sensible jamais conçu pour étudier le rayonnement cosmique de fond, c'est-à-dire les résidus du rayonnement issu du Big Bang qui s'est produit il y a 13,8 milliards d'années. Le télescope Planck mesure la température du rayonnement fossile cosmologique et cherche des régions légèrement plus chaudes ou plus froides que la moyenne. Ces faibles fluctuations de température, nommées anisotropies, seraient à l'origine des galaxies qui existent aujourd'hui.

Le télescope spatial Planck fournira aux astronomes un aperçu des conditions qui régnaient au tout début de l'Univers. L'objectif de la mission est d'aider à répondre à certaines des grandes questions de la science moderne : comment l'Univers s'est-il formé, comment a-t-il évolué jusqu'à sa forme actuelle et quelle forme prendra-t-il dans l'avenir? Les scientifiques espèrent ainsi établir quelle théorie explique le mieux l'origine de l'ensemble des structures cosmiques.

Les professeurs J. Richard Bond de l'Université de Toronto et Douglas Scott de l'Université de la Colombie-Britannique codirigent une équipe scientifique canadienne qui joue un rôle prépondérant au sein de la collaboration Planck. Le professeur Bond est membre du corps professoral de l'Institut canadien d'astrophysique théorique (CITA) et dirige le programme Cosmologie et gravité de l'Institut canadien de recherches avancées (ICRA). L'équipe comprend également des astrophysiciens de l'Université de Toronto, de l'Université de l'Alberta, de l'Université Laval et de l'Université McGill.

Planck révèle des richesses cachées du cosmos

Des astronomes canadiens contribuent à la création d'un relevé sans précédent de l'Univers

En exploitation depuis moins de deux ans, le télescope spatial Planck a découvert en abondance des objets étranges et mystérieux, éparpillés dans tout l'Univers, qui occupera les astronomes pendant bien des années.

Des Canadiens font partie d'une équipe scientifique internationale qui étudie avec minutie un nouveau relevé de la totalité du ciel effectué par Planck dans le domaine des micro ondes. Il s'agit d'une mission lancée en 2009 par l'Agence spatiale européenne (ESA) et appuyée par l'Agence spatiale canadienne (ASC). L'équipe a constitué un catalogue unique de milliers de nouveaux objets, dont la taille varie entre les deux extrêmes, des plus grandes structures de l'Univers – des amas de galaxies – aux plus petites – la poussière froide, les éléments de base qui aident à créer les nouvelles générations d'étoiles.

La mission de Planck consiste à capter la chaleur qui a émané de la naissance de notre Univers, appelée rayonnement cosmique fossile. Cette lumière ancienne est considérée comme l'écho du rayonnement du Big Bang qui s'est affaibli et qui s'est décalé vers les portions de l'infrarouge et des micro-ondes du spectre.

La très grande sensibilité de Planck aux micro-ondes lui a permis de détecter 189 gigantesques amas de galaxies, dont 20 qui n'avaient jamais été observés auparavant. Lorsque cette ancienne onde de choc, provoquée par le rayonnement dans les micro-ondes, traverse un amas de galaxies, il se produit un décalage des niveaux d'énergie de ce rayonnement qui laisse une signature spectrale distincte que Planck peut voir. On s'attend maintenant à ce que cette nouvelle technique de repérage mène à la découverte de milliers d'autres amas, ce qui pourrait nous permettre de mieux comprendre la structure et l'évolution générales de l'Univers.

En cartographiant le ciel dans les longueurs d'onde les plus longues qui soient (au-delà de ce que peut percevoir l'œil humain), Planck nous donne un inventaire détaillé et inédit d'une grande variété de structures d'avant-plan – de la matière cosmique qui se trouve devant ce rayonnement fossile émis il y a environ 13 milliards d'années.

Parmi les découvertes les plus singulières : des particules de poussière qui tournent sur elles-mêmes à une vitesse vertigineuse et qui sont éparpillées dans les régions de formation stellaire de la Voie lactée et des galaxies satellites voisines. Non seulement ces particules émettent-elles un rayonnement micro-ondes mais, comme la plupart des autres types de poussière observés jusqu'ici, elles produisent également des ondes radio en tournant. Les astronomes tentent maintenant de comprendre comment les plus petites particules de poussière dans l'Univers, qui ne sont composées que de 10 à 50 atomes, peuvent tourner sur elles-mêmes 10 milliards de fois à la seconde!

Une autre découverte de Planck étonne les astronomes. Le télescope a détecté des « gaz sombres », un type de gaz moléculaires qui se trouvent en périphérie de gigantesques nuages moléculaires dans la Voie lactée. Les gaz sombres peuvent avoir une incidence sur la formation et l'évolution des galaxies.

Dans le cadre de l'étude la plus détaillée jamais entreprise de la poussière froide dans la Voie lactée et ses environs, le télescope Planck a également catalogué près d'un millier d'amas de gaz et de poussière, baptisés « noyaux froids », éparpillés dans notre voisinage stellaire. Les noyaux froids, qui sont les objets les plus froids de l'Univers, sont des pouponnières stellaires en devenir et, à ce titre, ils joueront un rôle clé dans notre compréhension des premiers instants de la naissance des étoiles.

« Nous n'avions encore jamais pu sonder l'intégralité du ciel à ces fréquences et avec une telle résolution », a déclaré Douglas Scott, professeur de l'Université de la Colombie Britannique et chercheur canadien de la mission Planck. « Il existe littéralement des milliers d'objets que nous observons pour la première fois et, dans bien des cas, nous ne savons pas exactement de quoi il s'agit ».

La mission du télescope spatial Planck, dirigée par l'ESA, compte également sur des contributions de l'ASC. L'ASC finance deux équipes canadiennes de chercheurs qui collaborent aux travaux scientifiques de Planck et qui ont participé au développement de ses deux instruments scientifiques, soit l'Instrument à basses fréquences (LFI) et l'Instrument à hautes fréquences (HFI). Le professeur Douglas Scott, de l'Université de la Colombie-Britannique, dirige l'équipe du LFI, tandis que l'équipe du HFI est dirigée par le professeur J. Richard Bond de l'Université de Toronto.

Cartographier le ciel avec Planck

Planck mesure 4,2 mètres de haut et possède un miroir primaire de 1,5 mètre de diamètre. En tout, le satellite pèse 1 900 kilogrammes. Durant les 15 mois que durera la mission planifiée, les deux instruments à bord de Planck recevront les rayonnements captés par le miroir pour en faire l'analyse. L'instrument à basses fréquences (LFI) et l'instrument à hautes fréquences (HFI) agiront ensemble pour analyser la lumière recueillie lors des deux sondages complets du ciel dans le domaine des hyperfréquences. Ces deux caméras couvrent des domaines du spectre lumineux différents. Le LFI fonctionnera comme une radio à transistors et le HFI convertira le rayonnement électromagnétique en chaleur pour une analyse subséquente. Le satellite est en orbite autour du deuxième point de Lagrange (un point stable situé à 1,5 million de kilomètres de la Terre) et est maintenu à une température s'approchant du zéro absolu.

Le Canada a participé au développement du LFI et du HFI, les deux instruments de Planck, principalement en mettant au point le logiciel d'interprétation rapide et le logiciel d'analyse en temps réel qui permettront de vérifier les données aux étapes préliminaires. Les logiciels d'analyse de données du LFI et du HFI ont été développés en parallèle par deux équipes distinctes à l'Université de la Colombie-Britannique et à l'Université de Toronto. Les deux équipes sont appuyées financièrement par l'ASC.

Le professeur Douglas Scott, de l'Université de la Colombie-Britannique, dirige l'équipe du LFI. L'équipe du HFI est dirigée par le professeur J. Richard Bond de l'Université de Toronto. Les équipes canadiennes travaillent depuis plus de dix ans avec leurs collègues internationaux à la planification de la mission Planck. Elles utiliseront directement les données pour répondre à quelques-unes des plus grandes questions concernant l'Univers.