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Tout juste assemblée, la caméra LSST¹ est désormais prête à être acheminée depuis le SLAC National Accelerator Laboratory aux États-Unis vers l’Observatoire Vera C. Rubin² au Chili où elle sera installée en mai 2024. Dotée de 3,2 milliards de pixels, c’est la plus grande caméra astronomique jamais construite³. Sa conception aura nécessité près de deux décennies et mobilisé plusieurs centaines de scientifiques du monde entier, dont plusieurs équipes du CNRS⁴. Pendant les dix prochaines années, la caméra observera le ciel austral quotidiennement, à raison de 800 clichés par nuit, couvrant chacun une surface équivalente à 40 fois celle de la Lune. Ses deux objectifs : étudier et cartographier en 3D l’Univers observable dit « statique », mais aussi surveiller les phénomènes célestes dits « transitoires ». 

Partenaire historique du CNRS, SLAC a fait appel aux scientifiques de l’organisme afin de participer à l’élaboration du plan focal de la caméra ainsi qu’à la conception et construction de son changeur de filtres robotisé. Ce dernier permettra de changer automatiquement 5 à 15 fois par nuit les cinq filtres de couleurs dont est dotée la caméra, pesant entre 24 et 38 kg chacun. En mesurant la quantité de lumière que les objets célestes émettent et en confrontant les images prises à travers les différents filtres, il sera possible de déterminer avec précision leur position et distance par rapport à la Terre. En parallèle, d’autres scientifiques du CNRS contribuent au développement de l’infrastructure informatique⁵ qui permettra de traiter quantitativement et qualitativement la somme colossale d’images des quelque 17 milliards d’étoiles et 20 milliards de galaxies observables qui seront collectées. Un véritable travail de fourmi visant à constituer le catalogue de données sur l’Univers le plus complet possible. 

Pourquoi collecter autant de données ? Elles visent avant tout à mieux comprendre l’énergie sombre, identifiée comme le moteur de l’expansion accélérée de l’Univers et à mener des recherches approfondies sur la matière noire, deux substances mystérieuses qui constituent plus de 95 % du cosmos. Les données relatives au ciel transitoire seront quant à elles rendues publiques quasiment en temps réel et permettront notamment à la communauté scientifique de détecter d’éventuels astéroïdes qui pourraient s’avérer dangereux pour notre planète. La caméra LSST sera livrée à l’Observatoire Vera C. Rubin aux abords de la Cordillère des Andes au Chili en mai 2024 afin d’être installée sur son télescope⁶. Les premières images sont attendues au printemps 2025. 

1. Legacy Survey of Space and Time  ↩︎
2. Du nom de l’astronome américaine Vera C. Rubin qui fut la première à établir la présence de matière noire dans les galaxies. 
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3. Ce projet est porté par le Laboratoire national de l’accélérateur SLAC (National Accelerator Laboratory) dépendant du département de l’Énergie des États-Unis (DoE) et administré par l’université de Stanford, en Californie. Cette caméra figure dans le Guinness World Records. 
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4. Issues du Centre de Calcul de l’IN2P3 (CNRS), Centre de Physique des Particules de Marseille (CNRS / Aix-Marseille Université), Laboratoire Astroparticule et Cosmologie (CNRS / CEA / Université Paris Cité / Observatoire de Paris), Laboratoire d’Annecy de Physique des Particules (CNRS / Université Savoie Mont-Blanc), Laboratoire de Physique de Clermont Auvergne (CNRS / Université Clermont Auvergne), Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie (CNRS / Université Grenoble Alpes), Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies (CNRS / Sorbonne Université / Université Paris Cité), Institut de Physique des 2 Infinis de Lyon (CNRS / Université Claude Bernard Lyon 1), Laboratoire de Physique des 2 Infinis Irène Joliot-Curie (CNRS / Université Paris-Saclay / Université Paris-Cité) et Laboratoire Univers et Particules de Montpellier (CNRS / Université de Montpellier). 
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5. L’ensemble des images prises par le télescope seront stockées à Lyon, sur les serveurs du Centre de Calcul de l’IN2P3 (CNRS).  
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6. Le télescope comprend trois miroirs dont un primaire d’un diamètre de 8,4 mètres, d’une conception unique au monde qui lui confère un champ de vision exceptionnellement large, tout en conservant une forme compacte qui lui permet de se déplacer sur la surface du ciel rapidement. ↩︎

Depuis 2015, le 11 février de chaque année est marqué par la célébration de la Journée internationale des femmes et des filles de Science. Lancée par l’assemblée générale de l’ONU, cette initiative a vocation à promouvoir l’accès et la participation des femmes et des filles à la science, alors qu’aujourd’hui les femmes ne représentent que 33% des chercheurs dans le monde et seulement 35% des étudiants dans les domaines liés aux sciences et technologies.  

La collaboration Rubin LSST France a souhaité s’associer à cette démarche en mettant en avant quelques unes des femmes de la collaboration. Qu’elles soient chercheuses, ingénieures, doctorantes ou encore postdoctorantes, découvrez ci-dessous leur métier, leur thématique de recherche mais aussi ce qui les passionne dans le projet Rubin LSST.

Grâce à sa vue d’ensemble et détaillée du système solaire, ainsi que sa capacité à détecter et à suivre rapidement les objets en mouvement, l’Observatoire Vera C. Rubin va constituer une mine de données pour la planification et la préparation des missions spatiales. Il va en effet aider les scientifiques à identifier les cibles à privilégier pour les futures missions spatiales en détectant des millions de nouveaux objets du système solaire et en révélant, avec plus de détails que jamais, le contexte plus large dans lequel ces objets existent. Rubin pourra également alerter les scientifiques de l’existence d’objets tels que des astéroïdes, des comètes ou des objets interstellaires en approche, suffisamment à temps pour déterminer leurs trajectoires et préparer les missions spatiales destinées à les étudier.

Nous vivons une période passionnante pour l’exploration du système solaire, avec l’annonce récente de résultats de missions spatiales telles que OSIRIS-REx, Lucy et Psyche de la NASA et Juice de l’ESA. Ces engins spatiaux (sans équipage) ont visité nos voisins cosmiques et ont rapporté des images en gros plan, des informations détaillées et même des roches et des poussières extraterrestres. Mais les missions spatiales ne sont rendues possibles que grâce à des recherches approfondies, préalables à la préparation et à l’orientation des scientifiques sur Terre. Les observations des observatoires astronomiques au sol sont essentielles à ce processus. L’Observatoire Rubin, financé conjointement par la National Science Foundation (NSF) et le Department of Energy (DOE) américain, commencera bientôt à produire l’un des ensembles de données astronomiques les plus vastes produits par un même observatoire. Il fournira aux scientifiques un trésor d’informations qu’ils pourront utiliser pour planifier et préparer la prochaine génération d’ambitieuses missions spatiales, notamment sur le plan scientifique. L’Observatoire Rubin est situé au Chili et sera mis en production en 2025. L’Observatoire Rubin est un programme opéré par le NOIRLab de la National Science Foundation, en collaboration avec le SLAC National Accelerator Laboratory.

Le système solaire regorge de millions de petits objets rocheux et glacés. La plupart se sont formés très tôt, comme les objets proches de la Terre et les astéroïdes troyens, tandis que d’autres sont des voyageurs lointains provenant de systèmes solaires autres que le nôtre, connus sous le nom d’objets interstellaires. 

Au cours des dix années que durera le relevé LSST (pour Legacy Survey of Space and Time), l’Observatoire Rubin scrutera toutes les nuits l’ensemble du ciel de l’hémisphère sud à l’aide d’un télescope à déplacement rapide de 8,4 mètres et de la plus grande caméra numérique au monde. Il permettra de révéler des millions d’objets du système solaire jusqu’alors inconnus. Le relevé effectué par l’Observatoire Rubin devrait potentiellement quintupler notre recensement actuel des objets connus du système solaire, que les scientifiques construisent patiemment depuis plus de 150 ans.

« Rien n’approchera la profondeur du relevé réalisé par Rubin et le niveau de caractérisation que nous obtiendrons pour les objets du système solaire », déclare Siegfried Eggl, professeur adjoint à l’Université de l’Illinois (Urbana-Champaign, États-Unis) et responsable du groupe de travail sur le système solaire interne au sein de la Solar System Science Collaboration (SSSC) de Rubin/LSST. « Il est fascinant que nous ayons la possibilité d’approcher des objets intéressants et de les observer de près. Mais pour cela, nous devons savoir qu’ils existent et nous devons savoir où ils se trouvent. C’est ce que Rubin nous dira ».

En plus de détecter des millions de nouveaux objets astronomiques, Rubin fournira également des informations sur la structure du système solaire et révélera des régions entières contenant des objets uniques ou scientifiquement intéressants à prendre en considération pour de futures missions spatiales.

« Si l’on compare Rubin à une plage, on verrait des millions et des millions de grains de sable, mais aussi la plage dans son ensemble », explique Siegfried Eggl. « Il peut y avoir une zone de sable jaune ou de sable noir volcanique, et une mission spatiale vers un objet de cette région pourrait permettre d’étudier ce qui la rend différente. Souvent, nous ne savons pas ce qui est bizarre ou intéressant si nous ne connaissons pas le contexte dans lequel il se trouve ».

En plus de fournir aux astronomes et aux astrophysiciens la vue du ciel austral la plus complète à ce jour, Rubin les alertera également des changements dans le ciel nocturne dans les 60 secondes suivant leur détection. Ce système d’alertes en temps réel pourrait inciter les scientifiques à commencer à préparer une mission spatiale vers une cible qui se déplace rapidement, peut-être même un objet interstellaire en approche, suggère Siegfried Eggl. « Rubin va pouvoir nous donner le temps de préparation dont nous avons besoin pour lancer une mission d’interception d’un objet interstellaire. Il s’agit d’une synergie propre à Rubin et à l’époque dans laquelle nous vivons ». En fait, de telles missions sont déjà en cours de développement : la mission JAXA/ESA Comet Interceptor sera lancée en 2029 et attend la découverte (probablement par Rubin) d’une comète à longue période du système solaire qui soit visitable ou celle d’un objet interstellaire passant pour la première fois devant le Soleil.

Les observations précises et fréquentes de Rubin sur les objets du système solaire et leur emplacement pourraient également profiter aux missions spatiales déjà en cours, en alertant les scientifiques sur les possibilités d’observation intéressantes proches de la trajectoire d’un engin spatial, ou à proximité grâce à un léger détour. Rubin est par exemple bien placé pour influencer la mission Lucy, opérée par la NASA pendant 12 ans. Première mission spatiale envoyée pour étudier les astéroïdes piégés dans et autour de l’orbite de Jupiter, Lucy a déjà fourni des informations scientifiques précieuses ainsi que des résultats inattendus. Mais lorsque le relevé LSST de Rubin débutera, des astéroïdes plus petits et moins lumineux situés à proximité de la future trajectoire de Lucy seront observés pour la première fois par les scientifiques ici sur Terre : ce seront alors autant de nouvelles possibilités de survol et autant de découvertes scientifiques que nous sommes loin de pouvoir prédire. « Avec nos télescopes actuels, nous avons essentiellement observé les gros rochers sur la plage », continue Siegfried Eggl, « mais Rubin permettra de zoomer sur les grains de sable les plus fins ».

Plus d’informations :

L’Observatoire Rubin est une initiative conjointe de la National Science Foundation (NSF) et du Department of Energy (DOE) américain. Sa mission principale est de réaliser le relevé LSST (Legacy Survey of Space and Time), en fournissant un ensemble de données sans précédent pour la recherche scientifique soutenue par les deux agences. Rubin est exploité conjointement par le NOIRLab de la NSF et SLAC National Accelerator Laboratory (SLAC). NOIRLab est géré pour la NSF par l’Association des universités pour la recherche en astronomie (AURA) et SLAC est géré pour le DOE par l’Université de Stanford. La France apporte un soutien essentiel à la construction et à l’exploitation de l’Observatoire Rubin grâce aux contributions du CNRS/IN2P3. Nous remercions également un certain nombre d’organisations et d’équipes internationales pour leurs contributions supplémentaires.

Lien vers le communiqué en anglais

Liens utiles :

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Contacts :

• Benoit Carry, astronome adjoint au Laboratoire Lagrange : benoit.carry@oca.eu
• Gaëlle Shifrin, responsable communication Rubin LSST France : gshifrin@in2p3.fr

Le télescope à déplacement rapide et l’énorme caméra numérique de l’observatoire Vera C. Rubin captureront la faible lueur des étoiles flottant librement dans les amas de galaxies, apportant un éclairage sans précédent sur l’évolution de ces structures dynamiques.

La lumière intra-amas, l’éclat collectif d’innombrables étoiles arrachées à leur galaxie d’origine et laissées à l’abandon dans le vaste espace intergalactique, est incroyablement faible et difficile à détecter. Le prochain relevé LSST sera le premier à fournir aux scientifiques les données pour détecter la lumière intra-amas dans des milliers d’amas de galaxies, révélant ainsi des indices sur l’histoire de l’évolution de l’Univers sur de grandes échelles.

Les galaxies, comme notre Voie lactée, sont des collections de milliards d’étoiles maintenues ensemble par la gravité. Parfois, les galaxies se regroupent en amas contenant des centaines, voire des milliers de galaxies. Ces amas de galaxies sont les plus grands objets de l’Univers qui sont maintenus ensemble par leur propre gravité et il leur faut des milliards d’années pour se former et évoluer. Si nous pouvions, d’une manière ou d’une autre, regarder leur évolution en accéléré, les interactions spectaculaires entre les galaxies seraient fascinantes. Mais il existe un moyen de lire l’histoire des amas de galaxies grâce à  la population d’étoiles qui ont été arrachées à leurs galaxies d’origine et éparpillées dans les espaces entre les galaxies de l’amas. Ces étoiles émettent une lueur appelée lumière intra-amas, qui est au moins 1000 fois plus faible que le ciel nocturne le plus sombre que nous puissions percevoir avec nos yeux. En raison de sa faible luminosité, la lumière intra-amas est restée en grande partie cachée des télescopes et des caméras existantes. Mais grâce aux données du LSST de l’Observatoire Vera C. Rubin, qui débutera en 2025, les scientifiques seront en mesure d’observer cette lumière extrêmement faible comme jamais auparavant.

Au fil des millions d’années, lorsque les galaxies entrent en collision et fusionnent, la lumière intra-amas constitue un « registre fossile » des interactions dynamiques qu’un amas de galaxies a connues, offrant une mine d’informations sur la formation des amas et l’histoire de l’Univers à grande échelle. 

« Les étoiles arrachées à leurs galaxies finissent par peupler l’espace entre les galaxies d’un amas. Ces étoiles sont comme la poussière libérée d’un morceau de craie lorsque vous écrivez sur un tableau noir », explique Mireia Montes, chargée de recherche à l’Instituto de Astrofísica de Canarias et membre de la Rubin/LSST Galaxies Science Collaboration (collaboration scientifique Rubin/LSST sur les galaxies). « En suivant la poussière de craie stellaire avec Rubin, nous espérons pouvoir lire les mots sur le tableau noir des amas de galaxies. » 

Combien d’étoiles flottent librement au sein des amas de galaxies ? Comment sont-elles réparties dans les amas ? Les réponses à ces questions ne sont pas bien connues, car la lumière intra-amas a été très difficile à étudier jusqu’à présent. « Il y a tellement de choses que nous ne savons pas sur la lumière intra-amas », dit Mireia Montes. « L’intérêt de Rubin est qu’il va nous fournir de nombreux amas de galaxies que nous pourrons explorer. »

En plus d’étudier la lumière intra-amas pour obtenir des indices sur l’histoire des amas de galaxies, les scientifiques peuvent également l’utiliser pour mieux comprendre la substance insaisissable connue sous le nom de matière noire – une matière invisible qui n’émet ni ne réfléchit la lumière et qui se trouve en forte concentration au sein des amas de galaxies. 

Rubin scrutera l’ensemble du ciel de l’hémisphère sud toutes les 3-4 nuits pendant dix ans à l’aide de la plus grande caméra numérique au monde, révélant la lumière intra-amas que, jusqu’à présent, les astronomes n’ont pu détecter que par des observations longues et ciblées d’un seul amas de galaxies à la fois. Au cours des dix années que durera le relevé, Rubin prendra des millions d’images haute résolution d’amas de galaxies lointains et les scientifiques seront en mesure d’empiler ces images pour obtenir les plus grandes images à très longue exposition jamais créées du ciel de l’hémisphère sud. Les images empilées donneront aux scientifiques plus d’amas de galaxies dont la lumière intra-amas est détectable dans chaque champ de vision qu’ils n’en ont eu au total jusqu’à présent. Ainsi, Rubin élargira le nombre d’amas de galaxies que nous pouvons étudier de quelques uns à des milliers, ce qui permettra à des chercheuses et chercheurs comme Mireia Montes d’analyser la faible lueur de la lumière intra-amas dans l’ensemble de l’Univers.

De l’évolution des amas de galaxies à la distribution de la matière noire, la lumière intra-amas fournit des indices importants sur la façon dont la structure à grande échelle de l’Univers s’est formée. « La lumière intra-amas peut sembler très petite et insignifiante, mais elle a de nombreuses implications », explique Mireia Montes. « Elle complète ce que nous savons déjà et ouvre de nouvelles fenêtres sur l’histoire de notre Univers. »

En France, une vingtaine de chercheurs et chercheuses étudieront les amas de galaxies à partir du relevé LSST. « Avec pour objectif principal de mieux comprendre les grandes structures de l’Univers »  précise Marina Ricci, chercheuse en cosmologie observatoire à l’APC (CNRS, Université Paris Cité) et coordinatrice des recherches sur les amas de galaxies au sein de la collaboration Rubin LSST France. « Plusieurs groupes s’intéressent particulièrement aux méthodes de détection des amas et à la mesure de leur masse par effet de lentillage gravitationnel¹. » 

Ces mesures nécessitent de mesurer avec grande précision la forme et la brillance des galaxies autour des amas. De plus, « pour pouvoir détecter les signaux diffus très faibles captés par LSST, comme la lumière intra-amas, on va devoir tester très finement nos méthodes de détection du signal et d’analyse d’images » explique Marina Ricci, « LSST va nous permettre de mieux comprendre la manière dont la matière noire, les galaxies et les étoiles évoluent ensemble au sein des amas. »

Passionnée par ces grandes structures, Marina Ricci rappelle que « les amas de galaxies sont les objets les plus massifs de l’Univers, mais aussi des objets extrêmement complexes. Ils sont très intéressants car ils nous permettent d’étudier de nombreux phénomènes astrophysiques. »

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Contacts :

• Marina Ricci, chercheuse en cosmologie au laboratoire APC – ricci@apc.in2p3.fr
• Gaëlle Shifrin, responsable communication Rubin LSST France – gshifrin@in2p3.fr

1. La lentille gravitationnelle se produit lorsqu’un corps céleste massif, tel qu’un amas de galaxies, provoque une courbure suffisante de l’espace-temps pour que le trajet de la lumière autour de lui soit visiblement courbé, comme par une lentille.  ↩︎