L’univers change plus qu’on ne le pensait depuis longtemps, il apparaît, clignote et clignote constamment. De nouveaux télescopes ultrasensibles offrent une meilleure image des mouvements. « BlackGem est vraiment un projet très excitant. »
Ils ressemblent à trois gros champignons : les nouveaux télescopes de l’observatoire européen de La Silla, dans le nord du Chili. Ils ont été mis en service au printemps. Chaque nuit claire, les dômes sphériques s’ouvrent et les télescopes robots se mettent en marche de manière entièrement automatique. BlackGem, comme on appelle le trio de télescopes, est plus d’un million de fois plus sensible que l’œil humain et prend en permanence des photos du ciel étoilé. Parce que là, il clignote et scintille constamment. «À l’avenir, nous pourrions découvrir des phénomènes et des objets complètement nouveaux», déclare Paul Groot, responsable du projet, de l’Université Radboud de Nimègue.
Mais attendez une minute, le cosmos ne change pas tellement, n’est-ce pas ? Nous voyons les mêmes constellations que nos lointains ancêtres et les mouvements du soleil et de la lune sont si prévisibles que nous avons basé notre calendrier et notre calcul du temps sur eux.
Pendant longtemps, les astronomes ont en effet pensé ainsi : ce qui est visible dans le ciel aujourd’hui le sera également l’année prochaine. Ou au siècle prochain. Bien sûr, pour un phénomène particulier comme une éclipse solaire, il faut être au bon endroit au bon moment, mais la nébuleuse d’Orion et les Sept Sœurs se ressemblent chaque nuit. L’astronomie fut donc longtemps une science sans précipitation.
En fait, la croyance en l’immuabilité de l’univers était si ancrée que les comètes – d’impressionnantes « étoiles à queue » généralement visibles seulement pendant quelques semaines – étaient considérées par les Grecs comme des phénomènes présents dans l’atmosphère terrestre. Ce n’est qu’au XVIe siècle qu’on a découvert qu’ils étaient plus éloignés que la lune et qu’ils décrivaient leurs propres orbites allongées autour du soleil. Lorsque deux « nouvelles étoiles » (supernovas) sont également apparues dans le ciel en 1572 et 1604, on s’est lentement mais sûrement rendu compte que l’univers était effectivement sujet au changement. Tout s’y passe, à toutes les échelles de temps imaginables.
Des explosions plus faibles
Aujourd’hui, une supernova brillante dans notre propre Voie lactée est bien sûr immédiatement perceptible, mais des explosions et des éruptions plus faibles se produisent également constamment dans l’univers, qui ne sont parfois visibles que pendant une courte période – ce qu’on appelle transitoires. Ils sont beaucoup plus difficiles à étudier, car on ne sait pas à l’avance où et quand ils se produiront. De plus, il faut de grands télescopes, qui ne voient généralement qu’une très petite partie du ciel étoilé. « Ce n’est qu’au cours des dix dernières années qu’il a été possible de surveiller l’ensemble du ciel de manière presque continue », explique Groot, « grâce à des détecteurs grand format, à une robotique abordable et à la capacité de transporter et de stocker plusieurs téraoctets de données. »
Groot a commencé à faire cela il y a un quart de siècle, à l’Université d’Amsterdam. Avec son collègue Titus Galama, il a enquêté sur de mystérieuses explosions de rayons gamma dans l’univers, observées avec le satellite italo-néerlandais BeppoSax. Après un tel sursaut gamma, les deux doctorants ont dirigé en toute hâte un grand télescope situé sur l’île canarienne de La Palma vers le ciel étoilé en question et ont trouvé une étoile qui n’y était pas auparavant et qui était déjà en train de disparaître.
Grâce à l’action de la foudre, les astronomes ont découvert que des sursauts gamma se produisent dans des galaxies lointaines, lorsqu’une étoile extrêmement massive explose ou lorsque deux étoiles à neutrons super compactes entrent en collision et fusionnent pour former un trou noir.
Ce n’est qu’un exemple de ce qui éclate, clignote et clignote dans l’univers. Les étoiles explosent ou entrent en collision violemment. Les étoiles naines blanches avalent le gaz de leurs compagnes, provoquant une explosion nucléaire incontrôlable. Les noyaux des galaxies lointaines crachent des nuages de gaz chauds ou projettent des faisceaux de particules chargées dans l’espace. Parfois, le cri de mort est entendu d’une étoile qui est engloutie d’un seul coup par un trou noir supermassif. Et il ne s’agit pas seulement de lumière visible, mais aussi d’ondes radio et de rayons X. « Au lieu de photos statiques, vous souhaitez réellement réaliser un film du cosmos dans autant de longueurs d’onde que possible », explique Samaya Nissanke de l’Université d’Amsterdam.
Clignote radio rapidement
Et ça peut toujours devenir plus fou. Prenez les « flashs radio rapides » (sursauts radio rapides), qui ne durent en moyenne qu’un millième de seconde. En ce petit clin d’œil, autant d’énergie est produite que le soleil en rayonne en quelques jours. Avec leur durée extrêmement courte, c’est un miracle que des sursauts radio rapides aient été découverts (en 2007) et il n’est pas surprenant que leur véritable nature ne soit pas encore déterminée avec précision. Pour les trouver, un radiotélescope doit non seulement surveiller une grande partie du ciel, mais également être capable d’enregistrer des changements très rapides, explique Jason Hessels, chercheur en flash basé à Amsterdam et affilié à l’institut de radioastronomie Astron.
La recherche sur les sursauts radio rapides en est encore à ses balbutiements. Il s’agit très probablement d’éclats d’étoiles à neutrons super-compactes dotées d’un champ magnétique extrêmement puissant, généralement situées dans des galaxies lointaines situées à des dizaines ou des centaines de millions d’années-lumière. Idéalement, vous aimeriez également voir en même temps la lumière visible d’un tel flash radio – qui offre à la fois beaucoup plus d’informations sur l’origine. Jusqu’à présent, cela n’a jamais abouti, mais selon Hessels, cela pourrait changer à l’avenir. « Si cela fonctionne, nous pourrons mieux tester nos modèles et nous aurons une bien meilleure idée de ce qui explose exactement. »
Pour certains autres phénomènes extrêmes de l’univers – comme pour les sursauts gamma mentionnés plus haut – il a déjà été possible de trouver une telle contrepartie optique. Cela s’est produit, par exemple, le 17 août 2017, lorsque des détecteurs sensibles (deux aux États-Unis et un en Italie) ont détecté d’infimes vibrations dans un espace vide. À partir des mesures des trois instruments, les astronomes ont déduit une direction approximative d’origine de ces ondes gravitationnelles et en un rien de temps des dizaines de télescopes à travers le monde ont été pointés vers la partie concernée du ciel étoilé. « Il s’est avéré qu’il s’agissait d’une collision entre deux étoiles à neutrons », explique Nissanke, « et elle a maintenant été observée à toutes les longueurs d’onde possibles. Chaque instrument fournissait une pièce du puzzle.
Il est essentiel de réagir rapidement. Et c’est exactement ce que fait le projet BlackGem de Paul Groot. Dès que les détecteurs d’ondes gravitationnelles détectent une autre ondulation à travers le cosmos, les trois télescopes se dirigent automatiquement vers la zone suspecte du ciel et commencent à prendre des images. Même si le troisième télescope présente encore quelques problèmes techniques, Groot et ses collègues sont prêts.
Un prototype des télescopes BlackGem, appelé MeerLicht, est actif depuis plusieurs années dans un observatoire en Afrique du Sud. Après quelques retards dus à la pandémie du coronavirus, la construction du trio de télescopes au Chili a été achevée l’année dernière ; les premières observations ont été faites en avril. Le consortium néerlando-flamand BlackGem souhaite à l’avenir étendre l’observatoire à peut-être quinze télescopes identiques. «Je pense que dans dix ans, il y aura également de grands détecteurs, comparables aux puces plus petites des appareils photo grand public d’aujourd’hui, qui peuvent être lus par pixel en très peu de temps», explique Groot. « Alors nous pouvons même transitoires étudier sur des échelles de temps inférieures à une seconde.
La plupart du temps, lorsqu’il n’y a pas d’alerte d’ondes gravitationnelles, les télescopes BlackGem prennent des photos en continu du ciel étoilé. Après environ trois mois, une grande partie du ciel au-dessus de l’observatoire de La Silla a été capturée trois fois par nuit et tout recommence. La comparaison d’images de la même zone peut également révéler de nombreux changements, tels que les premières phases d’explosions de supernova, de collisions massives d’étoiles et événements de perturbation des marées, où les étoiles sont avalées par des trous noirs. «Il n’y a pas si longtemps, de tels phénomènes étaient découverts principalement par hasard», explique Nissanke. «Maintenant, nous travaillons de manière beaucoup plus systématique.»
Photos trois fois par nuit
BlackGem n’est pas le seul outil à réaliser de telles enquêtes. Les deux télescopes PanStarrs du volcan Haleakala, à Hawaï, font de même, tout comme l’installation transitoire Zwicky, en Californie. Mais ils se trouvent tous deux dans l’hémisphère nord, dit Groot – ils ne peuvent pas voir une grande partie du ciel sud. « Nous sommes également plus rapides : nous photographions une partie sélectionnée du ciel trois fois par nuit, en trois couleurs. » Nissanke en attend beaucoup. « BlackGem est vraiment un projet très excitant. »
Mais astronomie temporelle, comme on appelle la nouvelle tendance de l’astronomie, ne deviendra vraiment adulte qu’avec la mise en service, à la fin de l’année prochaine, de l’observatoire Vera Rubin, également dans le nord du Chili, sur le sommet du Cerro Pachón, culminant à 2 700 mètres d’altitude. Un télescope géant doté d’un miroir de 8,4 mètres y est en construction. Le télescope sera équipé du plus grand appareil photo numérique jamais construit, avec 3,2 milliards de pixels et un champ de vision aussi grand que quarante pleines lunes. Deux fois par semaine, il scannera l’intégralité du ciel étoilé et fournira chaque nuit environ 15 téraoctets de données brutes, soit près de mille fois plus que le contenu intégral de Wikipédia.
« Bien que nous ne puissions pas égaler la sensibilité de l’observatoire Vera Rubin, des instruments tels que le Zwicky Transient Facility et BlackGem continuent de jouer un rôle important », explique Groot. « Surtout pour les changements dans le ciel étoilé dans les délais les plus courts. » Il ne fait aucun doute que le nouveau télescope déclenchera une révolution en astronomie. Personne n’ose prédire quelles découvertes surprenantes il fera, mais ceux qui étudient le cosmos d’une manière complètement nouvelle ne seront jamais déçus. « C’est un territoire totalement inexploré. »