Un télescope gravitationnel pourrait permettre d’obtenir des images d’exoplanètes 1000 fois plus précises

Le cycle de vie d’une idée jusqu’à sa mise en œuvre pratique peut parfois s’étendre sur plusieurs décennies. L’exemple des onde gravitationnelles est à cet égard frappant : prédite en 1916, on commence à construire des instruments pour déceler ces infimes sursauts de l’espace-temps dans les années 1980 – à un moment où beaucoup de physiciens croyaient que c’était hors de portée –, et c’est finalement en 2015 que la première onde gravitationnelle émanant de la fusion de deux trous noirs est détectée.

Transformer le Soleil en télescope gravitationnel géant réglable !

En sera-t-il de même pour le télescope gravitationnel ? Pour Alexander Madurowicz, de l’Institut Kavli de physique théorique à Santa Barbara (Californie) et auteur principal de l’étude visant à évaluer la possibilité encore lointaine d’un tel système, l'optimisme est de mise : "En établissant le cadre théorique aujourd'hui, nous espérons montrer la voie aux autres pour qu'ils puissent continuer à le développer à l'avenir. Nous espérons que nos enfants et toute la postérité en bénéficieront".

Comment fonctionnerait ce télescope ? Selon la théorie de la relativité générale d’Einstein, qui décrit la gravitation, les masses dévient la lumière qui passe à proximité. Grâce à cette propriété, maintes et maintes fois vérifiée, on peut construire une lentille gravitationnelle. Les astrophysiciens utilisent couramment ce phénomène pour amplifier les signaux d'objets lointains. Toutefois, toutes ces observations sont fortuites : il est nécessaire qu’un corps massif – la lentille gravitationnelle proprement dite – soit aligné entre nous et l’objet à étudier pour que cette amplification se produise. L’idée étudiée ici consiste à placer un engin spatial sur une orbite spécifique autour du Soleil afin de pouvoir viser à loisir des cibles à étudier. Autrement dit, il s’agit de transformer le Soleil en télescope gravitationnel géant réglable.

Les possibilités de grossissement seraient décuplées. "Avec les télescopes traditionnels les plus avancés, l'image d'une planète extrasolaire n'est qu'un point, comme si on regardait Mars ou Jupiter à l'œil nu. L'énorme grossissement de la lentille gravitationnelle solaire permettrait de voir les détails de la surface, comme les continents ou les océans, d’une exoplanète située à plus de 100 années-lumière" précise Alexander Madurowicz. L’obstacle principal – et de taille – est que l’instrument lui-même qui recueillerait les rayonnements lumineux d’objets lointains déviés par la masse du Soleil devrait être placé au moins 14 fois plus loin de notre étoile que ne l’est Pluton, distance qu’aucun vaisseau spatial humain n’a jamais parcouru.

Le pari ambitieux du télescope gravitationnel solaire

Avec les technologies actuelles, il faudrait au moins 100 ans pour atteindre la lentille. En utilisant des voiles solaires, le temps pourrait être raccourci à 20 ou 40 ans – ce qui reste considérable. Mais rien n’empêche de mettre au point des systèmes de propulsion plus efficace. D’autres défis viennent s’ajouter, dont celui de la précision de navigation. Afin de maintenir l’alignement entre l’exoplanète cible, le Soleil et le télescope, non seulement il est nécessaire de connaître la position de l’exoplanète de manière inégalée, mais il faudrait aussi tenir compte des mouvements minuscules du Soleil dus aux interactions gravitationnelles avec Jupiter et les autres planètes du Système solaire. Or, les capacités observationnelles actuelles sur les positions planétaires sont insuffisantes : "Aucune méthode existante de caractérisation des exoplanètes n’a une précision suffisante pour localiser la position de l'image de l'exoplanète cible à un degré comparable à la taille de l'image projetée elle-même" explique Alexander Madurowicz.

Par ailleurs, les scientifiques à l’origine de cette étude sont sur le point de résoudre une difficulté technique importante : l’élimination de la lumière solaire. En effet, le Soleil et sa couronne émettent beaucoup de lumière, ce qui obscurcit le signal de l’exoplanète visée. Pour réduire ces signaux parasites, l’idée consiste à séparer les avant-plans et les arrière-plans du signal à l'aide d'un instrument spécialement conçu baptisé coronographe (une technique qui cache la lumière solaire parasite, reproduisant ainsi le phénomène des éclipses totales de Soleil), en combinaison avec un spectrographe à champ intégral (qui enregistre le spectre d'un rayonnement de chaque point du champ du télescope). Grâce à un tel coronographe et à l’aide d’un algorithme conçu par les chercheurs, en capturant l’anneau de lumière autour du Soleil formé par l’exoplanète et en inversant la courbure de la lentille gravitationnelle, l’anneau est transformé en planète ronde. L’image recherchée. Un pari ambitieux qui donne une vision sur le très long terme.

Sciences et Avenir