Depuis plus de 16 ans, à partir de son lancement en 2003, le Télescope Spatial Spitzer, qui cessera ses activités à la fin de ce mois, nous offre une vue sans précédent de l’univers aux longueurs d’onde infrarouges, invisibles à l’œil humain. Les explorations de Spitzer – décrites dans plus de 8 600 articles avec comité de lecture, des dizaines de thèses de doctorat, d’innombrables résumés de conférences et conférences et plusieurs livres — vont de la détermination de la taille des astéroïdes géocroiseurs à la mesure de la masse et de l’âge des étoiles dans les galaxies les plus lointaines. Spitzer a eu un impact majeur dans pas moins de cinq domaines majeurs de la recherche astronomique:
Études du système solaire. Les faits saillants des études de Spitzer sur notre propre Système solaire incluent la découverte d’un énorme anneau de poussière jusqu’alors inconnu en orbite autour de Saturne et la détermination de la composition de la poussière éjectée de la comète Tempel I après que le vaisseau spatial Deep Impact ait envoyé un projectile s’y écraser. Ces mesures cométaires sont l’un des nombreux résultats de Spitzer qui ont établi des liens importants entre les propriétés du Système solaire et celles des systèmes exoplanétaires — qui eux-mêmes ont également été largement étudiés par Spitzer.
La formation des étoiles et des systèmes planétaires. Les observations de Spitzer ont montré que lorsqu’une étoile se forme, une quantité importante de matière entre dans la formation d’un disque qui l’orbite. Spitzer a observé les premiers stades de la formation planétaire alors que la poussière cosmique ultrafine à l’intérieur du disque commence à fusionner en corps plus grands, initiant une cascade qui conduit fréquemment à la formation de planètes. Ces premiers stades de la formation des planètes sont bien avancés quelques millions d’années seulement après que l’effondrement d’un nuage interstellaire dense ait déclenché le processus de formation des étoiles — un instant relatif en termes cosmiques.
Exoplanètes. Alors même que la mission Spitzer se déroulait, des études menées par des télescopes au sol et, plus particulièrement, par le vaisseau spatial Kepler de la NASA établissaient que de nombreuses étoiles de type solaire hébergeaient des systèmes planétaires, qui comprennent souvent des planètes ne dépassant pas le double de la taille de la Terre. Spitzer est devenu un pilier de l’étude agressive et perspicace de la communauté scientifique sur ces exoplanètes. Spitzer a établi que trois des sept planètes de la taille de la Terre en orbite autour de l’étoile rouge faible voisine connue sous le nom de Trappist-1 se trouvent dans ou à proximité de la zone habitable — la région autour de l’étoile où l’eau serait liquide à la surface des planètes, ce qui est considéré comme essentiel pour la formation de la vie telle que nous la connaissons.
Spitzer a également cartographié la variation de la température d’une planète autour de sa circonférence, trouvant des preuves de vents atmosphériques avec des vitesses de milliers de kilomètres par heure dans plusieurs cas. Il est étonnant pour moi que les mesures de Spitzer me permettent d’écrire avec un certain degré de certitude sur la distribution de la température à la surface d’une planète en orbite autour d’une étoile située à environ 65 années-lumière de la Terre.
Galaxies lointaines. Spitzer a exploré de grandes parties de la Voie Lactée et de l’univers au-delà. Une telle enquête, coordonnée avec le télescope spatial Hubble, a permis d’identifier la galaxie la plus lointaine trouvée à ce jour. Spitzer et Hubble le voient comme ce n’était pas longtemps après le big bang, qui s’est produit il y a environ 13,8 milliards d’années. L’existence de galaxies massives comme celle-ci si tôt dans l’évolution de l’univers remet en question notre compréhension de la formation des galaxies, posant des questions qui seront abordées par le prochain télescope spatial James Webb de la NASA, qui sera lancé en 2021.
La croissance des étoiles et des galaxies. L’univers a émergé du big bang comme une soupe chaude d’atomes d’hydrogène et d’hélium, ce qui nous aide à comprendre pourquoi les galaxies telles que celles décrites ci-dessus étaient peu nombreuses et de loin au-dessus de 13.il y a 5 milliards d’années. Ils sont courants aujourd’hui, cependant, ce qui est dû au fait que le nombre d’étoiles dans l’univers a augmenté au fil du temps à mesure que les galaxies se formaient et grandissaient et que de plus en plus de matériaux qu’elles contenaient s’effondraient pour former des étoiles. Spitzer est uniquement capable de mesurer cette croissance au cours du temps cosmique, constatant que le nombre d’étoiles a augmenté rapidement pendant les quatre premiers milliards d’années de la vie de l’univers, mais a augmenté à un rythme plus lent plus récemment.
Crédit: NASA Wikimedia
Aussi puissants que soient ces résultats scientifiques, ils ne sont cependant qu’une partie de l’héritage de Spitzer. D’autres domaines où cet héritage a été et sera d’une grande importance sont les suivants:
Les Grands Observatoires. Le concept des Grands Observatoires, présenté en 1985 par la NASA et la communauté scientifique, prévoyait quatre télescopes spatiaux puissants, couvrant l’ensemble du spectre électromagnétique dans des longueurs d’onde plus courtes que celles des ondes radio, fonctionnant simultanément. Spitzer, initialement connu sous le nom de Space Infrared Telescope Facility (SIRTF), était un membre fondateur de ce groupe d’élite, rejoignant l’Observatoire de rayons Gamma de Compton, le Télescope spatial Hubble et l’Advanced X-Ray Astrophysics Facility (AXAF), maintenant connu sous le nom d’Observatoire de Rayons X Chandra. L’achèvement des Grands Observatoires avec le lancement du SIRTF en 2003 est une étape sous-marquée dans l’exploration de l’univers, représentant la réalisation d’une vision en devenir depuis quelque 20 ans. La science synergique de ces puissants observatoires a eu un impact bien plus important que ce que nous aurions pu imaginer lors de la formulation de ce programme.
Aucune mission n’est une île. Les observations de Spitzer ont amélioré le retour scientifique non seulement des autres missions de la NASA, mais également des instruments au sol. Par exemple, Spitzer et Hubble ont uni leurs forces pour déterminer les propriétés des galaxies les plus lointaines connues et, beaucoup plus près de chez nous, ont également fortement limité les propriétés des atmosphères des exoplanètes. Spitzer étudie même actuellement les exoplanètes identifiées par le satellite Transiting Exoplanet Survey récemment lancé, afin de déterminer les températures de ces mondes nouvellement découverts. Enfin, Spitzer a observé les conséquences d’un événement remarquable de coalescence d’étoiles à neutrons découvert par des observatoires d’ondes gravitationnelles et a vérifié des modèles pour la synthèse d’éléments de terres rares dans les débris riches en neutrons de cet événement cataclysmique.
Mettre la table pour de futures missions. L’IRAS de la NASA et l’ISO de l’Agence spatiale européenne (ESA) ont aidé à préparer le terrain pour Spitzer; Spitzer, à son tour, prépare la voie pour les futures missions de la NASA. Le plus remarquable d’entre eux est le très attendu James Webb Telescope (JWST), qui couvrira certaines des mêmes longueurs d’onde étudiées par Spitzer, mais avec une sensibilité et une résolution spectrale et spatiale beaucoup plus élevées. Spitzer prépare également le terrain pour d’autres missions à venir de la NASA, notamment Euclid (une mission conjointe avec l’ESA) et Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST). Dans les deux cas, les vastes levés extragalactiques de Spitzer fourniront une contrepartie infrarouge aux levés optiques / proche infrarouge à grand champ qu’Euclid et WFIRST effectueront
Spitzer a également été le pionnier des avancées technologiques qui préparent la voie à de futures missions. Le plus remarquable d’entre eux est l’utilisation extensive de Spitzer du refroidissement radiatif — rayonnant de la chaleur dans la noirceur de l’espace — pour atteindre et maintenir des températures bien inférieures à 50 kelvins, qui étaient auparavant atteintes avec l’utilisation de cryogènes stockés ou de refroidisseurs mécaniques. Les missions futures, notamment JWST et le SPHEREx Explorer actuellement en développement au JPL, peuvent désormais établir une base de référence pour le refroidissement radiatif avec beaucoup plus d’assurance et de confiance qu’auparavant.
Capturer l’imagination du public. Comme c’est le cas pour de nombreuses autres missions de la NASA, les résultats les plus intéressants et les plus accessibles de Spitzer ont été largement diffusés auprès du public. Son résultat le plus notable, l’analyse des planètes en orbite autour de Trappist-1, a donné naissance à plus de 17 000 articles imprimés et en ligne; la conférence de presse annonçant le résultat a été vue près de cinq millions de fois et l’histoire a reçu plus de 3,2 milliards de vues non uniques sur Internet.
Une réalisation humaine majeure. Il y a un côté humain à Spitzer qui mérite une attention particulière. Des milliers de personnes ont travaillé sur Spitzer avant et après le lancement, préparant et entretenant ce puissant observatoire et facilitant son utilisation par une communauté nombreuse et vigoureuse d’astronomes. Tous ces gens devraient être fiers de ce qu’ils ont accompli, car le succès de Spitzer est directement lié à leur compétence, leur ingéniosité et leur dévouement. L’installation Spitzer, techniquement complexe et innovante, montre ce qu’un groupe de personnes qualifiées et motivées, correctement soutenues et habilitées, peut accomplir. Je pense que Spitzer est un monument à la puissance de l’esprit humain. Nous devrions être guidés par cette composante importante de l’héritage de Spitzer, qui s’applique à tous les domaines de l’activité humaine, alors que nous naviguons dans la mer de problèmes auxquels nous sommes confrontés.
Et après ? La fin des observations de Spitzer ce n’est pas la fin de Spitzer, car toutes les données de la mission sont archivées et disponibles à partir des installations de l’IRSA à Caltech. Les lecteurs désireux d’en savoir plus sur Spitzer voudront peut-être jeter un coup d’œil au livre que j’ai co-écrit avec Peter Eisenhardt: More Things in the Heavens: How Infrared Astronomy is Expanding our View of the Universe, publié par Princeton University Press.
