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FUSE lève le voile sur quelques-uns des mystères de l'univers

Illustration du satellite FUSE sur une image infrarouge de la nébuleuse Carina, une région de formation intensive d'étoiles qui a fait l'objet d'études approfondies par FUSE. (Source : NASA)

Les étoiles sont les gardiennes de l'histoire de l'Univers, et elles racontent cette histoire par la lumière qu'elles émettent.

Une partie du spectre électromagnétique, c'est-à-dire l'ultraviolet lointain, est en train d'écrire de nouveaux chapitres de cette histoire. Des scientifiques canadiens utilisent les données produites par le satellite FUSE (pour Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer) pour comprendre l'histoire que racontent les objets célestes les plus anciens et les plus exotiques de l'Univers, soit les naines blanches, les quasars et les étoiles chaudes.

Ce qu'il faut surtout savoir à propos du satellite FUSE, qui a été exploité de 1999 à 2007, c'est qu'il a sondé une région du spectre électromagnétique jusqu'alors difficile à étudier car inaccessible aux télescopes terrestres. En effet, les couches de l'atmosphère bloquent le rayonnement ultraviolet lointain provenant de l'espace, ce qui rend cette plage inobservable depuis le sol.

Le centre de contrôle du satellite FUSE à l'Université Johns Hopkins.
(Source : NASA)

« L'ultraviolet lointain est une plage du spectre électromagnétique qu'aucun autre engin ou télescope spatial que FUSE ne peut observer », de dire John Hutchings, astronome travaillant à l'Observatoire fédéral d'astrophysique et scientifique de projet canadien pour la mission FUSE. « On ne peut pas l'observer depuis le sol et aucun autre appareil, pas même Hubble, ne peut l'étudier. Les occasions d'observation dans l'UV lointain sont donc plutôt rares, et lorsqu'elles se présentent, tous les chercheurs tentent d'en profiter le plus possible », ajoute-t-il.

Les scientifiques tentent toujours de comprendre ce que John Hutchings appelle « l'histoire de toutes choses » (c'est-à-dire l'état dans lequel se trouvait l'Univers naissant tout juste après le Big Bang, il y a 14 milliards d'années). Jusqu'ici, le satellite FUSE a fourni quelques indices des plus fascinants. Selon M. Hutchings, l'ultraviolet lointain est une partie très riche du spectre électromagnétique où l'on retrouve la signature unique de bon nombre d'objets célestes exotiques aux caractéristiques extrêmes. « Nous étudions des conditions physiques impossibles à reproduire dans des laboratoires terrestres. Pour bien comprendre ces limites de la physique, nous devons nous tourner vers d'autres horizons ».

Le satellite FUSE est une initiative conjointe entre la NASA, l'Agence spatiale canadienne et le Centre national d'études spatiales de la France. Le Canada a fourni, dans le cadre de ce projet, le système de caméras de pointage fin (FES) qui permet de stabiliser et d'orienter le télescope avec une remarquable précision. En échange de cette contribution, les scientifiques canadiens ont obtenu environ 5 p.100 du temps d'observation du télescope ainsi qu'une place au sein de l'équipe scientifique internationale chargée de diriger la mission. À ce jour, les scientifiques canadiens ont publié environ 17 p. 100 de tous les ouvrages scientifiques portant sur la mission.

FUSE a contribué à élucider le mystère qui entoure les variations de concentrations de deutérium dans tout le cosmos. Dans les régions riches en poussières interstellaires, notamment à proximité de l'étoile AE Aurigae, le deutérium peut « coller » à des particules de poussière où il est impossible à détecter. (Source : T.A. Rector et B.A. Wolpa, NOAO, AURA et NSF.)

« Cette initiative a permis à des Canadiens de prendre part à une prestigieuse mission qui, au bout du compte s'est révélée extrêmement fructueuse », de mentionner Jean Dupuis, scientifique de programme de l'ASC en astronomie spatiale.

« De nombreux chercheurs canadiens ont concentré leurs efforts sur les naines blanches, lesquelles sont des vestiges d'étoiles consumées. La plage de l'ultraviolet lointain a fourni de nouvelles données importantes au sujet de ces étoiles qui ont une densité et une force gravitationnelle très élevées et qui figurent parmi les objets célestes présentant des caractéristiques extrêmes sur le plan de la physique. Ces étoiles, qui sont aussi parmi les plus anciennes, nous apprennent des choses sur les premières étoiles », de souligner M. Hutchings.

FUSE a également permis d'acquérir de nouvelles connaissances sur certains des objets les plus brillants et les plus chauds de l'Univers qui émettent la majorité de leur rayonnement dans l'UV lointain. Grâce à FUSE, les scientifiques se sont rendu compte que la température des étoiles chaudes était en réalité environ 20 p. 100 inférieure à ce qu'ils croyaient. Selon M. Hutchings, une telle révision de l'échelle de température des étoiles chaudes est un événement relativement majeur puisque la température est l'un des éléments clés de la compréhension de la nature fondamentale et de l'évolution des étoiles.

FUSE a également recueilli de nouvelles informations sur un autre type d'objets célestes présentant des caractéristiques extrêmes sur le plan de la physique : les quasars. Les quasars sont d'immenses trous noirs supermassifs qui se trouvent au centre des galaxies. Ces objets célestes exercent une énorme attraction gravitationnelle sur leurs environs et, lorsque de la matière entre dans le trou noir, il se produit un intense feu d'artifice, selon l'expression utilisée par John Hutchings. Les quasars sont les objets les plus lumineux de l'Univers.

Les observations de FUSE ont révélé que les étoiles les plus chaudes sont jusqu'à 25 pourcent plus froides que ce que l'on pensait, ce qui donne de nouvelles indications concernant le bilan énergétique des galaxies.
(Source : NASA)

En fait, ils sont si brillants qu'ils sont les objets les plus lointains que l'on peut observer. Les objets les plus éloignés sont également les plus anciens de l'Univers, et le télescope FUSE a permis aux astronomes de voir des choses qu'ils n'avaient jamais vues auparavant. « Grâce au domaine spectral qu'il exploite, FUSE est en mesure d'observer la signature spectroscopique unique des quasars et d'étudier leur état », de mentionner M. Hutchings. Jusqu'à maintenant, il a observé des particularités qui n'auraient pu être observées autrement.

Il ajoute que le télescope a également dévoilé quelque chose de totalement nouveau - la quantité de gaz chaud présent dans l'Univers. « Les gaz chauds constituent une fraction plutôt importante de tout ce qui compose l'Univers. Ça, nous ne le savions pas. Donc, dans un sens, FUSE a découvert l'un des principaux constituants de l'Univers ».

FUSE est un télescope orbital exploité conjointement par la NASA, l'Agence spatiale canadienne et le Centre national d'études spatiales, à Toulouse, en France. Le Canada a fourni le système de caméras de pointage fin utilisé pour orienter le télescope. Ce système a été conçu par la société COM DEV, avec l'aide de l'Institut Herzberg d'astrophysique de Victoria, en Colombie-Britannique, lequel a fourni des conseils techniques et travaillé à sa conception. Parmi les partenaires du projet FUSE, figurent également la société Honeywell Technical Services Inc.*, le Johns Hopkins Applied Physics Laboratory*, l'Université du Colorado*, établie à Boulder, l'Université de la Californie*, à Berkeley, et l'Orbital Sciences Corporation*.

* (disponible en anglais seulement)