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Résumé

Wide field imaging DWG

Président : Patrick Coté, NRC Herzberg Institute of Astrophysics

De 2007 à 2009, un Groupe de travail spécialisé (GTS) représentant les milieux universitaire, gouvernemental et industriel a examiné les motivations scientifiques et les exigences techniques en vue d'une éventuelle participation de l'ASC à une mission d'imagerie UV/optique/IR à grand champ depuis l'espace. Le GTS a étudié plusieurs scénarios. Par exemple, l'ASC pourrait diriger la conception de la mission, le développement, la fabrication et l'exploitation du satellite. Ou encore, elle pourrait collaborer à l'une des missions en cours de développement à la NASA, l'ASE et la JAXA. Voici les conclusions du GTS :

L'existence d'un télescope spatial imageur à grand champ et à haute résolution d'une ouverture d'environ 1 m comblerait un immense besoin scientifique. Une telle installation permettrait aux astronomes d'étudier plusieurs questions capitales : la caractérisation de la nature de l'énergie noire et la mesure de l'équation d'état de l'Univers, la cartographie de la croissance des structures de matière noire en fonction du temps cosmique, l'observation directe de l'évolution « gastrophysique » des galaxies à partir de la « première lumière » jusqu'à aujourd'hui, le décodage des données fossiles sur l'assemblage des baryons dans les halos de matière noire en fusion dans les galaxies proches, et la caractérisation de l'évolution de la formation des étoiles au cours du temps cosmique.

Il va de soi que le choix des régions du spectre dans lesquelles fonctionnerait un tel télescope est assujetti aux objectifs scientifiques les plus prioritaires : l'étude de la nature de l'énergie noire et l'équation d'état de l'Univers requièrent des mesures dans l'infrarouge, tandis que l'étude de l'évolution des galaxies depuis la « première lumière » (c.-à-d. la formation de structures baryoniques à l'intérieur des halos de matière noire en fusion) est optimale aux longueurs d'onde optiques et UV. Il s'agit des questions parmi les plus pressantes en astrophysique, et pour faire progresser ces deux domaines, il faut disposer d'un télescope spatial imageur, car c'est seulement dans un environnement spatial que l'on pourra obtenir des images à grande résolution angulaire avec une fonction d'étalement ponctuel stable en grand champ (ce qui permettrait aussi d'observer des sources astrophysiques dans la région UV).

Les futures missions spatiales comme JWST et JDEM s'intéressent presque entièrement à la région IR. Avec la mise au rancart inévitable du télescope spatial Hubble (TSH), les astronomes du monde entier vont bientôt perdre la source d'imagerie UV/optique à haute résolution qui a joué un rôle révolutionnaire en astronomie depuis près de vingt ans, car aucune agence spatiale ne prévoit de mission de remplacement. La région du spectre sous ∼ 0,7 µm, où la réponse des deux missions JWST et JDEM tombe à zéro, est non seulement d'une importance cruciale dans l'étude de l'évolution des galaxies et de leurs étoiles constituantes au fil du temps cosmique, mais elle est aussi indispensable pour l'interprétation des observations dans les programmes d'étude de l'énergie noire aux longueurs d'onde plus grandes.

Le GTS estime que l'ASC pourrait profiter d'une occasion en or si elle assumait un rôle de leadership international en astronomie depuis l'espace, en misant sur ce besoin pressant de capacité d'imagerie spatiale dans le spectre UV/optique à grand champ et à haute résolution. Un tel projet pourrait prendre l'une des formes suivantes :

(1) télescope UV/optique spécialisé à limite de diffraction (∼ 0,2 – 0,8 µm) d'une ouverture de ∼ 1 m (ce pourrait être le Télescope spatial canadien, le TSC), qui offrirait la même résolution que le TSH, mais avec un champ de vision ∼ 100 fois supérieur (diamètre de base ∼ 45 po); ou

(2) Un canal optique/UV sur un imageur IR spécialisé, comme le JDEM, qui est actuellement prévu pour fonctionner seulement dans la plage de ∼ 0,7 à 1,7µm.

Le GTS préconise une stratégie à deux volets pour explorer davantage ces options. Tout d'abord, vu le rythme rapide de développement de la mission JDEM, dont l'accès ne sera pas ouvert aux utilisateurs étrangers, nous recommandons que l'ASC entreprenne immédiatement des discussions avec la NASA pour étudier les modalités de la participation canadienne à cette mission. L'analyse technique préliminaire faite par la NASA de la mission JDEM avait indiqué qu'elle aurait besoin des capacités techniques (dont les systèmes de guidage) développées par le Canada dans le cadre de sa participation aux missions JWST et FUSE et qui pourraient être utilisées pour la mission JDEM. L'ASC devrait étudier la possibilité de fournir ce type de matériel en échange d'un temps d'observation garanti pour les Canadiens ou d'un accès rapide aux données JDEM qui pourraient être utilisées à la fois pour les recherches sur l'énergie noire et d'autres sujets. En second lieu, le GTS a réalisé une étude préliminaire des exigences techniques pour une mission spécialisée, et il en ressort que ce serait une mission ambitieuse, mais réalisable pour l'ASC, d'une ampleur comparable à Radarsat, et offrant ainsi d'excellentes et nombreuses possibilités pour les industries canadiennes de tirer profit de leur expertise en conception et en fabrication de systèmes optiques, de systèmes de guidage, de systèmes de détection, de systèmes de contrôle d'attitude d'engins spatiaux et de systèmes déployables. Par conséquent, nous recommandons que l'on entreprenne immédiatement une étude complète de faisabilité pour un télescope de la classe de 1 m, y compris une analyse des coûts et des risques.

L'une ou l'autre option – direction par l'ASC d'une mission spécialisée ou participation à la mission JDEM – répondrait aux objectifs globaux du Plan à long terme (PLT) pour l'astronomie canadienne, publié en 2000. En tant que télescope spécialisé de la classe de 1 m, le TSC serait une mission « de prestige » pour l'astronomie canadienne – et pourrait même supplanter le Canadarm comme projet le plus visible jamais entrepris par l'ASC – et un candidat de choix pour le prochain PLT des astronomes canadiens. Ceux-ci se sont distingués dans presque tous les aspects d'une telle mission : l'imagerie à grand champ et à haute résolution, l'astronomie optique et UV, la formation des structures, la cosmologie et la physique fondamentale. Une telle mission pourrait également intéresser l'ensemble de la communauté astronomique canadienne, car elle constituerait un formidable outil de recherche pour pratiquement tous les autres domaines de l'astrophysique, y compris l'extérieur du système solaire et la ceinture de Kuiper, les objets proches de la Terre, les planètes extrasolaires et les naines brunes, la formation des étoiles, les structures galactiques, les galaxies actives, les trous noirs supermassifs et les objets datant de l'ère de la « première lumière ». Enfin, en combinant les possibilités d'imagerie à grand champ et à haute résolution du TSH et du télescope France-Canada-Hawaï (TFCH), qui ont été si efficaces dans les programmes de sensibilisation du public, cette mission serait une occasion sans précédent pour l'ASC de jouer un rôle de premier plan afin de transmettre au public l'importance de la science, de la technologie et de la recherche.