La NASA prépare déjà son prochain télescope spatial. PRIMA, c’est son nom, observera le cosmos dans l’infrarouge lointain, au cœur des nuages de poussière où naissent étoiles et planètes.
Le 30 août dernier, le télescope Nancy Grace Roman prenait son envol à bord d’une fusée Falcon Heavy de SpaceX. Il file désormais vers son poste d’observation, à environ 1,5 million de kilomètres de la Terre, où l’attend déjà le James-Webb. Avec Hubble, toujours actif après 36 ans en orbite, ils forment le trio vedette de l’agence spatiale américaine. Place au futur maintenant.
Mieux comprendre les trous noirs supermassifs
En effet, l’agence spatiale américaine vient d’annoncer la sélection de PRIMA, pour « Probe far-Infrared Mission for Astrophysics ». Ce télescope inaugure une nouvelle catégorie de missions, baptisée « Probe Explorers », qui se glisse entre les petits satellites scientifiques au budget serré, comme SPHEREx, et les grands observatoires.
Sa spécialité sera d’observer l’Univers en infrarouge lointain, c’est-à-dire une lumière que l’œil humain ne perçoit pas. Elle est émise par les objets les plus froids de l’Univers, comme le gaz et la poussière qui flottent entre les étoiles. Mais cette poussière bloque la lumière visible et masque ce qui s’y cache : PRIMA pourra percer ce voile, sur des longueurs d’onde allant d’un tiers de l’épaisseur d'un cheveu à celle de deux feuilles de papier. Il comblera ainsi le vide entre le James-Webb et les radiotélescopes.
Son premier terrain de chasse : les galaxies et les trous noirs supermassifs tapis en leur cœur. PRIMA doit retracer comment ils ont grandi et évolué au fil de l’histoire de l’Univers. Il pourra observer les moments où ces trous noirs « s'allument » et expulsent d’immenses quantités de gaz, mais aussi les périodes où certaines galaxies fabriquent des étoiles 10 à 100 fois plus vite que la normale. Plus près de nous, le télescope étudiera la naissance des étoiles et des planètes, l’atmosphère des exoplanètes et la composition de certains corps du Système solaire.
Réaliser une telle prouesse va évidemment nécessiter une technologie incroyablement complexe. Pour ne pas être aveuglé par sa propre chaleur, le miroir de 1,8 mètre de PRIMA sera refroidi à plusieurs centaines de degrés sous zéro. Il sera associé à des détecteurs supraconducteurs.
Décollage prévu en 2033
C’est le Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA, en Californie, qui pilotera le projet. Le CNES, l’agence spatiale française, est en outre cité comme partenaire. « Avec nos télescopes Webb et Roman, nous avons instauré une cadence de lancement de missions de premier plan dans chaque moitié de décennie. Nous allons la maintenir et ouvrir la prochaine décennie avec PRIMA », note Shawn Domagal-Goldman, directeur de la division astrophysique de l’agence.
Concrètement, PRIMA entre en « Phase B » : les ingénieurs vont affiner sa conception et mettre au point les technologies qui l’équiperont. À noter qu’il ne s’agit pas encore d’un feu vert définitif, puisqu’une revue devra valider le passage à la construction. Le décollage, lui, est visé pour 2033, pour une mission de cinq ans.
L’infrarouge lointain correspond à des longueurs d’onde plus grandes que l’infrarouge “classique”, typiquement de quelques dizaines à quelques centaines de micromètres. Cette lumière est surtout émise par des objets froids (poussières, gaz, grains glacés) qui rayonnent peu ou pas dans le visible. Depuis le sol, une grande partie de ce signal est absorbée par la vapeur d’eau et d’autres composants de l’atmosphère, ce qui limite fortement les observations. Placer l’instrument dans l’espace évite ces “filtres” atmosphériques et permet des mesures plus sensibles et plus stables. Résultat : on accède à des régions et des phénomènes quasiment invisibles aux télescopes optiques.
Les nuages de poussière diffusent et absorbent efficacement la lumière visible, ce qui rend les régions de formation stellaire opaques à ces longueurs d’onde. En infrarouge lointain, l’interaction avec les grains de poussière est différente : une partie du rayonnement traverse mieux le milieu, et la poussière elle-même devient une source lumineuse car elle réémet l’énergie absorbée. En pratique, on ne “voit” pas comme avec une caméra classique : on cartographie un rayonnement thermique qui révèle la présence, la température et parfois la densité de ces nuages. Cela aide à suivre les étapes clés, de l’effondrement des nuages jusqu’aux disques protoplanétaires. Les signatures spectrales dans ces bandes peuvent aussi renseigner sur la composition (glaces, molécules simples).
Une mission « Probe » désigne une classe intermédiaire, conçue pour aller plus vite et coûter moins cher qu’un “flagship” (grand observatoire), tout en offrant des capacités nettement supérieures à celles de petits satellites scientifiques. L’idée est de cadrer des objectifs scientifiques ambitieux dans un budget et un calendrier plus contraints, avec un niveau de risque technique maîtrisé. Ces missions servent souvent à combler un “trou” d’observation entre instruments existants, par exemple entre l’infrarouge moyen et le domaine radio. Elles peuvent aussi tester des technologies ou des architectures instrumentales réutilisables pour de futurs observatoires plus massifs. C’est un levier pour multiplier les fenêtres d’observation sans attendre des décennies entre deux grands projets.
