Euclid, l'un des télescopes spatiaux les plus précis et les plus stables jamais construits, a été lancé le 1er juillet 2023. Au cours de ses premiers mois dans l'espace, des équipes de toute l'Europe ont allumé, testé et préparé la mission pour les observations scientifiques de routine.
50 000 galaxies d'un seul coup
L'un des points forts d'Euclide est de pouvoir observer une grande partie du ciel en un seul cliché. C'est crucial pour une mission dont l'objectif premier est de cartographier plus d'un tiers du ciel en six ans.
Euclide suivra un mode d'observation dit « step-and-stare ». Cela signifie que le télescope observera une zone du ciel pendant environ 70 minutes, produisant des images et des spectres, puis il lui faudra quatre minutes pour passer à la zone suivante du ciel. Durant toute sa mission, Euclid effectuera plus de 40 000 de ces « pointages ».
"Grâce à son regard écarquillé sur le cosmos, à sa longue durée d'exposition et à sa sensibilité, le nombre de galaxies qu'Euclide peut voir en un seul point est énorme", explique Roberto Scaramella, scientifique chargé de l'étude Euclide à l'Institut national d'astrophysique (INAF) en Italie, et responsable du groupe d'enquête du consortium depuis le début de la mission.
Roberto devait s'assurer que l'enquête était conçue de manière à répondre aux objectifs scientifiques. L’un des principaux objectifs d’Euclide est de mesurer plus en détail que jamais la forme de milliards de galaxies au cours de milliards d’années d’histoire cosmique, afin de fournir une vue 3D de la répartition de la matière noire dans notre Univers.
« Pour étudier les distorsions individuelles des galaxies par la matière noire, nous devons observer au moins 1,5 milliard de galaxies. Euclide observera les formes d'environ 50 000 galaxies avec la précision nécessaire en un seul coup, et en repèrera de nombreuses autres plus faibles », ajoute Roberto.
Cependant, peu de temps après avoir allumé les instruments d'Euclide pour la première fois, l'équipe s'est rendu compte que l'ensemble de l'exploration devait être repensé.
Un changement d'attitude
Le problème était qu'une infime quantité de lumière solaire indésirable atteignait l'instrument visible (VIS) d'Euclide sous des angles spécifiques, même avec le pare-soleil du vaisseau spatial (son dos) tourné vers le Soleil.
« Le plan initial était qu'Euclide garde son pare-soleil face au Soleil. Mais peu de temps après le lancement, une lumière perturbante provenant du Soleil a été détectée dans les images de test », explique Ismael Tereno de l'Université de Lisbonne, au Portugal, et chef de l'équipe de soutien aux opérations de l'enquête Euclid, opérée avec le soutien de l'Agence spatiale portugaise.
« Après d’intenses recherches de problèmes, les équipes scientifiques, techniques et industrielles ont découvert que pour que cette lumière disparaisse, Euclide devait observer avec une orientation (attitude) différente par rapport au Soleil. Cela signifiait que la conception originale de l’enquête ne fonctionnerait plus. Nous avons dû rapidement élaborer une nouvelle stratégie, la mettre en œuvre et la tester », ajoute João Dinis, également de l'Université de Lisbonne, au Portugal, qui, avec Ismael, était responsable de la (re)conception de l'enquête.
Pour minimiser l'effet de la lumière solaire « parasite », les équipes ont découvert qu'Euclide devait observer avec un angle de rotation plus restreint, de sorte que le pare-soleil ne soit pas directement face au Soleil, avec une inclinaison légère mais percutante dans une direction. Avec cette nouvelle attitude restreinte, certaines parties du ciel ne pouvaient être atteintes depuis aucun point de l'orbite d'Euclide autour de L2. « Il s'est avéré très difficile de trouver une bonne solution d'enquête et nous avons dû retourner à la planche à dessin », se souvient Ismael.
Un puzzle géant
Ce fut le début d’une phase très intense pour João, Ismael et les équipes d’enquête et scientifiques. « João a rapidement compris ce qui devait être modifié, puis a travaillé 24 heures sur 24 pour proposer une refonte réalisable », explique Ismael.
La conception de l’enquête Euclid a été un casse-tête géant. Outre les objectifs scientifiques et l’angle sous lequel Euclide devait observer, de nombreux autres facteurs devaient être pris en compte.
Les enquêtes larges et approfondies d'Euclide au cours des 6 prochaines années
La plus grande partie des observations de la mission sera consacrée à un relevé « large », couvrant plus d'un tiers du ciel. L'enquête à grande échelle est complétée par une enquête approfondie, prenant environ 10 % du temps total d'observation. En dehors de cela, des observations d’étalonnage de routine ont également dû être programmées pour répondre au puzzle. Xavier Dupac, chercheur scientifique de l'ESA au Centre d'opérations scientifiques de l'ESAC en Espagne, s'est assuré que l'enquête conçue par João, Ismael et l'équipe pouvait être exécutée. « Par exemple, nous devons prendre en compte le temps nécessaire au vaisseau spatial pour passer d’une position d’observation à la suivante. Ces temps doivent être inclus dans la conception de l'enquête en plus du temps d'observation réel », explique Xavier.
En fin de compte, les équipes ont trouvé une solution réalisable qui impliquait davantage de chevauchements entre les observations adjacentes. L'étude d'Euclide est désormais légèrement moins efficace, mais toutes les zones nécessaires du ciel peuvent être atteintes et la perte globale de zone d'étude est réduite au minimum.
"Les équipes ont travaillé très dur pour repenser l'enquête en peu de temps. Il s'agit d'une réussite majeure", déclare Valeria Pettorino, scientifique du projet Euclid pour l'ESA. "Et ce n'est pas la fin de l'histoire. À mesure que la mission avance et les résultats scientifiques commencent à arriver, les équipes continueront à optimiser l’enquête, et seront prêtes à l’adapter si besoin.
Regard sur la première année d'enquête d'Euclide
Euclide a officiellement commencé son enquête. Le télescope devrait actuellement observer une zone de 130 degrés carrés, soit plus de 500 fois la superficie de la pleine Lune, au cours des 14 prochains jours. Cette zone est en direction des constellations de Caelum et Pictor dans l'hémisphère sud.
L’année prochaine, Euclid couvrira environ 15 % de son enquête. Cette première année de données cosmologiques sera diffusée à la communauté à l’été 2026. Une diffusion plus restreinte de données d’observations en champ profond est prévue pour le printemps 2025.
À propos d’Euclide
Euclid est une mission européenne, construite et exploitée par l'ESA, avec la contribution de la NASA. Le Consortium Euclid – composé de plus de 2 000 scientifiques provenant de 300 instituts répartis dans 13 pays européens, aux États-Unis, au Canada et au Japon – était chargé de fournir les instruments scientifiques et assurera l'analyse des données scientifiques. L'ESA a choisi Thales Alenia Space comme maître d'œuvre pour la construction du satellite et de son module de service, tandis qu'Airbus Defence and Space a été choisi pour développer le module de charge utile, y compris le télescope. La NASA a fourni les détecteurs du spectromètre et photomètre proche infrarouge, NISP. Euclid est une mission de classe moyenne du programme Cosmic Vision de l'ESA.
L'un des points forts d'Euclide est de pouvoir observer une grande partie du ciel en un seul cliché. C'est crucial pour une mission dont l'objectif premier est de cartographier plus d'un tiers du ciel en six ans.
Euclide suivra un mode d'observation dit « step-and-stare ». Cela signifie que le télescope observera une zone du ciel pendant environ 70 minutes, produisant des images et des spectres, puis il lui faudra quatre minutes pour passer à la zone suivante du ciel. Durant toute sa mission, Euclid effectuera plus de 40 000 de ces « pointages ».
"Grâce à son regard écarquillé sur le cosmos, à sa longue durée d'exposition et à sa sensibilité, le nombre de galaxies qu'Euclide peut voir en un seul point est énorme", explique Roberto Scaramella, scientifique chargé de l'étude Euclide à l'Institut national d'astrophysique (INAF) en Italie, et responsable du groupe d'enquête du consortium depuis le début de la mission.
Roberto devait s'assurer que l'enquête était conçue de manière à répondre aux objectifs scientifiques. L’un des principaux objectifs d’Euclide est de mesurer plus en détail que jamais la forme de milliards de galaxies au cours de milliards d’années d’histoire cosmique, afin de fournir une vue 3D de la répartition de la matière noire dans notre Univers.
« Pour étudier les distorsions individuelles des galaxies par la matière noire, nous devons observer au moins 1,5 milliard de galaxies. Euclide observera les formes d'environ 50 000 galaxies avec la précision nécessaire en un seul coup, et en repèrera de nombreuses autres plus faibles », ajoute Roberto.
Cependant, peu de temps après avoir allumé les instruments d'Euclide pour la première fois, l'équipe s'est rendu compte que l'ensemble de l'exploration devait être repensé.
Un changement d'attitude
Le problème était qu'une infime quantité de lumière solaire indésirable atteignait l'instrument visible (VIS) d'Euclide sous des angles spécifiques, même avec le pare-soleil du vaisseau spatial (son dos) tourné vers le Soleil.
« Le plan initial était qu'Euclide garde son pare-soleil face au Soleil. Mais peu de temps après le lancement, une lumière perturbante provenant du Soleil a été détectée dans les images de test », explique Ismael Tereno de l'Université de Lisbonne, au Portugal, et chef de l'équipe de soutien aux opérations de l'enquête Euclid, opérée avec le soutien de l'Agence spatiale portugaise.
« Après d’intenses recherches de problèmes, les équipes scientifiques, techniques et industrielles ont découvert que pour que cette lumière disparaisse, Euclide devait observer avec une orientation (attitude) différente par rapport au Soleil. Cela signifiait que la conception originale de l’enquête ne fonctionnerait plus. Nous avons dû rapidement élaborer une nouvelle stratégie, la mettre en œuvre et la tester », ajoute João Dinis, également de l'Université de Lisbonne, au Portugal, qui, avec Ismael, était responsable de la (re)conception de l'enquête.
Pour minimiser l'effet de la lumière solaire « parasite », les équipes ont découvert qu'Euclide devait observer avec un angle de rotation plus restreint, de sorte que le pare-soleil ne soit pas directement face au Soleil, avec une inclinaison légère mais percutante dans une direction. Avec cette nouvelle attitude restreinte, certaines parties du ciel ne pouvaient être atteintes depuis aucun point de l'orbite d'Euclide autour de L2. « Il s'est avéré très difficile de trouver une bonne solution d'enquête et nous avons dû retourner à la planche à dessin », se souvient Ismael.
Un puzzle géant
Ce fut le début d’une phase très intense pour João, Ismael et les équipes d’enquête et scientifiques. « João a rapidement compris ce qui devait être modifié, puis a travaillé 24 heures sur 24 pour proposer une refonte réalisable », explique Ismael.
La conception de l’enquête Euclid a été un casse-tête géant. Outre les objectifs scientifiques et l’angle sous lequel Euclide devait observer, de nombreux autres facteurs devaient être pris en compte.
Les enquêtes larges et approfondies d'Euclide au cours des 6 prochaines années
La plus grande partie des observations de la mission sera consacrée à un relevé « large », couvrant plus d'un tiers du ciel. L'enquête à grande échelle est complétée par une enquête approfondie, prenant environ 10 % du temps total d'observation. En dehors de cela, des observations d’étalonnage de routine ont également dû être programmées pour répondre au puzzle. Xavier Dupac, chercheur scientifique de l'ESA au Centre d'opérations scientifiques de l'ESAC en Espagne, s'est assuré que l'enquête conçue par João, Ismael et l'équipe pouvait être exécutée. « Par exemple, nous devons prendre en compte le temps nécessaire au vaisseau spatial pour passer d’une position d’observation à la suivante. Ces temps doivent être inclus dans la conception de l'enquête en plus du temps d'observation réel », explique Xavier.
En fin de compte, les équipes ont trouvé une solution réalisable qui impliquait davantage de chevauchements entre les observations adjacentes. L'étude d'Euclide est désormais légèrement moins efficace, mais toutes les zones nécessaires du ciel peuvent être atteintes et la perte globale de zone d'étude est réduite au minimum.
"Les équipes ont travaillé très dur pour repenser l'enquête en peu de temps. Il s'agit d'une réussite majeure", déclare Valeria Pettorino, scientifique du projet Euclid pour l'ESA. "Et ce n'est pas la fin de l'histoire. À mesure que la mission avance et les résultats scientifiques commencent à arriver, les équipes continueront à optimiser l’enquête, et seront prêtes à l’adapter si besoin.
Regard sur la première année d'enquête d'Euclide
Euclide a officiellement commencé son enquête. Le télescope devrait actuellement observer une zone de 130 degrés carrés, soit plus de 500 fois la superficie de la pleine Lune, au cours des 14 prochains jours. Cette zone est en direction des constellations de Caelum et Pictor dans l'hémisphère sud.
L’année prochaine, Euclid couvrira environ 15 % de son enquête. Cette première année de données cosmologiques sera diffusée à la communauté à l’été 2026. Une diffusion plus restreinte de données d’observations en champ profond est prévue pour le printemps 2025.
À propos d’Euclide
Euclid est une mission européenne, construite et exploitée par l'ESA, avec la contribution de la NASA. Le Consortium Euclid – composé de plus de 2 000 scientifiques provenant de 300 instituts répartis dans 13 pays européens, aux États-Unis, au Canada et au Japon – était chargé de fournir les instruments scientifiques et assurera l'analyse des données scientifiques. L'ESA a choisi Thales Alenia Space comme maître d'œuvre pour la construction du satellite et de son module de service, tandis qu'Airbus Defence and Space a été choisi pour développer le module de charge utile, y compris le télescope. La NASA a fourni les détecteurs du spectromètre et photomètre proche infrarouge, NISP. Euclid est une mission de classe moyenne du programme Cosmic Vision de l'ESA.
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