Comment SPHEREx de la NASA cartographie l'ensemble du ciel en 102 couleurs

Un télescope qui voit l'univers en 102 nuances d'infrarouge

La plupart des télescopes spatiaux effectuent des zooms sur des cibles spécifiques : une galaxie lointaine, une étoile proche, une seule nébuleuse. SPHEREx (Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization and Ices Explorer) fait l'inverse. Lancé le 12 mars 2025 à bord d'une fusée Falcon 9 de SpaceX, cet observatoire de la NASA est conçu pour photographier l'ensemble du ciel dans 102 couleurs infrarouges sur une mission primaire de deux ans, créant ainsi la carte spectrale la plus détaillée du cosmos jamais assemblée.

Le résultat n'est pas qu'une simple image esthétique. Chacune de ces 102 longueurs d'onde transporte des informations chimiques et physiques uniques, permettant aux scientifiques de poursuivre simultanément trois objectifs scientifiques ambitieux : sonder les conséquences du Big Bang, rechercher les éléments constitutifs de la vie dans l'espace interstellaire et cataloguer des centaines de millions de galaxies en trois dimensions.

Comment SPHEREx fonctionne : la spectroscopie rencontre la chaîne de montage

Au cœur du vaisseau spatial se trouve un modeste télescope en aluminium de 20 centimètres, soit à peu près le diamètre d'une assiette, associé à six réseaux de détecteurs au mercure-cadmium-tellure. Le télescope est refroidi par rayonnement à environ 80 K (-193 °C), les détecteurs étant refroidis encore davantage à 55 K, afin qu'ils puissent capter de faibles signaux infrarouges sans interférence de la propre chaleur du vaisseau spatial.

SPHEREx utilise une technique appelée spectrophotométrie. Au lieu de prendre un instantané à large bande, il image la même bande de ciel 102 fois séparément, chacune à travers un filtre à bande étroite différent. Imaginez que vous photographiez chaque portion de l'univers à travers 102 lentilles teintées différemment. Les filtres couvrent des longueurs d'onde allant de 0,75 à 5,0 micromètres, couvrant la lumière proche infrarouge invisible à l'œil humain.

Alors que le vaisseau spatial orbite d'un pôle à l'autre, il capture environ 3 600 images par jour le long d'une bande circulaire. Le mouvement de la Terre autour du Soleil décale progressivement le champ de vision, de sorte qu'après six mois, SPHEREx a scanné une fois l'ensemble du ciel. Au cours de sa mission de deux ans, il effectuera quatre relevés complets du ciel, chaque passage améliorant la sensibilité et la précision des données.

Objectif 1 : Les empreintes digitales du Big Bang

L'une des questions les plus profondes de la cosmologie est de savoir ce qui s'est passé dans la première fraction de seconde après le Big Bang. La théorie dominante, l'inflation cosmique, propose que l'univers s'est étendu d'un facteur d'un billion de billions en moins d'un milliardième de milliardième de milliardième de seconde. Cette croissance explosive aurait dû laisser des schémas statistiques subtils dans la façon dont les galaxies sont réparties dans l'espace.

SPHEREx mesurera les positions et les distances de plus de 450 millions de galaxies, construisant une carte 3D suffisamment grande pour tester les modèles concurrents d'inflation. Certaines galaxies de l'étude sont si éloignées que leur lumière a voyagé pendant 10 milliards d'années pour atteindre le télescope, offrant une fenêtre sur le passé lointain de l'univers.

Objectif 2 : Cartographie de la glace interstellaire

La vie sur Terre dépend de l'eau, du dioxyde de carbone et des molécules organiques, et tous peuvent être trouvés gelés sur de minuscules grains de poussière dérivant dans l'espace interstellaire. La vision infrarouge de SPHEREx est spécialement conçue pour détecter les signatures chimiques de la glace d'eau, de la glace de dioxyde de carbone, de la glace de monoxyde de carbone et du méthanol.

Les premiers résultats ont déjà été livrés. Au cours de sa première année, SPHEREx a cartographié la glace interstellaire dans des régions de la Voie lactée de plus de 600 années-lumière de large, y compris le complexe turbulent de formation d'étoiles Cygnus X. Ces « glaciers interstellaires » se trouvent à l'intérieur de nuages moléculaires géants où naissent de nouvelles étoiles et de nouveaux systèmes planétaires, ce qui signifie que le matériau glacé que SPHEREx suit pourrait éventuellement faire partie de futures planètes, d'océans et peut-être de la vie.

Objectif 3 : La lueur cachée des galaxies

Au-delà des galaxies individuelles, SPHEREx mesure le fond infrarouge cosmique, la lueur collective produite par toutes les galaxies, y compris celles qui sont trop faibles ou trop éloignées pour être observées individuellement. En analysant les fluctuations de cette lumière de fond, les scientifiques peuvent en apprendre davantage sur les populations de galaxies qui n'ont jamais été directement détectées, comblant ainsi les lacunes dans notre compréhension de l'histoire cosmique.

Pourquoi SPHEREx est important

Là où le télescope spatial James Webb excelle dans les observations profondes et étroites de cibles individuelles, SPHEREx échange la profondeur contre l'étendue. Son approche de l'ensemble du ciel signifie que chaque astronome, des cosmologistes aux planétologues, peut exploiter ses données publiées publiquement pour de nouvelles découvertes. La mission a déjà révélé des structures inattendues dans la distribution de la glace interstellaire et devrait générer des informations pendant des décennies après la fin de son dernier relevé.

Pour un vaisseau spatial avec un miroir pas plus grand qu'une assiette, SPHEREx répond à certaines des plus grandes questions de la science : Comment l'univers a-t-il commencé ? D'où vient l'eau ? Et combien de galaxies y a-t-il réellement ?