Les télescopes cosmiques

Ken Tapping, le 26 août 2015

Dans le ciel cette semaine…

  • Période peu propice à l’observation des planètes. Jupiter disparaît dans la lumière du Soleil.
  • Vénus et Mars se perdent dans les lueurs de l’aube.
  • Saturne apparaît au sud-ouest.
  • La Lune sera pleine le 29.

À quel moment a-t-on découvert le verre? On l’ignore, mais l’on soupçonne que c’est le fruit d’un accident, peut-être lorsque quelqu’un a allumé un feu particulièrement ardent sur le sable… Quoi qu’il en soit, cette découverte remonte à des temps immémoriaux. On ne sait lequel de nos ancêtres s’est aperçu qu’en faisant tourner entre ses doigts un morceau de verre de forme elliptique – plus épais au centre et plus mince au pourtour – il pouvait brûler la peau ou enflammer des objets. Ces premières expériences sont à l’origine des instruments d’optique modernes : télescopes, appareils-photo et autres. Les lentilles rudimentaires et leurs répliques modernes reposent toutes sur un principe de physique fondamental : la lumière voyage plus lentement à travers le verre que l’air. C’est la base du fonctionnement des télescopes modernes et des autres instruments d’optique.

Imaginez une longue filée de patineurs, bras dessus, bras dessous, patinant droit devant eux sur une seule ligne. Si le patineur du milieu ralentit, que les deux sur ses flancs ralentissent aussi, mais un peu moins, et que le mouvement de décélération se propage toujours en gradation de plus en plus faible vers les extrémités, la ligne s’incurve jusqu’à se refermer sur elle-même et les patineurs se massent au centre. On peut reproduire ce phénomène en optique au moyen d’une lentille ou d’un miroir pour concentrer les rayons lumineux en un même point. Cette capacité est essentielle en astronomie, car la plupart des objets dans le cosmos sont très peu lumineux. C’est pourquoi nous déployons autant d’efforts à construire des collecteurs de lumière de plus en plus gros pour équiper les télescopes. Le plus grand actuellement en chantier possédera un collecteur de 30 mètres de diamètre. Il existe toutefois un moyen d’obtenir un collecteur beaucoup plus grand, voire plus grand qu’une galaxie. Incroyable, direz-vous, pourtant cet instrument fait aujourd’hui partie de notre panoplie d’outils de recherche de base.

Nous devons cette prouesse à Albert Einstein et aux autres physiciens qui ont étudié les propriétés de l’espace-temps. Leurs travaux ont révélé que les objets massifs de grande taille, tels que les planètes, les étoiles ou les galaxies, déforment l’espace, un peu comme une grosse balle de plomb lâchée sur une toile élastique l’étirerait et y formerait une dépression. Imaginez maintenant une patinoire dont le centre comporterait une dépression semblable et sur laquelle nos patineurs viendraient glisser main dans la main et tous à la même vitesse cette fois. Les patineurs au centre auront une plus grande distance à parcourir que ceux sur les côtés, car il leur faudra descendre et remonter les côtés de la cuvette creusée dans la glace. Le patineur qui passera par le centre du trou sera le plus touché, mais tous ceux qui auront eu à le traverser auront pris du retard sur les autres; la file s’incurvera et les patineurs s’entasseront au centre. Le trou agit comme une lentille.

La distorsion de l’espace induite par une galaxie massive agit sur la lumière comme la dépression dans la glace sur les patineurs. Elle incurve la lumière et la concentre en un point. C’est ce que l’on appelle une lentille gravitationnelle. La galaxie fait office de collecteur de lumière gigantesque et concentre la lumière très faible émise ou réfléchie par des objets distants. Sans cet effet de concentration, leur lumière ne nous serait jamais perceptible. Nous ne pouvons évidemment exploiter l’effet de lentille que si une galaxie de grande taille est commodément située dans la direction qui nous intéresse. De plus, les images obtenues nécessitent parfois un traitement intensif pour corriger les défauts causés par les imperfections des lentilles et les rendre intelligibles. Il reste que sans l’effet produit par les lentilles gravitationnelles, une grande partie de l’Univers demeurerait invisible à nos yeux.

Les télescopes cosmiques ne remplaceront jamais les télescopes terrestres ni spatiaux puissants, mais ils sont un complément précieux à notre arsenal d’observation, car ils permettent de répondre à des questions sur le passé lointain de l’Univers et ses régions éloignées, à l’époque de la genèse des étoiles et des galaxies.

Ken Tapping est astronome à l'Observatoire de radio-astrophysique du Conseil national de recherches du Canada, à Penticton (C.-B.) V2A 6J9.

Tél. : 250-497-2300
Téléc. : 250-497-2355
Courriel : ken.tapping@nrc-cnrc.gc.ca

Date de modification :