Aux yeux de l'homme, le ciel nocturne est un confetti d'étoiles. De puissants télescopes nous montrent les planètes lointaines et les galaxies lointaines que nos rétines chétives ne peuvent pas voir. Mais même le télescope spatial Hubble ne peut pas révéler tout ce qui se trouve là-bas. De nombreux objets - les étoiles pétillantes connues sous le nom de naines brunes, par exemple - sont trop froids pour émettre de la lumière visible, qui ne représente qu'une infime partie du spectre électromagnétique. Cependant, ils émettent de l’énergie sous une forme invisible: des longueurs d’onde plus longues, appelées rayonnement infrarouge. Des objets incroyablement chauds, tels que des étoiles explosives appelées supernovas, dégagent une grande partie de leur énergie dans des longueurs d'onde plus courtes et invisibles: les rayons gamma et les rayons X.
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Heureusement, d'autres télescopes traduisent ces lunettes en images que nous pouvons comprendre. Dans les années 1990 et au début des années 2000, la NASA a lancé des télescopes spatiaux connus sous le nom de Grands observatoires. Le premier et le plus célèbre, Hubble, est spécialisé dans la lumière visible. Des instruments moins connus mais tout aussi essentiels se concentrent sur différentes longueurs d'onde.
«L'objet était de disposer d'un télescope majeur dans chaque partie du spectre électromagnétique», explique Giovanni Fazio, astrophysicien au Centre d'astrophysique Harvard-Smithsonian. «Lorsque vous regardez l’univers dans différentes longueurs d’onde, vous obtenez une image complètement différente. Ce sont toutes des pièces d'un puzzle.
Le lancement de Hubble en 1990 a été suivi de celui de Compton (1991), qui a observé les rayons gamma, de Chandra (1999), qui étudie les rayons X, et de Spitzer (2003), le télescope à infrarouge. Compton est tombé sur Terre en 2000, se désintégrant dans l’atmosphère et éclaboussant comme prévu dans l’océan Pacifique. (Un autre télescope spatial, Fermi, l'a remplacé en 2008.) Mais Spitzer et Chandra sont toujours en train de monter - en marche -, courant, dévoilant les secrets de l'univers et dépassant les espoirs des personnes qui ont contribué à les créer.
Les images du télescope représentant des étoiles clignotantes et des trous noirs gloutons sont composées de fausses couleurs que les scientifiques attribuent aux différentes longueurs d'onde détectées par les télescopes. En plus d'être chargées de données, ces images sont tout simplement magnifiques à regarder. Pulsant de rose flamant, d'indigo et de safran, certains sont presque psychédéliques - une galaxie fleurie semble respirer par le feu - tandis que d'autres évoquent des formes naturelles délicates: toiles d'araignées, givre de vitre, traînées de fumée. Quelques-uns ont une qualité presque spectrale, en particulier «La main de Dieu», le portrait d'un jeune pulsar de Chandra dans lequel des doigts bleus fantomatiques semblent caresser le ciel.
La plupart des télescopes satellites, y compris Hubble, entourent la Terre, mais Spitzer tourne autour du Soleil, traînant derrière la Terre sur son orbite. Ainsi, Spitzer non seulement évite l'atmosphère de la Terre, ce qui obscurcirait la vue du télescope, mais également la chaleur de la Terre et de la Lune. Une réserve d’hélium liquide a initialement refroidi l’instrument presque au zéro absolu - ou à moins 459 degrés Fahrenheit (température la plus basse possible) - afin que le rayonnement du télescope ne perturbe pas ses lectures.
Spitzer regarde les parties les plus froides de l'univers. L'infrarouge est associé à des températures comprises entre moins 450 et plus 6 000 degrés. Bien que 6 000 degrés ne sonnent pas froid, les astronomes sont habitués à enregistrer des corps à des millions de degrés.
Le télescope a détecté des radiations provenant d’exoplanètes de type Jupiter dans des orbites serrées autour d’autres étoiles, et il a localisé des naines brunes qui, s’ils hébergent leurs propres mini-systèmes solaires, pourraient être des bases idéales pour la vie. Spitzer peut également scruter la poussière étouffante des bras spiraux de galaxies lointaines pour voir où les étoiles sont en train de naître. Ces observations peuvent donner un aperçu de la formation de notre propre système solaire.
La puissance la plus étonnante du télescope est peut-être sa capacité à visualiser l'univers à ses balbutiements. Regarder au fond de l’espace revient à regarder dans le passé, explique Fazio, qui a conçu une partie de Spitzer. À mesure que l’univers, vieux de 13, 7 milliards d’années, s’agrandit, la lumière visible s’étire en infrarouge, un phénomène connu sous le nom de redshift. En se concentrant sur la lumière infrarouge, les scientifiques de Spitzer espéraient voir l'univers à l'âge de deux milliards d'années, mais ils remontent beaucoup plus loin dans le temps. «Nous sommes maintenant en mesure de remonter à 700 millions d’années», a déclaré Fazio, il ya environ 13 milliards d’années. Les observations de Spitzer suggèrent que les galaxies avaient déjà commencé à se former alors que l'univers n'avait que 400 à 500 millions d'années, beaucoup plus tôt que prévu.
Chandra, le télescope à rayons X, suit une orbite elliptique autour de la Terre, volant 200 fois plus haut que Hubble. Chandra est spécialisée dans les phénomènes violents, tels que les fusées éclairantes de jeunes stars et les explosions de supernovas. «Ce que nous aimons savoir, c'est ce qui se passait à l'intérieur de l'étoile juste avant l'explosion, quels sont les détails de l'explosion elle-même et ce qui se passe après l'explosion», a déclaré Harvey Tananbaum, directeur du Smithra- nian Astrophysical Observatory, Chandra X- Ray Center.
Chandra sonde également des objets avec des champs gravitationnels ou magnétiques extrêmes, comme des étoiles à neutrons et des trous noirs. Certains scientifiques s’attendent à ce que Chandra joue un rôle crucial dans l’étude de la matière noire et de l’énergie noire mal comprises, des forces mystérieuses qui constituent la majeure partie des matériaux de l’univers. Mais le télescope a également révélé de nouvelles choses sur des vues plus familières: les anneaux de Saturne, il s’avère, scintillent de rayons X.
Parfois, les astronomes produisent des images en utilisant les données des trois télescopes. En 2009, le trio a généré une vue composite époustouflante du cœur de la Voie lactée. Hubble a montré d'innombrables étoiles, Spitzer a capturé des nuages de poussière radiants et Chandra a suivi les émissions de rayons X du matériau situé près d'un trou noir.
Les télescopes ne peuvent pas durer éternellement. Spitzer a manqué de liquide de refroidissement l'année dernière, bien que certaines parties soient encore suffisamment froides pour fonctionner, et le télescope a commencé à s'éloigner de la Terre. «Ça va être triste de le voir partir», dit Fazio. «Cela a été une partie importante de ma vie au cours des 25 dernières années. Mais nous continuons d'exploiter les données et de trouver de nouvelles données. »En 2015, le Webb, un nouveau télescope infrarouge capable de capter 58 fois plus de lumière que Spitzer, devrait fonctionner là où Spitzer s'arrête.
Chandra fonctionne toujours bien et les scientifiques s'attendent à ce que l'instrument continue à être utilisé pendant au moins une autre décennie. À terme, peut-être dans un siècle, le télescope usé glissera probablement trop près de la Terre et brûlera dans l’atmosphère. Mais nous avons encore beaucoup d’images éclairantes à espérer.
Abigail Tucker est l’écrivain de Smithsonian .
L’observatoire à rayons X de Chandra a montré des gaz chauffés par des explosions et par un trou noir. (NASA / CXC / UMass / D. Wand et al.) 
Le centre de notre galaxie de la Voie lactée est encore plus époustouflant lorsqu'il est composé de données provenant de trois instruments spatiaux sensibles à différentes longueurs d'onde. (NASA / CXC / UMass / D. Wand et al.) 
Le télescope spatial Spitzer a capté la lumière infrarouge et détecté des nuages de poussière. (NASA / JPL-Caltech / SSC / S. Stolovy) 
Le télescope spatial Hubble, réglé sur le proche infrarouge, a révélé des zones actives de formation d'étoiles. (NASA / ESA / STScl / D. Wang et al.) 
Depuis près de 12 ans, le télescope spatial Chandra observe les signatures des rayons X d'objets de haute énergie. La nébuleuse "Main de Dieu", longue de 150 années-lumière, est formée par le gaz chaud vomi par un pulsar ou par une étoile à neutrons en rotation rapide. (NASA / CXC / SAO / P. Slane et autres) 
La galaxie spirale NGC 4258 a deux bras bleus fantomatiques contenant des gaz chauffés par de violentes ondes de choc, le produit de particules éjectées d'un trou noir. (NASA / CXC / Université du Maryland / AS Wilson et al.) 
Chandra excelle dans la capture du chaos. Une caractéristique astronomique appelée Cas A, dans la constellation de Cassiopée, est une explosion de débris qui s’étend à des millions de kilomètres à l’heure; il a été tiré d'une supernova qui est devenu visible sur Terre il y a seulement 300 ans. (NASA / CXC / MIT / UMass Amherst MD Stage et al.) 
La nébuleuse M17, la partie la plus brillante de l'image ci-dessus, a été documentée par l'astronome Charles Messier en 1764. Le télescope Spitzer, qui se concentre sur le rayonnement infrarouge émanant de la poussière chauffée, est capable de voir les structures associées à la nébuleuse. (NASA / JPL-Caltech / M. Povich (Université d'État de Penn)) 
Sur la base de l'image de gauche, les astronomes pensent que l'étoile BP Psc a cannibalisé une autre étoile ou une autre planète alors qu'elle était à court de carburant, prolongeant ainsi sa phase géante rouge (comme le montre l'illustration à droite). (NASA / CXC / RIT / J. Kastner et al., Optical (UCO / Lick / STScl / M. Perrin et al); Illustration: NASA / CXC / M. Weiss) 
Une explosion a produit la nébuleuse du crabe, une structure spectaculaire que les scientifiques tentent encore de comprendre avec l'aide des télescopes Chandra et Spitzer. (NASA / CXC / SAO / F.Seward; Optique: NASA / ESA / ASU / J.Hester & A.Loll; Infrarouge: NASA / JPL-Caltech / Univ.Min. / R.Gehrz) 
La région de RCW 49, qui abrite plus de 2 200 étoiles, est une région sombre et poussiéreuse. Cette image a été prise à deux longueurs d'onde différentes pour mettre en évidence les gaz incandescents chauffés. (NASA / JPL-Caltech / E. Churchwell (Université du Wisconsin - Madison)) 
Vu dans le ciel infrarouge, le télescope Spitzer peut scruter les bras spiraux de galaxies lointaines pour voir où les étoiles sont en train de naître. (NASA / JPL-Caltech) 
Les rayons X de Chandra révèlent que l'amas qui entoure la galaxie M87 est rempli de gaz chaud. (NASA / CXC / KIPAC / N. Werner, E. Million et al.) 
Situé à environ 11 000 années-lumière de la constellation du Sagittaire, le «serpent» (en haut à gauche) est en réalité un nuage assez épais pour engloutir des dizaines de systèmes solaires. (NASA / JPL-Caltech / S. Carey (SSC / Caltech)) 
Cette image prise par le télescope Spitzer a capturé cette région appelée W5 (à 6 500 années-lumière de distance), où toutes les étapes de la création d'étoiles sont visibles. (NASA / JPL-Caltech / L. Allen et X. Koenig (CvA Harvard-Smithsonian)) 
La nébuleuse d'Orion est un autre point névralgique de la création d'étoiles. le groupe de trapèzes, les points lumineux du centre droit, sont les étoiles les plus chaudes de la région. (NASA / JPL-Caltech / J. Stauffer (SSC / Caltech))
