James Webb est déjà un extraordinaire télescope infrarouge, mais il ne couvre pas tout l’infrarouge. PRIMA doit observer des longueurs d’onde plus grandes, dans l’infrarouge lointain, pour étudier la poussière froide, le gaz et certaines signatures de l’eau invisibles pour Webb.
La NASA prépare un nouveau télescope spatial baptisé PRIMA, pour PRobe far-Infrared Mission for Astrophysics. Forcément, une question se pose : pourquoi construire un autre observatoire infrarouge alors que James Webb fonctionne déjà ?
La réponse tient dans un détail que l’on oublie souvent. L’infrarouge n’est pas une seule couleur. C’est une immense famille de longueurs d’onde, et aucun télescope ne peut toutes les observer parfaitement.
James Webb ne voit pas tout l’infrarouge
James Webb travaille principalement dans le proche et le moyen infrarouge. Ses instruments couvrent environ 0,6 à 28,5 micromètres. Cela lui permet d’observer des galaxies très lointaines, des étoiles en formation, des atmosphères d’exoplanètes et des objets cachés derrière une partie de la poussière cosmique.
PRIMA doit aller beaucoup plus loin, jusqu’à environ 235 micromètres. Cette zone est appelée infrarouge lointain. On ne parle donc pas d’un remplaçant de Webb, mais d’un outil complémentaire.
Une comparaison simple : Webb et PRIMA regardent tous les deux la chaleur et la lumière invisible à nos yeux, mais pas avec les mêmes lunettes.
L’infrarouge lointain est très important ?
De nombreux objets froids de l’Univers émettent surtout dans cette partie du spectre. C’est le cas de grands nuages de poussière, de certaines régions où naissent les étoiles et du gaz présent dans les disques qui entourent les jeunes étoiles.
Ces disques sont justement les endroits où se forment les planètes. Pour comprendre comment un système planétaire apparaît, les astronomes doivent mesurer sa quantité de gaz, suivre le carbone et l’oxygène et chercher les signatures liées à l’eau.
Le vrai problème, c’est que plusieurs de ces signatures se trouvent à des longueurs d’onde hors de portée de James Webb. PRIMA doit combler l’espace entre les observatoires infrarouges actuels et les grands radiotélescopes.
Un télescope plus petit que Webb, mais beaucoup plus froid
Le miroir principal de PRIMA mesurera environ 1,8 mètre, contre 6,5 mètres pour James Webb. Sur le papier, il semble donc bien moins impressionnant.
Mais sa force viendra surtout de son refroidissement. L’observatoire doit fonctionner autour de 4,5 kelvins, soit environ -268,7 °C. Pourquoi aussi froid ? Parce qu’un télescope un peu chaud produit lui-même du rayonnement infrarouge. Il risque alors de masquer le signal extrêmement faible qu’il cherche à détecter.
À cette température, PRIMA pourra utiliser deux instruments principaux. FIRESS analysera le spectre de la lumière pour identifier des éléments et des molécules. PRIMAger produira des images sur plusieurs bandes et mesurera aussi la polarisation de la lumière, utile pour étudier la poussière et les champs magnétiques.
PRIMA doit aussi étudier les galaxies et les trous noirs
La mission ne se limitera pas à la naissance des planètes. La NASA veut comprendre comment les galaxies ont grandi, comment leurs trous noirs centraux ont évolué et comment la poussière ainsi que les éléments lourds se sont accumulés au fil de l’histoire cosmique.
L’infrarouge lointain est très intéressant pour ce travail, car une grande partie de l’activité d’une galaxie peut être cachée par la poussière. La lumière visible ne traverse pas correctement ces régions. Une partie de l’énergie absorbée est ensuite réémise sous forme d’infrarouge lointain.
Le lancement en 2033 n’est pas encore garanti
PRIMA a été sélectionné comme première mission de la nouvelle classe Probe Explorers de la NASA. Il vient d’entrer en phase B, consacrée à la conception préliminaire et au développement des technologies.
La NASA vise actuellement un lancement en 2033 pour une mission d’au moins cinq ans. Mais la mission doit encore passer une revue de confirmation avant la phase de réalisation. Son coût de projet serait plafonné à 1,2 milliard de dollars, hors lancement et certaines dépenses annexes.
PRIMA ne rend donc pas James Webb obsolète. C’est exactement l’inverse : en combinant Webb, PRIMA et les radiotélescopes, les astronomes pourront suivre la même histoire cosmique sur une plage beaucoup plus large. Et pour comprendre d’où viennent les planètes, l’eau et la poussière qui nous entoure, cette partie manquante de l’infrarouge compte énormément.