L’Agence spatiale européenne a officiellement adopté la mission Arrakihs, dont le lancement est prévu d’ici à 2030. Ce télescope spatial observera les halos extrêmement diffus entourant les galaxies semblables à la Voie lactée afin de reconstituer leur histoire et mieux comprendre le rôle de la matière noire.
Les galaxies conservent les cicatrices de leur passé. Encore faut-il parvenir à les voir. L’Agence spatiale européenne (ESA) vient d’adopter la mission Arrakihs, un observatoire spatial conçu pour détecter certaines des structures les plus discrètes de l’Univers. Prévu pour être lancé avant la fin de l’année 2030, ce satellite étudiera les halos qui entourent les galaxies proches afin de comprendre comment elles se sont formées au cours des milliards d’années passés.
Les archives invisibles des galaxies
Lorsqu’on observe une galaxie comme la Voie lactée, le regard est naturellement attiré par son disque lumineux et ses bras spiraux. Pourtant, cette partie visible ne représente qu’une petite fraction de son étendue réelle. La galaxie est en effet plongée dans un vaste halo sphérique composé principalement de matière noire, une forme de matière invisible dont la présence est révélée par ses effets gravitationnels. Ce halo contient également du gaz chaud ainsi qu’une population très diffuse d’étoiles.
C’est cette composante stellaire que la mission Arrakihs va étudier. Son nom est l’acronyme de « Analysis of Resolved Remnants of Accreted Galaxies as a Key Instrument for Halo Surveys ». Derrière cette appellation se cache un objectif d’archéologie cosmique. Les astronomes souhaitent cartographier les halos de galaxies comparables à la Voie lactée pour y rechercher des structures appelées « courants stellaires ». Ces filaments d’étoiles sont les vestiges de petites galaxies ou d’amas stellaires capturés puis déchirés par la gravité d’une galaxie plus massive.
Chaque courant stellaire constitue un témoignage de fusion galactique. Les modèles actuels prévoient que les grandes galaxies se construisent progressivement en absorbant des systèmes plus petits. Cependant, les halos galactiques sont si peu lumineux qu’ils demeurent très difficiles à observer. Les astronomes parlent d’objets à « faible brillance de surface » (Low Surface Brightness, ou LSB). Leur lumière est répartie sur une immense région du ciel et se confond facilement avec le fond céleste. Jusqu’à présent, le nombre de halos étudiés restait trop limité pour vérifier avec précision les modèles de formation galactique.
Observer plus de 80 galaxies semblables à la Voie lactée
Arrakihs sera la première mission spatiale entièrement conçue pour observer ces structures à faible brillance de surface. Son instrument scientifique est constitué de deux paires de télescopes fonctionnant comme des jumelles géantes. Les quatre caméras embarquées observeront simultanément dans différentes longueurs d’onde, du proche ultraviolet au proche infrarouge en passant par la lumière visible. Les détecteurs infrarouges utilisés sont d’ailleurs issus de la même famille technologique que ceux employés par les missions Webb et Euclid.
Selon l’ESA, la mission pourra détecter des objets plus de mille fois moins lumineux que ce que l’œil humain est capable de distinguer lors d’une nuit sans Lune. Cette sensibilité exceptionnelle permettra de reconstituer les collisions galactiques anciennes et d’estimer le nombre d’étoiles arrachées à leurs galaxies d’origine au cours de ces événements.
Au total, les chercheurs prévoient d’étudier au moins 80 galaxies possédant une masse comparable à celle de la Voie lactée. L’objectif est d’obtenir pour la première fois un échantillon suffisamment important pour déterminer ce qu’est réellement une galaxie « typique ». Notre Galaxie est-elle représentative de ses voisines ou constitue-t-elle un cas particulier ? Les astronomes espèrent également utiliser les courants stellaires comme des sondes indirectes de la matière noire. La forme et la distribution de ces structures dépendent en effet de la répartition de cette matière invisible. Toute divergence entre les observations et les prédictions pourrait conduire à réviser certains modèles de formation galactique.
Dirigée par un consortium européen placé sous la responsabilité de l’Espagne, avec la participation notamment de la Suisse, de l’Autriche, de la Belgique, de la Norvège, du Portugal et de la Suède, Arrakihs s’inscrit dans la continuité des missions Gaia et Euclid. Alors que Gaia a dévoilé l’histoire détaillée de la Voie lactée et qu’Euclid cartographie la matière noire à l’échelle cosmologique, Arrakihs se concentrera sur les halos des galaxies proches. Une manière d’explorer les archives les plus discrètes de l’Univers pour mieux comprendre comment les galaxies comme la nôtre ont émergé du chaos cosmique.