Une expérience clé pour la mission spatiale LIFE

«C'est une étape importante sur un très long chemin», déclare Adrian Glauser, scientifique principal à l'Institut de physique des particules et d'astrophysique de l'ETH Zurich. Fin mars, lui et Sascha Quanz, professeur d'astrophysique à l'ETH Zurich et chef du groupe Exoplanets and Habitability, ont appris que le gouvernement suisse allait verser près de trois millions d'euros pour soutenir le projet NICE dans le cadre du PRODEX (PROgramme de Développement d'EXpériences scientifiques), un programme de l'Agence spatiale européenne (ESA). Ce financement permettra aux sceintifiques de l'ETH Zurich de développer d'importantes bases technologiques indispensables à la réalisation de l'ambitieuse mission spatiale LIFE.

La chasse aux traces de vie

L'initiative LIFE (Large Interferometer for Exoplanets) vise à entreprendre une étude plus détaillée des exoplanètes de type terrestre, c'est-à-dire des planètes dont la taille et la température sont similaires à celles de la Terre, mais qui sont en orbite autour d'autres étoiles. Elle se concentrera en particulier sur les systèmes planétaires situés à une distance maximale de 65 années-lumière de notre système solaire. Il est prévu de positionner cinq petits satellites à L2, le point de Lagrange où se trouve le télescope spatial James Webb. Ensemble, ces satellites formeront un grand télescope qui agira comme un interféromètre pour capter le rayonnement thermique infrarouge des exoplanètes. Le spectre de la lumière pourra alors être utilisé pour déduire la composition de ces exoplanètes et de leurs atmosphères. «Notre objectif est de détecter des composés chimiques dans le spectre lumineux qui suggèrent la présence de vie sur ces exoplanètes. L'atmosphère terrestre, par exemple, contient de l'oxygène et du méthane produits par l'activité biologique», explique Sascha Quanz, qui dirige l'initiative LIFE.

L'ESA a fait de cette mission une priorité élevée - LIFE est considérée comme un candidat pour une future mission scientifique majeure de l'ESA. Cependant, les images futuristes d'aujourd'hui montrant comment les cinq satellites fonctionneront dans l'espace ne doivent pas faire oublier que le projet repose sur une prouesse technologique et que de nombreuses questions restent sans réponse. L'une d'entre elles, par exemple, est de savoir si les mesures pourront être effectuées de la manière envisagée par les scientifiques.

Instruments de mesure de précision

Le principal problème dans la recherche d'exoplanètes est que la lumière beaucoup plus intense de l'étoile hôte rend difficile la détection de la faible lumière que ses exoplanètes reflètent ou émettent. «Les instruments doivent être capables de voir la lumière d'une luciole située à côté d'un phare à 4000 kilomètres de distance», explique Adrian Glauser pour justifier les exigences imposées aux instruments de mesure.

Étant donné qu'il n'est pas possible de bloquer mécaniquement l'étoile hôte lors de l'utilisation du télescope LIFE, les scientifiques prévoient d'utiliser ce que l'on appelle l'interférométrie d'annulation pour éliminer cette source d'interférence. Pour ce faire, la lumière que les satellites individuels captent de l'étoile hôte est déphasée et combinée de manière à l'annuler. En revanche, la lumière de l'exoplanète, qui frappe les satellites à partir d'un angle légèrement différent du plan du ciel, n'est pas annulée par cette superposition. Il est ainsi possible de voir les objets peu lumineux à côté de l'étoile brillante, ce qui constitue la première étape vers la détection d'indices de la présence de composés chimiques dans leur atmosphère.

Une technologie adaptée à l'espace

Les chercheurs et chercheuses en planétologie ont déjà démontré lors d'expériences antérieures que l'interférométrie d'annulation fonctionne généralement dans le domaine de l'infrarouge. La question est maintenant de savoir si ce principe de mesure peut également être utilisé pour détecter des planètes faibles semblables à la Terre. «Pour que la chaleur ambiante n'interfère pas avec les signaux infrarouges déjà faibles, nous devons effectuer les mesures dans les conditions extrêmement froides qui règnent au point de Lagrange L2», explique Adrian Glauser.

Dans le cadre de l'expérience cryogénique de l'interféromètre de Nulling (NICE), l'appareil de mesure est placé dans un cryostat qui est refroidi à une température de -260°C. Ici aussi, il faut répondre à quelques questions fondamentales : Comment l'instrument dans le cryostat peut-il être réglé de l'extérieur avec une précision de l'ordre du nanomètre pour une suppression optimale de la lumière stellaire simulée ? Et quels sont les matériaux qui conviennent ? «Nous travaillerons sur ce projet avec des partenaires industriels qui ont de l'expérience dans les technologies spatiales», explique Adrian Glauser. «Notre objectif avec cette expérience est de développer une méthode de mesure qui pourra ensuite être utilisée dans l'espace. La réalisation de la mission LIFE et la recherche de la vie au-delà de la Terre font ainsi un grand pas en avant.