4 questions sur Euclid, la mission qui doit révéler les sombres secrets de l’univers

Euclid, c’est quoi ?

Euclide est un mathématicien grec qui a vécu trois siècles avant notre ère. Ses travaux, considérables, ont posé les fondations de la géométrie — on parle d’ailleurs de géométrie euclidienne. C’est aussi le nom choisi pour baptiser une mission spatiale, Euclid, qui doit décoller en 2023.

Portée par l’Agence spatiale européenne, dans le cadre du programme Cosmic Vision, la mission consiste à déployer un nouveau télescope spatial loin dans de la Terre, à une distance de 1,5 million de kilomètres. Une zone bien reculée, dans laquelle on trouve aussi le fameux observatoire James Webb. Mais pour Euclid, sa mission sera très différente.

Son but est de percer les plus sombres secrets de l’univers ! Dit comme cela, cela paraît démesuré. Pourtant, c’est assez vrai : Euclid est justement taillé pour mettre en lumière la matière noire et l’énergie noire. Deux éléments encore très mystérieux aujourd’hui, que l’on a le plus grand mal à observer. Pourtant, l’univers en serait rempli.

Son champ de travail s’étalera sur un peu plus d’un tiers de la sphère céleste (35 %). Elle aura dans son champ de vision près de deux milliards de galaxies, qu’elle pourra cartographier en 3D. Elle pourra également remonter l’histoire du cosmos jusqu’à dix milliards d’années en arrière (en visant des objets situés à 10 milliards d’années-lumière).

Ce sera ainsi une nouvelle opportunité d’étudier l’expansion de l’univers sur aussi large période, presque jusqu’à ses débuts. L’âge de l’univers depuis le Big Bang est de presque quatorze milliards d’années. Pour cette tâche, Euclid embarquera un miroir de 1,2 mètre de diamètre et deux instruments : un spectro-imageur proche infrarouge et un imageur observant en lumière visible.

Où se trouve la matière noire ?

C’est justement la mission de l’enquêteur Euclid. Dans l’univers, mais on ne sait pas encore clairement où et comment cette matière noire est répartie. Pourtant, elle et l’énergie noire représentaient près de 95 % de la masse et de l’énergie de l’univers ! Ce qui veut dire que tout le reste, des étoiles aux planètes, en passant par le reste de la matière visible, ne pèse « que » 5 % du total.

La matière noire est très étrange. Elle n’émet pas de lumière et n’en absorbe pas non plus. Elle échappe donc aux instruments courants que l’on peut utiliser. Elle a pourtant une incidence sur les galaxies, à travers la gravité. C’est d’ailleurs ainsi qu’on essaye de la mesurer sans l’observer.

Car si la matière noire est invisible à nos yeux, elle laisse toutefois des traces de sa présence. À très grande échelle, sa présence est susceptible d’affecter la lumière des galaxies lointaines. C’est tout l’intérêt de cartographier de larges pans de l’univers, précisément pour exposer ces distorsions et déterminer la répartition de la matière noire.

Les scientifiques suspectent l’existence de la matière noire depuis le début des années 1930 et elle fait l’objet d’un débat intense dans la communauté, puisqu’il est impossible de l’observer directement. Pour donner du sens au comportement de la matière visible, les astronomes ont donc ajouté l’hypothèse d’une matière invisible, qui agirait sur la première.

La matière visible correpsond à la matière « ordinaire » (aussi appelée baryonique). On sait qu’elle est composée de particules tel le proton ou le neutron, que l’on retrouve au cœur des atomes. Pour la matière noire, sa composition reste un mystère. On suppose des particules élémentaires, mais il existe plusieurs hypothèses, qui vont parfois très loin dans la spéculation. Aucune n’a pu être validée à l’heure actuelle.

Pour aller plus loin

Et si un « Dark Big Bang » avait produit la matière noire ?

De quoi est constituée l’énergie noire (ou énergie sombre) ?

Tout aussi mystérieuse que l’énergie noire, voire davantage : l’énergie noire (ou énergie sombre). On suspecte cette énergie d’avoir un rôle clé dans l’expansion de l’univers, en provoquant l’éloignement progressif des galaxies les unes des autres — avec une impression d’accélération dans le cas des amas les plus éloignés des uns des autres.

Si dans l’univers, la matière ordinaire représente 5 % du total de la masse et de l’énergie, la matière noire et l’énergie noire composent les 95 % restants (25 % pour l’une, 70 % pour l’autre). La nature de cette énergie sombre fait également l’objet d’intenses réflexions. Cette année encore, des études l’ont associée aux trous noirs, qui émettraient quelque chose qu’on ne voit pas.

Comme dans le cas de la matière noire, qui fait naître des réflexions très variées, l’énergie noire a aussi son lot de théories. Pour l’heure, elle est associée à la constante cosmologique d’Albert Einstein, qu’il a imaginée en 1917. Cette constante est un paramètre dans ses calculs pour tenir compte de ce phénomène. Aujourd’hui, cette constante a été rapprochée de ce concept d’énergie noire.

D’autres hypothèses tournent pour penser cette étrange accélération de l’expansion de l’Univers, comme celle de la quintessence. Signe d’ailleurs que l’on ignore encore beaucoup de choses à son sujet, l’énergie noire n’est peut-être même pas une forme d’énergie. Il est pourtant présent dans tout l’univers et joue un rôle décisif dans son évolution.

Quand la traque de l’énergie noire et de la matière noire débute ?

Le décollage de la mission Euclid est fixé au 1er juillet, au plus tôt. Le télescope sera transporté par une fusée de SpaceX, la Falcon 9, à partir de la base de lancement de Cap Canaveral en Floride (États-Unis). Suivra ensuite un périple de quelques mois pour se positionner à 1,5 million de kilomètres de la Terre. Quant aux découvertes, il faudra encore patienter des années.