À quel point l’espace est-il sombre ?

L’espace peut sembler particulièrement sombre lorsqu’on lève les yeux vers le ciel nocturne, surtout depuis un lieu éloigné de la pollution lumineuse des villes. Au-dessus de l’atmosphère terrestre, le ciel apparaît encore plus sombre. Mais il ne l’est pas complètement. Jusqu’à point l’est-il ? La mission New Horizons vient d’apporter sa contribution pour répondre à cette question essentielle, a annoncé la Nasa le 13 janvier 2021.

Les résultats d’une étude, prépubliée sur arXiv et soumise à The Astrophysical Journal, ont été présentés lors d’une rencontre de l’Union américaine d’astronomie. « Le simple fait qu’il fasse noir la nuit est connu sous le nom de ‘paradoxe d’Olbers’ et soutient le fait que l’Univers est fini dans le temps ou dans l’espace, écrivent ses auteurs. Un aperçu complémentaire de la formation et de l’évolution de l’Univers vient en posant la question de savoir exactement à quel point le ciel nocturne est sombre. »

Qu’est-ce que le « fond optique cosmique » ?

Pour répondre à cette interrogation, les chercheurs s’appuient sur le « fond optique cosmique » (« Cosmic optical background » dans l’étude), défini comme « le flux moyen de photons de lumière visible en moyenne sur le volume de l’Univers observable ». On peut aussi dire que ce fond correspond aux émissions, dans des longueurs d’onde qui correspondent à celles que l’œil humain peut voir, de toutes les sources situées hors de la Voie lactée. Mesurer ce fond est complexe, d’autant plus qu’on sait que l’atmosphère terrestre est plus brillante que lui. D’où l’idée d’utiliser des sondes spatiales.

Modèle de la sonde New Horizons à l'échelle.

Source : Flickr/CC/Bernt Rostad (photo recadrée)

L’espace serait plus sombre qu’on le pensait

Les nouvelles mesures réalisées semblent montrer qu’il y a moins de galaxies invisibles que plusieurs modèles théoriques le laissaient penser : des centaines de milliards, plutôt que deux mille milliards. En 2016, une estimation avait été réalisée sur la base d’observations du ciel à l’aide du télescope spatial Hubble. Des modèles mathématiques avaient été employés pour déterminer combien de galaxies ne pouvaient pas être vues par Hubble : le résultat était impressionnant, car ces chercheurs estimaient que 90 % de galaxies n’étaient pas assez lumineuses et proches pour être détectées par le télescope. La nouvelle estimation, plus modérée, vient nuancer ce résultat. Autrement dit, l’espace serait plus sombre que ce que Hubble nous avait laissé penser.

Hubble, qui a démontré l’intérêt de ses observations dans bien des domaines, n’est pas assez puissant pour observer le fond optique — pourtant bien utile pour contraindre le nombre total de galaxies formées. Même si le télescope évolue dans l’espace, il est néanmoins limité par la pollution lumineuse du fait de son orbite autour de la Terre. La lumière zodiacale, une lueur qu’on peut observer dans le ciel depuis le sol terrestre, est provoquée par la réflexion de la lueur du Soleil par des poussières spatiales : c’est un beau spectacle astronomique, mais qui ne facilite pas la tâche des scientifiques.

Lancée en 2006, la sonde New Horizons de la Nasa se trouve désormais aux confins du système solaire. Elle est si éloignée qu’elle ne voit désormais plus les étoiles tout à fait comme nous. Lorsque les scientifiques ont mené leurs observations, la sonde était à plus de 4 milliards de kilomètres de distance, ce qui lui a permis de voir un ciel 10 fois plus sombre que celui que Hubble verrait dans les meilleures conditions décrit la Nasa. Les chercheurs ont entrepris d’explorer les images d’archives de New Horizons, et de les corriger pour y trouver une faible lueur, afin d’essayer de s’approcher le plus possible de la mesure du fond optique cosmique.