Espace : les astronomes ont défini les principales priorités pour la prochaine décennie

Le 4 novembre 2021, les Académies nationales des sciences, de l'ingénierie et de la médecine des États-Unis ont publié une "étude décennale" établissant les priorités scientifiques ainsi que les recommandations de financement pour les dix prochaines années de recherche en astronomie et en astrophysique.

une vision pour la prochaine décennie

Comme le rapporte le site Space, le document intitulé "Pathways to Discovery in Astronomy and Astrophysics for the 2020s" identifie trois points essentiels sur lesquels les disciplines devraient se concentrer : la découverte et l'étude d'exoplanètes habitables, l'exploration des trous noirs et des étoiles à neutrons comme fenêtres sur l'univers primitif, et une meilleure compréhension de l'origine et de l'évolution des galaxies. Il souligne également l'importance de faire de l'astronomie un domaine plus inclusif et diversifié.

"Ce rapport définit une vision ambitieuse, inspirante et aspirationnelle pour la prochaine décennie de l'astronomie et de l'astrophysique", a déclaré dans un communiqué Fiona Harrison, coprésidente du comité directeur des Académies nationales de l'étude.

Harrison, qui préside également la division de physique, de mathématiques et d'astronomie du California Institute of Technology à Pasadena, ajoutait : 

En changeant la façon dont nous planifions les projets spatiaux stratégiques les plus ambitieux, nous pouvons développer un large éventail de missions et ce afin de poursuivre des objectifs visionnaires, comme la recherche de la vie sur des planètes en orbite autour d'étoiles dans notre voisinage galactique, et en même temps exploiter la richesse de l'astrophysique du XXIième siècle grâce à une flotte panchromatique.

Un document influent

Les Académies nationales préparent des études décennales dans divers domaines, dont les sciences planétaires et les sciences de la Terre. Comme leur nom l'indique, elles sont publiées environ tous les dix ans, et la dernière étude décennale sur l'astronomie et l'astrophysique intitulée "New Worlds, New Horizons in Astronomy and Astrophysics" a été publiée en 2010. Mais à cause de la pandémie mondiale et de la paralysie du gouvernement, le nouveau rapport, censé être publié en jannvier 2021, a été retardé de près d'un an.

Ces documents, rédigés par d'éminents chercheurs dans leurs domaines, représentent un travail considérable. L'étude récemment publiée par exemple, compte 614 pages. Le document "Pathways to Discover in Astronomy and Astrophysics for the 2020s" s'est inspiré de la communauté astronomique par le biais de centaines de livres blancs, de réunions publiques et de l'avis de 13 sous-groupes pendant plusieurs années pour produire ses recommandations", ont écrit les représentants des Académies nationales dans le communiqué.

Et ces études décennales ont une influence considérable : les agences gouvernementales comme la NASA et la Fondation nationale pour la science (NSF) s'appuient sur elles pour décider de l'allocation de fonds et d'autres ressources. Par exemple, l'enquête décennale de 2001 sur l'astronomie et l'astrophysique avait identifié le télescope spatial de nouvelle génération comme la mission prioritaire à développer au cours des dix prochaines années. Ce projet ambitieux, désormais connu sous le nom de télescope spatial James Webb, doit être lancé depuis la Guyane française le 18 décembre.

En 2010, le rapport "New Worlds, New Horizons" avait signalé le télescope infrarouge à grand champ (WFIRST) et le grand télescope d'étude synoptique (LSST) comme des projets particulièrement importants. Les deux projets sont actuellement en cours de progression, avec le WFIRST, connu maintenant sous le nom de télescope spatial Nancy Grace Roman, qui devrait décoller au plus tard en mai 2027, et le LSST, maintenant appelé Observatoire Vera C. Rubin, qui devrait acquérir sa première lumière d'ici un ou deux ans, si tout se passe comme prévu.

Dans l'étude récemment publiée, trois "domaines prioritaires" ont été identifiés, ainsi qu'un nouveau programme de "grands observatoires".

l'avenir de la recherche

L'étude a donc identifé trois domaines d'intérêt devant faire l'objet d'une attention et d'investissements particuliers au cours de la prochaine décennie. Le premier, intitulé "Pathways to Habitable Worlds", est un programme conçu pour aider à découvrir et à caractériser des exoplanètes semblables à la Terre, dans le but de prendre des photos de ces mondes et d'analyser leur composition atmosphérique.

Le second, "New Windows on the Dynamic Universe", décrit un effort intensifié dans l'étude des trous noir et des étoiles à neutrons, et ce à l'aide d'une diversité d'instruments terrestres et spatiaux, y compris des appareils pouvant détecter les ondes grativationnelles. Une meilleure compréhension de ces objets célestes pourrait apporter un éclairage considérable sur les débuts de l'univers, rapportent les auteurs du rapport.

Le troisième domaine d'intérêt, "Unveiling the Drivers of Galaxy Growth", vise à révolutionner la compréhension qu'ont les scientifiques de la formation et de l'évolution des galaxies, "de la nature des réseaux cosmiques de gaz qui les alimentent à la nature de la condensation de ce gaz et à la formation des étoiles", indique l'étude décennale.

Pour parvenir à ces objectifs, l'étude recommande alors la création d'un "Great Observatories Mission and Technology Maturation Program" (programme de maturation des missions et des technologies des grands observatoires), qui n'est pas sans rappelé le programme des Grands Observatoires de la NASA, ayant lancé quatre puissants télescopes spatiaux entre 1990 et 2003, en commençant par l'emblématique télescope spatial Hubble.

L'étude recommande également que la première mission de ce programme soit un télescope spatial infrarouge/optique/ultraviolet (IR/O/UV) doté d'un miroir primaire d'environ 6 mètres de diamètre. C'est environ 2,5 fois plus large que le miroir de Hubble, et à peu près la même taille que celui de Webb, qui lui est optimisé pour observer le cosmos en lumière infrarouge.

Ce nouveau télescope spatial pourrait ainsi rechercher des biosignatures dans l'atmosphère d'environ 25 exoplanètes potentiellement habitables, et être prêt à être lancé au début des années 2040, selon l'enquête. Ils évaluent son coût à environ 11 milliards de dollars, soit à peu près le même prix que Webb, dont le coût total est d'environ 10 milliards de dollars.

L'étude décennale recommande également d'investir dans d'énormes télescopes terrestres, notamment le télescope géant Magellan, actuellement en cours de construction dans la Cordillère des Andes, ainsi que le Télescope de Trente Mètres, dont la construction est prévue à Hawaï.

Idéalement, ces investissements seraient réalisés "dans le cadre d'un programme américain coordonné de télescopes extrêment grands (ELT)", indique l'étude.

Ces observatoires créeront d'énormes opportunités de progrès scientifiques au cours des prochaines décennies et bien au-delà, et ils aborderont presque toutes les questions scientifiques importantes dans les trois domaines scientifiques prioritaires.

Rendre l'astronomie et l'astrophysique plus inclusives

Le rapport a aussi suggéré que des investissements supplémentaires étaient nécessaires pour soutenir les installations de recherche, les scientifiques en début de carrière ainsi que des activités fondamentales telles que l'archivage de données.

Space rappelle que l'astronomie et l'astrophysique sont des domaines qui restent majoritairement dominés par des hommes, avec une représentation des groupes minoritaires inférieure à celle de la société en général. Une situation que le nouveau rapport voudrait contribuer à changer :

Il faudrait augmenter le financement destiné à soutenir la diversité du corps professoral dans les programmes universitaires d'astronomie et d'astrophysique.

L'ensemble de ces recommandations, qui concernent aussi les agences gouvernementales comme la NASA par exemple, ont ainsi pour objectif de faciliter et de maximiser l'avancée de la recherche scientifique, et pourront peut-être aussi confirmer un jour les idées du nouveau chef de l'agence.