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L'Observatoire Vera C. Rubin est situé au sommet du Cerro Pachón à 2600m d'altitude au Chili. Il dispose à cet endroit d'un ciel d'une qualité exceptionnelle tout au long de l'année.
Crédit: Hernan Stockebrand.
Ce programme baptisé LSST (Legacy Survey of Space and Time) a pour ambition de produire le premier portrait animé de l'Univers observable, des objets du système solaire aux galaxies les plus lointaines. Il fournira par ailleurs une quantité totalement inédite de données, pour l'étude de l'énergie noire, de la matière noire, des multiples phénomènes transitoires de l'Univers et des innombrables objets du système solaire qu'il reste à répertorier. Tour d'horizon de ce projet qui repose sur une importante contribution du CNRS.
La collaboration LSST a dévoilé le 23 juin les premières images prises avec son tout nouveau télescope terrestre installé au Chili à l'observatoire Vera C. Rubin et dont la mission sera de sonder les profondeurs de l'ensemble du cosmos de l'hémisphère sud pendant 10 ans.
Le programme LSST a pour ambition d'explorer les mystères de l'Univers à toutes les échelles, de notre système solaire aux galaxies les plus lointaines. Piloté par les États-Unis, il fédère une large communauté scientifique internationale, dans laquelle les scientifiques français jouent un rôle majeur, autour d'une infrastructure d'exception située sur un site chilien, à plus de 2 600 mètres d'altitude, où les nuits claires et la pureté de l'atmosphère offrent des conditions idéales pour l'observation astronomique.
Un regard global sur le ciel
Le programme LSST, sera d'une étonnante diversité portant sur l'étude de la matière noire, une matière abondamment présente dans l'Univers, perceptible par son action gravitationnelle, mais invisible à nos instruments ; ou bien sur l'énergie sombre, un autre phénomène énigmatique qui semble accélérer l'expansion actuelle de l'Univers ; ou encore sur la formation des galaxies, les origines du Système solaire et de façon générale, sur tous les phénomènes transitoires, proches comme lointains, dans l'Univers.
En effet, l'Observatoire Rubin ne se contente pas d'observer des corps célestes statiques: en prenant tous les 3 jours une image complète de la voûte céleste qu'il va comparer aux précédentes, il va ainsi réaliser un véritable film de l'Univers et dévoilera par là même tous les mouvements d'objets du système solaire et de notre galaxie, les variations de luminosité des astres, les explosions d'étoiles, etc. Toutes les nuits les scientifiques s'attendent à repérer ainsi des millions de ces changements.
La coupole héberge un télescope unique au monde capable de photographier d'énormes portions de ciel d'un seul tenant en très haute définition. Il dispose d'un système à trois miroir pour le rendre bien compact et d'une extrême agilité puisqu'il peut changer de position en seulement 5 secondes. Il Pour photographier le ciel, il dispose d'une caméra numérique géante.
Crédit: RubinObs/NSF/AURA/A. Alexov.
Un demi Univers sous surveillance
Autrement dit, Rubin met sous surveillance un demi Univers tout entier et pour y parvenir, les scientifiques ont donc conçu un télescope totalement unique en son genre. D'un diamètre de 8,4 mètres, le télescope Simonyi a été conçu pour embrasser de vastes portions du ciel en un seul regard. Son champ de vision très large correspond ainsi à 40 pleines lunes.: son optique à trois miroirs en fait aussi un instrument très compact capable, malgré sa masse de 55 tonnes, de se positionner en quelques secondes de façon très précise.
Au coeur du télescope, montée depuis mars 2025, la caméra LSST, véritable prouesse technologique, est l'élément clé de l'instrument: il s'agit de la plus grande caméra numérique au monde.
Son plan focal, composé d'une mosaïque de 189 capteurs CCD, permettra de capturer en très haute définition les lueurs les plus ténues de l'Univers. Au rythme infernal de 800 clichés par nuit - chacun couvrant un vaste champ céleste dans différentes longueurs d'onde - le télescope couvrira l'intégralité du ciel austral en trois nuit. En 10 ans, le nombre de vues de l'Univers cumulées dépassera le millier.
Un système de filtres au service de la précision
Pour extraire des informations sur la nature et la distance à la Terre des corps célestes, la caméra utilise un ensemble de filtres couvrant un large spectre de longueurs d'onde. Ces filtres sont placés tour à tour devant l'objectif de la caméra grâce à un système automatisé entièrement conçu et assemblé en France.
Ce dispositif est le fruit d'une collaboration entre plusieurs laboratoires de CNRS: le LPNHE (CNRS - Sorbonne Université), CPPM (CNRS - AMU), LPSC (CNRS - UGA), LPCA (CNRS - UCA) et IP2I (CNRS- Université Lyon 1). Il permet de sélectionner, avec une grande rapidité et une précision submillimétrique, le filtre le mieux adapté à l'observation en cours. Il associe un carrousel de stockage permettant de stocker jusqu'à 5 filtres, un bras automatisé permettant de placer un filtre devant le plan focal avec une précision de 0,1mm, et un module de chargement.
Ce travail d'orfèvre est le fruit d'années de recherche et de mise au point, depuis la conception jusqu'à l'inauguration du prototype en 2018 puis enfin l'intégration finale du système à la caméra au Chili en 2024.
La construction de la caméra LSST, réalisée par le laboratoire SLAC aux Etats-Unis, a également bénéficié d'autres contributions du CNRS. Les équipes françaises ont notamment participé à la fabrication des circuits électroniques dédiés à la lecture des capteurs, à la mise en place des procédures d'étalonnage et à la définition des filtres optiques permettant l'analyse fine de la lumière captée.
Le défi du traitement de données
Observer le ciel avec une telle intensité implique aussi de repenser le traitement des données. Chaque image capturée par la caméra LSST devra être analysée, classée, archivée et mise à disposition des scientifiques, souvent en temps quasi réel. Le volume est vertigineux: des millions d'objets célestes identifiés, des alertes à détecter et redistribuer en continu, des catalogues à construire au fil des observations.
Au total, ce sont 500 Pétaoctets de données (autour de 1017 octets) qui seront produites durant les dix années. Mais grâce au système de traitement des données, "seuls" 15 Pétaoctets seront stockées dans les catalogues.