Pan-STARRS

Pan-STARRS (acronyme de Panoramic Survey Telescope And Rapid Response System) est un projet de relevé astronomique qui effectuera de l'astrométrie et de la photométrie d'une grande partie du ciel quasiment en continu. En détectant toute différence par rapport aux observations précédentes des mêmes zones du ciel, on espère découvrir un très grand nombre de nouveaux astéroïdes, comètes, étoiles variables et autre objets célestes. Sa mission principale est de détecter les objets géocroiseurs qui pourraient provoquer des impacts cosmiques. Il est prévu de créer une base de données comprenant tous les objets visibles depuis Hawaii (les trois quarts du ciel) jusqu'à une magnitude apparente de 24.

Le premier télescope de Pan-STARRS, appelé PS1, est situé au sommet du Haleakalā à Maui et a été mis en service le 6 décembre 2008, sous la responsabilité de l'université d'Hawaii. Les trois autres télescopes constituant le réseau seront achevés en 2012 pour un coût total de 100 millions d'USD. Le financement de l'ensemble du projet a été obtenu.

Le projet Pan-STARRS est une collaboration entre l'Institute for Astronomy de l'université d'Hawaii, le laboratoire Lincoln du MIT, le Maui High Performance Computing Center et Science Applications International Corporation. La construction des télescopes est financée par l'US Air Force. Une fois que le télescope PS1 aura passé ses tests de qualification opérationnelle, attendus à l'automne 2008, le projet Pan-STARRS se focalisera sur la construction de PS4.

Le fonctionnement du premier télescope Pan-STARRS (PS1) est financé par The PS1 Science Consortium ou PS1SC un consortium comprenant la Société Max-Planck en Allemagne, l'université nationale centrale à Taiwan, les universités d'Edinburgh, de Durham et l'université Queen's de Belfast au Royaume-Uni, les universités Johns-Hopkins et Harvard aux Etats-Unis et le réseau de l'observatoire Las Cumbres.

Pan-STARRS utilisera quatre télescopes de 1,8 m qui seront situés soit sur le Mauna Kea soit sur le Haleakala à Hawaii. Les quatre télescopes du système définitif 'PS4' pointeront dans la même direction : les données seront comparées pour éliminer les artefacts des CCD dus aux défauts des puces, aux pixels défectueux et aux rayons cosmiques, puis les images seront additionnées pour donner l'équivalent d'un télescope unique de 3,6 m.

Un télescope prototype 'PS1' a été construit et a vu sa première lumière avec une caméra à faible résolution en juin 2006. Le télescope a un champ de vision de 3°, ce qui est extrêmement important pour un télescope de cette taille, et est équipé de la plus grande caméra numérique jamais construite, enregistrant presque 1,4 milliards de pixels par image. Le plan focal est équipé de 60 modules CCD montés de façon compacte et disposés sous la forme d'une matrice 8 × 8. Les quatre angles ne sont pas équipés de CCD, car l'optique ne permet pas de former une image correcte dans les angles. Chaque module CCD, appelé Orthogonal Transfer Array (OTA), fait 4800 × 4800 pixels et est constitué de 64 cellules, chacune de 600 × 600 pixels. Cette caméra gigapixel ou 'GPC' a vu sa première lumière le 22 août 2007 en photographiant la galaxie d'Andromède.

Chaque image nécessite environ 2 gigaoctets de stockage et les temps d'exposition sont compris entre 30 et 60 secondes (suffisant pour enregistrer des objets jusqu'à la magnitude apparente de 24), plus environ une minute pour le traitement numérique de l'image. Puisque les images seront prises en continu, il est prévu que 10 téraoctets de données seront enregistrées par 'PS4' chaque nuit. A cause de ce très grand volume de données, le logiciel de traitement enregistrera les positions et les magnitudes de tous les objets de l'image puis l'image elle-même sera effacée. La comparaison à une base de données d'objets invariables connus compilée à partir d'observations antérieures fournira les objets recherchés : tout ce qui a changé de luminosité et/ou de position pour une raison quelconque.

Le très grand angle de vision des télescopes et les temps d'exposition courts permettront de photographier environ 6 000 degrés carrés de ciel chaque nuit. La totalité du ciel fait 4π stéradians, soit 4π × (180/π)² ≈ 41253,0 degrés carrés, dont environ 30 000 degrés carrés sont visibles depuis Hawaii, ce qui signifie que l'intégralité du ciel peut être photographiée sur une période de 40 heures (soit environ 10 heures par nuit pendant quatre jours). Compte tenu qu'il faut éviter les périodes où la Lune est trop brillante, cela signifie qu'une surface équivalente à celle du ciel entier pourra être balayée quatre fois par mois, ce qui est sans précédent.

On pense que le projet est réalisable avec la technologie actuelle, bien que sur une plus grande échelle que ce qui a été précédemment réalisé.

L'observation systématique du ciel entier en continu est un projet sans précédent et on s'attend à faire un nombre extrêmement grand de découvertes d'objets célestes de types variés. Par exemple, le projet actuel de recherche d'astéroïdes le plus ambitieux LINEAR va seulement jusqu'à une magnitude apparente de 19 et concentre ses recherches essentiellement au voisinage de l'écliptique ; Pan-STARRS ira cinq magnitudes plus loin et couvrira tout le ciel visible depuis Hawaii.

Système solaire

En plus du grand nombre de découvertes attendues dans la ceinture d'astéroïdes principale, on s'attend à ce que Pan-STARRS détecte au moins 100 000 astéroïdes troyens de Jupiter (à comparer aux 2 900 connus fin 2008) ; au moins 20 000 objets de la ceinture de Kuiper (à comparer aux 800 connus fin 2005) ; des milliers de troyens de Saturne, d'Uranus et de Neptune (actuellement six troyens de Neptune sont connus, et aucun des autres planètes en dehors de Mars et de Jupiter) ; et un grand nombre de Centaures et de comètes.

En plus d'accroître très fortement le nombre d'objets connus du système solaire, Pan-STARRS pourra supprimer ou réduire les biais observationnels présents dans beaucoup de relevés actuels. Par exemple, parmi les objets actuellement connus il y a un biais favorisant les faibles inclinaisons orbitales, et donc un objet tel que Makemake n'a été que récemment détecté en dépit de sa magnitude apparente faible de 17, à peine plus faible que celle de Pluton. De même, parmi les comètes actuellement connues, il existe un biais favorisant celles possédant une faible valeur du périhélie. La réduction des effets de ce biais observationnel permettra de réaliser une description plus fidèle de la dynamique du système solaire. Par exemple, on s'attend à ce que le nombre de troyens de Jupiter de taille supérieure à 1 km puisse en fait être du même ordre que celui des objets de la ceinture principale, alors que la population actuellement connue de ces derniers est de plusieurs ordres de grandeur supérieure.

Une possibilité intéressante est que Pan-STARRS puisse détecter des « débris interstellaires » ou des « intrus interstellaires » traversant le système solaire. Lors de la formation d'un système planétaire, on pense qu'un très grand nombre d'objets sont éjectés à cause d'interactions gravitationnelles avec les planètes (jusqu'à 10 objets dans le cas du système solaire. Les objets éjectés par les systèmes planétaires autour d'autres étoiles pourraient sans doute circuler dans la galaxie et certains pourraient passer à travers le système solaire.

Un autre possibilité intéressante est que Pan-STARRS puisse détecter des collisions entre de petits astéroïdes. Elles sont très rares et aucune n'a encore été observée, mais avec le très grand nombre d'astéroïdes qui sera découvert on s'attend - à partir de considérations statistiques - à ce que des collisions puissent être observées.

Pan-STARRS découvrira aussi probablement plusieurs objets de la ceinture de Kuiper de la taille de Pluton ou supérieure, similaires à Éris.

Au-delà du système solaire

On s'attend à ce que Pan-STARRS découvre un très grand nombre d'étoiles variables, dont certaines dans d'autres galaxies proches ; en fait, cela pourra conduire à la découverte de galaxies naines encore inconnues. En découvrant un grand nombre de Céphéides et d'étoiles binaires à éclipses, il aidera à déterminer les distances des galaxies proches avec une plus grande précision. On s'attend à découvrir un grand nombre de supernovae de type Ia dans d'autres galaxies, qui sont importantes pour étudier les effets de l'énergie sombre, ainsi que les contreparties optiques des sursauts gamma.

Parce que les très jeunes étoiles (telles que les étoiles T Tauri) sont habituellement variables, Pan-STARRS devrait en découvrir un grand nombre et améliorer la compréhension de ces étoiles. On s'attend aussi à ce que Pan-STARRS découvre un grand nombre de planètes extrasolaires en observant leur transits devant leurs étoiles, ainsi que des événements de microlentille gravitationnelle.

Pan-STARRS mesurera aussi les mouvements propres et les parallaxes et devrait donc découvrir un grand nombre de naines brunes, de naines blanches et d'autres objets faibles et proches, et il pourrait réaliser un recensement complet de toutes les étoiles à moins de 100 parsecs du Soleil. Les précédents relevés de mouvement propre et de parallaxe ne détectaient que rarement des objets faibles comme l'étoile de Teegarden récemment découverte, qui sont trop faibles pour des programmes comme Hipparcos.

De plus, en identifiant des étoiles ayant une parallaxe élevée mais un mouvement propre très faible en vue de mesures de vitesses radiales complémentaires, Pan-STARRS sera peut-être même capable de détecter des objets hypothétiques de type Némésis s'ils existent réellement.