EROS-2 : un projet d’hier pour des recherches d’aujourd’hui (et de demain…)

Image représentant le télescope MarLy de 1 mètre. Crédit : ESO

Le projet EROS-2 (Expérience pour la Recherche d’Objets Sombres) a observé des champs stellaires très denses de l’hémisphère Sud (centre de la Voie lactée, Nuages de Magellan) entre juillet 1996 et mars 2003. EROS-2 succédait à un autre programme, EROS-1, mené en 1990-92 par le même consortium, majoritairement composée de physiciens des particules. Ce premier projet reposait sur un instrument de 40 cm de diamètre équipé de la première caméra à grand champ, et sur 400 plaques photographiques obtenues avec le télescope de Schmidt à La Silla, l’un des sites chiliens de l’ESO. Cette organisation européenne (European South Observatory) a, pour l’astronomie, un statut analogue à celui du CERN pour la physique des particules.

Figure 1 : représentation schématique d’un événement de microlentille gravitationnelle. La lumière de l’étoile d’arrière-plan (située dans le Centre galactique ou les Nuages de Magellan) est amplifiée par la déformation de l’espace au voisinage d’un objet invisible (étoile faible ou MACHO) qui traverse la ligne de visée. La durée d’un tel phénomène dépend de la masse de cette lentille gravitationnelle, typiquement de quelques jours à quelques semaines. C’est aussi un phénomène unique puisque cette configuration géométrique d’alignement ne se reproduira jamais. Crédits : Encyclopaedia Universalis.

L’expérience EROS-2 utilisait quant à elle un instrument dédié : le télescope MARLY (ainsi dénommé car construit en partenariat entre les observatoires de MARseille et de LYon), équipé de deux caméras à grand champ derrière son miroir primaire de 1 m de diamètre (voir photo). Chacune composée d’une mosaïque de 8 CCD 2000×2000, elles observaient ces champs denses en simultané, dans deux larges bandes photométriques non standard, respectivement dite « bleue » et « rouge »,  dans l’espoir d’y détecter des phénomènes de microlentille gravitationnelle. Ce phénomène avait été décrit par Einstein en 1936 dans une courte note publiée dans Science, sur l’insistance d’un ami. Il ne pouvait prévoir à cette époque que cela deviendrait un moyen de détection d’« objets sombres ». Un objet massif passant sur la ligne de visée d’une source en arrière-plan produit en effet une amplification de la lumière de cette source, déviée selon les prédictions de la Relativité générale par le champ de gravité de cette lentille gravitationnelle (figure 1). Du fait de ce caractère purement gravitationnel, ce phénomène doit être indépendant de la longueur d’onde, justifiant ainsi le choix de deux caméras travaillant dans deux parties distinctes du spectre électromagnétique. On espérait de cette manière détecter une population d’objets massifs compacts (en anglais MACHOs pour MAssive Compact Halo Objects) dans le halo de la Voie lactée, pouvant constituer une réponse au problème (toujours ouvert) de la masse cachée dans l’Univers.

Mais le phénomène de microlentille gravitationnelle a une autre caractéristique : sa rareté. Pour espérer détecter une source amplifiée, il faut en observer environ un million. C’est pourquoi EROS-2 a observé durant presque 7 ans, nuit après nuit et selon les périodes de visibilité des directions visées,  quelque 90 millions de sources stellaires dans des zones du ciel fourmillant d’étoiles. Nous ne dirons rien du résultat (négatif) de la détection des MACHOs comme composant majeur de la matière noire pour aller directement à cette constatation : si toutes les causes de variation intrinsèque de luminosité (ou de position !) de ces sources constituent du bruit pour l’objectif premier du projet EROS-2, elles sont une mine d’or pour la physique stellaire, notamment pour l’étude de diverses populations d’étoiles variables. Plus généralement, chaque pixel des quelque 1,6 million d’images accumulées peut potentiellement porter une information d’intérêt astrophysique, quel qu’il soit.

A titre d’illustration très récente, la figure 2 montre la région du Pôle Sud Écliptique, zone de calibration de la mission spatiale européenne Gaia qui bouleverse actuellement notre connaissance de la Voie lactée. Sur ce graphique en cours de publication par le groupe étudiant la variabilité des sources Gaia, chaque point vert représente une des 13296 étoiles variables périodiques identifiées dans les données EROS-2 pour cette zone du ciel : mesurées il y a 15 ans, elles entrent dans le processus de validation d’un des programmes les plus ambitieux et les plus récents de l’ESA. C’est une illustration typique des possibles applications d’une archive publique EROS-2 en cours de développement au LAB. Aujourd’hui, les astronomes cherchant la neuvième planète du Système solaire sollicitent les médiévistes pour rechercher des indices dans les documents de cette époque. Espérons que d’ici quelques siècles les collègues auront encore accès à nos archives numériques, Gaia, EROS-2, ou autres…

Figure 2 : carte de champ dans la région du Pôle Sud Écliptique représentant les catalogues croisés avec les sources variables Gaia (points jaunes et rouges, respectivement observés au moins 10 et 20 fois par l’instrument). Avec les 13296 sources EROS-2 (points verts) sont aussi indiquées des populations de variables OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment, projet polonais analogue à EROS-2, et toujours en activité sur le site chilien de Las Campanas). La zone en pointillés blancs est celle utilisée pour les tests de complétude effectués pour retrouver les étoiles variables de deux types distincts, déjà connues dans cette zone : Céphéides et RR Lyræ. Crédits : Eyer et al. 2017

 

Contact au LAB : Jean-Baptiste Marquette, équipe Métrologie de l’espace, Astrodynamique, Astrophysique (M2A)

Pour en savoir plus : Eyer et al. (2017)
                                     Protopapas et al. (2015)
                                     Kim et al. (2014)
                                     Moretti et al. (2014)