Le consortium ARRAKIHS, dont l’EPFL assure la direction scientifique, vient de passer avec succès l’examen de la définition de la mission du projet, une première étape très importante vers l’achèvement complet de la préparation de la mission. ARRAKIHS est un satellite sélectionné par l’ESA pour étudier la nature de la matière noire, et dont le lancement est prévu en 2030.
Lorsque vous regardez le ciel nocturne, certaines étoiles témoignent des premiers stades de formation de l’univers et peuvent appartenir aux premières petites galaxies formées. Ces structures sont extrêmement faibles dans le ciel nocturne, et nous comprenons actuellement qu’elles sont également dominées par la matière noire.
La matière noire est une matière détectée gravitationnellement mais invisible. L’identification et la caractérisation de ces structures nécessitent des stratégies d’observation spécifiques et dédiées. Au cours de la prochaine décennie, la deuxième mission spatiale « F » de l’ESA, ARRAKIHS, recherchera ces structures très faibles, car elles sont essentielles pour découvrir la nature de la matière noire.
« L’ESA appelle cela une mission F, où F signifie rapide », explique Pascale Jablonka du LASTRO de l’EPFL, qui dirige également la composante scientifique de l’ARRAKIHS. Pour être considérée comme une mission de classe F, ARRAKIHS doit remplir un certain nombre de conditions limites : que le coût total pour l’ESA, opérations comprises, soit inférieur à 175 millions d’euros ; que la mission est autonome et dirigée par l’ESA ; que la mission sera développée selon une approche de conception au coût et que la durée totale de développement depuis la sélection de la mission en novembre 2022 jusqu’au lancement doit être inférieure à huit ans.
Sélectionnés en 2022 par l’ESA comme deuxième mission F, les membres du consortium européen ARRAKIHS, dirigé par l’Espagne avec une très forte composante suisse, ont travaillé ensemble l’année dernière pour achever la phase initiale de l’étude de la mission, appelée phase zéro. Le 27 septembre, ARRAKIHS a franchi sa première étape, la « revue de la conception de la mission », donnant au consortium ARRAKIHS et à l’équipe d’étude de l’ESA le feu vert pour passer aux phases suivantes du projet.
« Nous sommes très enthousiastes. C’est un moment de bonheur et d’émotion de dépasser cette première phase. Cela signifie que la mission est désormais concrètement valorisée. Nous entrons dans une phase encore plus active du projet, pour laquelle nous avons besoin du soutien des agences nationales. « , explique Jablonka.
Au cours des deux prochaines années et demie, le Consortium de mission travaillera en collaboration avec l’ESA et l’industrie sur la prochaine phase d’étude, appelée définition de la mission ou phase A/B, qui couvre la définition de tous les aspects de la mission, y compris la science, l’instrument scientifique, le vaisseau spatial et les opérations. Cette étude détaillée de faisabilité de la mission aboutira à un examen par des équipes de scientifiques et d’ingénieurs indépendants. En cas de succès, une recommandation sera ensuite présentée par l’ESA à son comité du programme scientifique (composé de délégués de tous les États membres de l’ESA) pour adopter l’ARRAKIHS et passer à la mise en œuvre.
Dévoiler l’invisible avec ARRAKIHS
Selon le modèle cosmologique standard actuel où la gravitation est régie par la théorie d’Einstein, l’univers est composé de 27 % de matière noire, 68 % d’énergie noire, et seuls les 5 % restants sont la matière ordinaire telle que nous la connaissons et la voyons, constituant planètes et étoiles.
Le nom ARRAKIHS (acronyme de Analysis of Resolved Remnants of Accreted galaxies as a Key Instrument for Halo Surveys) fait allusion à la planète de science-fiction du roman Dune, mais au lieu de chercher du « piment », ce satellite en orbite terrestre basse sera cherche à dévoiler l’un des secrets les plus sombres de la physique moderne. Quelle est la nature de la matière noire ? Est-ce qu’il fait chaud ou froid ? Est-ce que c’est auto-interactif ?
Des études théoriques ont montré que la signature de la nature de la matière noire est imprimée dans le nombre de systèmes nains pâles autour de galaxies massives, comme la nôtre, et dans les flux stellaires dans leurs halos. ARRAKIHS ciblera donc 75 de ces analogues de la Voie lactée. Mais ces analogues sont si faibles dans le ciel nocturne qu’il est important de les observer depuis l’espace, loin de l’atmosphère terrestre.
À l’aide d’une technologie d’imagerie très efficace, les scientifiques dévoileront et caractériseront les caractéristiques du halo stellaire, un défi d’ingénierie étant donné la faiblesse des structures astrophysiques. L’idée est ensuite de comparer ces observations avec différents modèles d’énergie noire et leurs prédictions. Chaque galaxie sera observée pendant 150 heures au total et ses structures de halo seront décodées dans les moindres détails.
« La mission est particulièrement passionnante pour moi et mes collaborateurs car elle rassemble de nombreux domaines de nos intérêts de recherche, comme la matière noire et l’évolution des galaxies, mais aussi le traitement d’images et les simulations numériques », poursuit Jablonka, attiré par l’astrophysique car « elle combine d’une beauté exceptionnelle et de questions fondamentales sur la formation et l’évolution des systèmes physiques.