Les mesures récentes des inhomogénéités du Fond diffus cosmologique (Cosmic Microwave Background ou CMB), de l'expansion des supernovae de type Ia (SNIa) et des structures à grande échelle de l'Univers convergent vers un nouveau modèle cosmologique dit modèle "lambda-CDM". Paradoxalement, ce modèle repose sur trois composantes dont l'origine et la nature sont inconnues : la matière sombre (CDM pour Cold Dark Matter), l'énergie sombre (lambda) et les champs responsables de l'inflation. L'identification et la compréhension de ces trois ingrédients sont le défi actuel de la cosmologie et la source probable d'une révolution de la physique fondamentale.
Pour découvrir ces composantes "sombres" qui représentent plus de 95% du contenu de l'Univers, le satellite Euclid a été développé pour observer les effets de distorsions gravitationnelles qui fournissent une mesure directe de la distribution de matière sombre dans l'Univers. Il mesure précisément les faibles déformations des images des galaxies distantes par l'action de la gravitation des grandes structures sur la ligne de visée. L'étude de ces déformations peut être aussi utilisée pour mesurer les paramètres cosmologiques et, en particulier, le comportement de "l'énergie sombre" qui affecte la croissance des structures cosmiques.
L'imagerie spatiale à grand champ d'Euclid s'affranchie des effets perturbateurs de l'atmosphère terrestre qui limitent actuellement les sondages des télescopes au sol. Elle fournira une très haute sensibilité (plus d'images précises de galaxies) et, grâce à des images fines et stables, limitera les défauts optiques systématiques qui sont critiques pour l'étude des faibles distorsions.
A gauche: Cliché de l'amas de galaxies, Abell 2218, montrant la déformation de la forme des galaxies d'arrière plan (arcs) par l'action de la gravitation de la matière noire de l'amas. (Cliché NASA/ESA-HST)
A droite: Exemple de reconstitution de la distribution de la matière noire à partir de l'analyse de la déformation des images (Cliché: droits réservés)
Après plusieurs années de pré-études en compétition avec d’autres missions, Euclid a été sélectionnée par ESA en octobre 2011 puis adoptée par celle-ci en juin 2012.
Les équipes du CEA ont été à l'origine de cette mission et sont fortement engagés, occupant des postes clés dans le management, le développement instrumental, le segment-sol et la science de celle-ci. Euclid est une mission de classe moyenne (M) du programme Cosmic Vision (2015-2025) de l’ESA. Son but principal est d'étudier l'origine de l'accélération de l'expansion de l'Univers en s’appuyant sur deux sondes cosmologiques distinctes : l’effet lenticulaire gravitationnel faible (Weak Gravitational Lensing) et la façon dont les galaxies sont distribuée dans l’espace (Galaxy Clustering).
La charge utile du satellite Euclid est constituée d’un télescope de 1,2 m équipé de deux instruments :
- un imageur grand champ pour les longueurs d’onde visible (VIS),
- un spectro-imageur proche infrarouge (NISP).
Le satellite sera placé au point de Lagrange L2 pour une mission d’une durée de 6 années avec pour but l'observation de l’ensemble du ciel extragalactique.
L'implication du CEA dans Euclid
L’Irfu a joué un rôle clé dans la sélection de cette mission en coordonnant le consortium scientifique qui a proposé dès 2004 une mission d’étude de l'univers sombre en réponse à l'appel de thèmes scientifiques pour le programme de Cosmic Vision. Nous avons ensuite initié en 2007 la proposition de mission DUNE (Dark UNiverse Explorer), puis de septembre 2008 à septembre 2009 nous avons coordonné à la fois sur le plan scientifique et technique les études préparatoires pour les instruments de la mission d'Euclid qui a résulté de la fusion des propositions DUNE et SPACE. En Octobre 2010, nous avons mis en place puis dirigé le consortium scientifique Euclid en réponse à l'appel d’offre ESA pour la fourniture de l’ensemble de la charge utile d'Euclid et du segment sol scientifique associé.
Depuis lors, nous occupons des positions clés dans le projet Euclid : nous sommes impliqués au plus haut niveau dans le management du Consortium d'Euclid (coordination du management, responsabilité système au niveau global de la mission, responsabilité scientifique du segment sol), dans les activités de développement instrumental en étant en charge de la fourniture d’éléments clés pour les deux instruments ainsi que dans la préparation du segment sol scientifique.
L’Irfu a fourni pour l’instrument VIS le plan focal (construit autour de 36 CCD totalisant plus de 500 millions de pixels) et un système de contrôle des moteurs et de la puissance électrique, ainsi que les cryo-mécanismes qui positionneront à basse température avec une grande précision et une extrême fiabilité les filtres de l’instrument NISP.
Le segment sol scientifique est une partie cruciale d'Euclid : en effet plus d’un milliard de galaxies seront mesurées pour l'analyse de effet lenticulaire faible. Nous sommes impliqués tout au long des étapes du traitement des données associées à l'analyse de l’effet lenticulaire faible : nous participons au développement de simulations d’images provenant de l’instrument VIS, aux études en compétition pour les traitements de données de mesure de forme des galaxies ainsi qu’aux développements d’algorithmes pour l’obtention des produits scientifiques de haut niveau mettant ainsi à profit notre excellence dans les méthodes traitement statistique de données et leur application à la cosmologie.
Pour en découvrir plus
• Thèmes de recherche du Service d'astrophysique › Modélisation-SAp Structure et évolution de l'Univers
• Le Département d'Astrophysique (DAp) // UMR AIM • Department of Astrophysics (DAp) // UMR AIM
• Cosmologie et Evolution des Galaxies • Cosmologie et Statistiques • Systèmes et Architectures Spatiales • Cosmology and Galaxy Evolution • Cosmology and Statistics • Space Systems and Architectures
