SPHEREx cartographie le ciel en 102 couleurs infrarouges

Le 19 décembre 2025, la NASA a annoncé que son nouvel observatoire spatial, SPHEREx, a franchi une première étape marquante : un relevé complet du ciel capturé dans 102 longueurs d'onde infrarouges distinctes. En seulement six mois d'opérations scientifiques, la mission a produit non pas une seule image, mais un vaste empilement de cartes superposées — chaque longueur d'onde révélant des caractéristiques physiques et chimiques différentes à travers le ciel, des couloirs poussiéreux de notre galaxie à la lueur diffuse des galaxies lointaines dont les positions portent des informations sur le tout premier instant d'expansion de l'univers.

Un télescope aux multiples couleurs

SPHEREx — le Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer — a été conçu pour accomplir une tâche inhabituelle pour un télescope spatial : combiner une large couverture avec une résolution spectrale modérée. Au lieu de quelques filtres larges ou d'un seul spectrographe à haute résolution pointé vers une minuscule portion du ciel, SPHEREx utilise six détecteurs et un ensemble de filtres à bande étroite de sorte que chaque exposition enregistre 102 mesures de longueurs d'onde distinctes. Ce choix technique transforme chaque image en un cube de données à 102 canaux, permettant aux astronomes d'observer comment différents matériaux et températures rayonnent dans l'infrarouge.

Ces longueurs d'onde infrarouges sont invisibles à l'œil nu mais cruciales pour l'astronomie moderne. La poussière froide, les glaces moléculaires et les faibles régions de formation d'étoiles sont brillantes dans l'infrarouge, même lorsque les télescopes optiques ne voient rien. Alors que SPHEREx tourne autour de la Terre environ 14,5 fois par jour, balayant quotidiennement des bandes du ciel et laissant la géométrie de son orbite déplacer sa zone de vision à mesure que la Terre tourne autour du Soleil, il a constitué une couverture de l'ensemble de la sphère céleste en six mois. Les scientifiques de la mission ont comparé la capacité multicolore de l'observatoire à la vision hyperspectrale de la crevette-mante — une manière compacte de transmettre la quantité d'informations supplémentaires que SPHEREx capture d'un seul coup.

Du ciel plat à un atlas tridimensionnel

L'une des fonctions les plus importantes de la mission consiste à transformer une carte du ciel en deux dimensions en un atlas tridimensionnel de l'univers proche et lointain. La lumière des galaxies lointaines est étirée vers des longueurs d'onde plus longues par l'expansion cosmique — le phénomène familier appelé décalage vers le rouge (redshift). Mesurer comment la lumière d'une galaxie se déplace à travers de nombreuses bandes de longueurs d'onde étroites permet d'estimer sa distance. Les 102 mesures de SPHEREx par source fournissent bien plus de détails spectraux qu'une imagerie classique à large bande, de sorte que les redshifts photométriques deviennent beaucoup plus précis pour des centaines de millions de galaxies.

Cette profondeur n'est pas purement académique : la structure de l'amas de galaxies en trois dimensions trace l'échafaudage en forme de toile que la matière noire a mis en place et encode les minuscules variations imprimées lorsque l'univers a connu l'inflation dans les premières fractions de seconde. Les cosmologues espèrent que SPHEREx aidera à vérifier si les modèles simples d'inflation sont corrects, et si ces fluctuations quantiques primordiales ont réellement engendré les galaxies que nous voyons aujourd'hui. En termes simples, SPHEREx réalise l'équivalent cosmique de la mesure des ondulations fossilisées de la naissance de l'univers.

Cartographier la chimie glacée de la Voie lactée

SPHEREx n'est pas seulement un instrument de cosmologie. L'un de ses objectifs fondamentaux est de recenser les stocks de glaces à travers notre galaxie. Les glaces d'eau, de monoxyde de carbone et de dioxyde de carbone recouvrent les grains de poussière dans les nuages moléculaires froids et deviennent plus tard des composants des comètes, des planètes et d'autres petits corps. En détectant les signatures spectrales caractéristiques de ces molécules dans l'infrarouge, SPHEREx peut localiser les concentrations de matières premières pour les planètes et potentiellement pour la vie.

Comme la mission scrute l'intégralité du ciel tous les six mois et prévoit plusieurs passages complets au cours de sa mission primaire de deux ans, elle construira une image dynamique de l'endroit où les glaces sont concentrées et de l'évolution de ces réservoirs. Ce recensement systématique à l'échelle de la galaxie est unique et fournira des cibles pour un suivi par des installations à plus haute résolution capables de zoomer pour étudier des nuages particuliers, des systèmes stellaires jeunes ou des objets interstellaires de passage.

Cosmologie : atteindre les empreintes de l'inflation

L'inflation — l'expansion ultra-rapide hypothétique de l'espace dans les premières 10^-32 secondes après le Big Bang — a été un cadre explicatif fructueux, mais elle est restée largement théorique en raison de la difficulté de la relier à des observations tardives. SPHEREx offre un moyen pratique de combler cette lacune en cartographiant la distribution statistique des galaxies à travers d'énormes volumes. Ces statistiques peuvent révéler des caractéristiques subtiles, telles que des écarts par rapport aux distributions purement gaussiennes dans le champ de densité, qui renverraient à la physique de l'inflation.

SPHEREx ne fournira pas une réponse définitive unique ; il ajoutera plutôt un nouvel ensemble de données puissant à la boîte à outils des cosmologues. Combinés à une modélisation minutieuse, à des relevés de lentillage gravitationnel et à des suivis spectroscopiques, les redshifts photométriques de la mission pour des centaines de millions de galaxies peuvent affiner les contraintes sur les modèles inflationnistes et sur la nature de l'échafaudage de matière noire qui façonne la formation des galaxies.

Comment SPHEREx complète la flotte d'observatoires

SPHEREx se situe délibérément entre deux stratégies d'observation familières. Des télescopes comme le James Webb Space Telescope fournissent des spectres extrêmement détaillés mais seulement sur des champs de vision minuscules ; des missions d'observation du ciel complet comme WISE ont couvert l'intégralité du ciel mais avec beaucoup moins de couleurs. Le créneau de SPHEREx est d'être un spectro-photomètre à grand champ : un éclaireur du ciel qui signale les objets intéressants, les empreintes chimiques et les structures tridimensionnelles pour que des instruments plus ciblés puissent les étudier.

La NASA et le JPL soulignent que les données de la mission sont destinées à être une ressource communautaire. L'ensemble des données a été rendu public, et la mission effectuera au moins trois autres passages complets du ciel au cours de ses opérations primaires pour réduire le bruit et révéler des caractéristiques plus ténues. Le résultat sera une archive croissante et richement stratifiée que les chercheurs en astrophysique et en sciences planétaires pourront exploiter pour des découvertes que l'équipe de la mission n'avait pas anticipées.

Premiers résultats et possibilités futures

Même au cours de ses six premiers mois, SPHEREx a déjà produit des panoramas en fausses couleurs saisissants qui isolent l'émission des étoiles, de l'hydrogène gazeux chaud et de la poussière cosmique. L'observatoire a observé des objets à l'intérieur de notre propre système solaire — y compris la comète interstellaire 3I/ATLAS — et sera sensible aux phénomènes transitoires tels que les supernovae et les étoiles à éruptions. Ces détections transitoires bénéficient de la cadence répétée de balayage du ciel entier par SPHEREx.

Au cours des prochaines années, les cartes stratifiées de la mission devraient affiner notre vision de la manière dont les galaxies se sont assemblées, de l'endroit où se trouvent les glaces propices à la formation de planètes et de la façon dont la structure à grande échelle de l'univers conserve l'empreinte de sa physique la plus précoce. Les données guideront également des suivis coûteux avec le Webb et des spectrographes au sol : SPHEREx peut pointer les aiguilles dans la botte de foin qui méritent l'étude la plus intensive.

Sources

• NASA (briefings de mission et documents de presse de SPHEREx)
• Jet Propulsion Laboratory (bureau du projet SPHEREx)
• California Institute of Technology (Caltech)