Cartographier le cosmos : imager et corriger, de EUCLID au ROMAN Telescope

Cartographier l’univers ne se limite pas à prendre des photos des galaxies : il faut aussi corriger les imperfections des images pour obtenir une représentation fidèle. Les télescopes spatiaux comme le Nancy Grace Roman Telescope (prévu pour 2026) ou EUCLID (déjà en activité depuis 2023) ont pour mission de sonder la matière et l’énergie sombre, deux composantes mystérieuses qui structurent l’univers. Cependant, leurs instruments génèrent des artefacts, c’est-à-dire des perturbations qui altèrent la qualité des images. Parmi ces artefacts, la fonction d’étalement du point (PSF, Point Spread Function) est un phénomène courant : au lieu de capturer un point lumineux net, le télescope produit une tache floue, rendant difficile la distinction des formes des galaxies. Ce problème technique est au cœur des défis actuels de la cosmologie observationnelle.

Les capteurs des télescopes spatiaux, bien que performants, introduisent un bruit parasite dans les images. Ce bruit est une perturbation aléatoire qui se superpose au signal lumineux des galaxies, réduisant la précision des mesures. Par exemple, le Nancy Grace Roman Telescope, malgré son large champ de vision et sa puissance, sera confronté à ce phénomène. Ce bruit peut provenir de sources variées : variations thermiques, interférences électroniques ou même des rayons cosmiques qui frappent les détecteurs. Pour les scientifiques, l’enjeu est de développer des algorithmes capables de filtrer ces perturbations sans altérer les données scientifiques essentielles, comme la forme ou la luminosité des objets observés.

La mission EUCLID, lancée par l’Agence Spatiale Européenne (ESA), a déjà mis au point des techniques pour corriger ces artefacts. Sacha Guerrini, doctorant au CEA de Paris-Saclay, travaille spécifiquement sur l’effet de lentille gravitationnelle faible, un phénomène où la lumière des galaxies est déviée par la matière noire, créant des distorsions dans les images. Pour atténuer les effets de la PSF et du bruit parasite, les chercheurs utilisent des méthodes de traitement d’image avancé. Ces techniques permettent de reconstruire des images plus nettes en soustrayant les perturbations connues ou en modélisant leur impact. L’objectif est d’obtenir des cartes cosmiques précises, indispensables pour étudier la distribution de la matière noire et l’expansion de l’univers.

L’effet de lentille gravitationnelle faible est un outil clé pour comprendre la structure de l’univers. Lorsqu’un amas de matière noire (invisible directement) se situe entre la Terre et une galaxie lointaine, sa gravité dévie la lumière de cette galaxie, créant des distorsions caractéristiques. Ces distorsions, bien que subtiles, contiennent des informations sur la répartition de la matière noire. Cependant, la PSF et le bruit parasite des télescopes brouillent ces signaux. Les scientifiques comme Guerrini doivent donc affiner leurs modèles pour isoler l’effet des lentilles gravitationnelles des artefacts instrumentaux. Cette démarche est cruciale pour valider les théories sur l’énergie sombre, une forme d’énergie hypothétique responsable de l’accélération de l’expansion de l’univers.