Le CNRC contribue à faire la lumière sur l'Univers grâce à un satellite conçu par des étudiants

C'est par un samedi matin paisible qu'un satellite de la taille d'une boîte de papier-mouchoir a entamé sa mission pour nous aider à mieux comprendre l'Univers. Le 26 novembre 2022, le satellite conçu par des étudiants de l'Université de Victoria, connu sous le nom d'ORCASat (pour Optical Reference Calibration Satellite), s'est envolé du Centre spatial Kennedy de la NASA à bord d'une fusée Falcon 9 de SpaceX. Tôt dimanche matin, il était amarré à la Station spatiale internationale. Le petit satellite a été mis en orbite le 29 décembre 2022, dans le cadre de sa mission qui consiste à fournir une source orbitaire de lumière artificielle de référence unique pour étalonner les télescopes terrestres.

Les télescopes terrestres nous permettent depuis l'époque de Galilée d'observer l'espace, mais de nos jours, ils rendent possible l'observation de galaxies lointaines depuis le confort de notre foyer.

Lorsque la lumière se dirige vers la Terre, une partie de celles-ci se perd dans 3 endroits dans les images des télescopes : dans l'atmosphère terrestre, dans les composants optiques d'un télescope (miroirs, lentilles et filtres) et dans le détecteur d'une caméra de télescope. Il importe donc de calculer la fraction totale de lumière perdue pour pouvoir effectuer des mesures astronomiques précises. Mis au point principalement dans le cadre de l'Initiative canadienne CubeSats dirigée par l'Agence spatiale canadienne, l'Université de Victoria et le Conseil national de recherches du Canada (CNRC) ont collaboré au satellite d'étalonnage optique de référence, ORCASat, afin que cette fraction de lumière astronomique perdue puisse être mesurée avec précision.

Justin Albert, l'un des chercheurs principaux de l'ORCASat, avait déjà travaillé avec des spécialistes du Centre de recherche en métrologie du CNRC sur l'étalonnage photométrique de précision en astronomie et il était convaincu que ces spécialistes pouvaient mettre à profit leur expertise pour cette mission. Justin a donc demandé l'aide de ses collaborateurs de longue date, Arnold Gaertner et Éric Côté, chercheurs en photométrie au CNRC. Ensemble, ils ont effectué deux semaines intenses d'étalonnage des sources de lumière laser. Ils ont fourni des mesures critiques de l'intensité lumineuse des 2 sources de lumière laser de l'ORCASat afin de déterminer exactement la quantité qu'elles émettent. Ensuite, lorsqu'un télescope ou un observatoire au sol mesure la lumière émise par le satellite, les chercheurs peuvent la comparer aux mesures d'intensité absolue obtenues par le CNRC et ainsi étalonner leurs instruments. Les scientifiques et les techniciens de l'équipe du Centre de recherche en aérospatiale du CNRC dirigée par Viresh Wickramasinghe ont fourni les principaux équipements de laboratoire pour le projet, effectué des essais modaux afin d'extraire la dynamique structurelle, réalisé deux essais de qualification sur pot vibrant du prototype et du matériel de vol et entrepris des évaluations cruciales de la conception du système pour assurer un lancement réussi. Dans un même temps, ils ont soutenu et formé de jeunes ingénieurs.

Un lieu d'apprentissage et de formation pour les étudiants canadiens

L'Université de Victoria est fière de former la prochaine génération de spatiologues (scientifiques et ingénieurs) et d'entrepreneurs canadiens en offrant aux étudiants une précieuse expérience pratique. Les éléments spatiaux et terrestres novateurs de l'ORCASat ont été conçus et construits entièrement par des étudiants : plus de 25 étudiants inscrits à un programme d'alternance travail-études à temps plein et 150 étudiants bénévoles à temps partiel sous le mentorat d'Afzal Suleman (génie), Chaire de recherche du Canada et professeur et Justin Albert (physique) ont contribué à l'ORCASat et ont ainsi appris à concevoir des missions spatiales. Et à mesure que la mission se poursuivra, l'objectif principal du projet ORCASat sera de continuer à former du personnel hautement qualifié en sciences et en technologies spatiales.

Le tout pour éclairer davantage notre compréhension de l'Univers

L'ORCASat transporte deux sources de lumière laser que les astronomes peuvent observer en orbite. Au moment où un télescope au sol mesure la lumière provenant de l'ORCASat, le satellite lui-même mesure la luminosité de la lumière ainsi que son altitude, son orientation et sa position. Il mesure également l'état de santé de l'engin spatial et de la source lumineuse. L'écart entre la luminosité de l'ORCASat sur le télescope et la luminosité qu'il aurait dû avoir détermine la quantité de lumière diminuée par l'atmosphère et l'optique du télescope. Les astronomes peuvent ensuite appliquer cette information à d'autres mesures de la lumière des corps célestes dans le ciel nocturne.

En mesurant la luminosité absolue des supernovas de type 1a — l'explosion puissante et lumineuse d'une étoile causée par l'effondrement de naines blanches, ou les restes chauds et denses d'anciennes étoiles —, nous pouvons déterminer à quelle vitesse elles s'éloignent de nous, ce qui permet de mesurer l'histoire de l'expansion de l'Univers. L'ORCASat réduira davantage l'incertitude entourant la luminosité de ces supernovas et fournira de plus grandes exactitude et précision, et améliorera notre compréhension de l'expansion de l'Univers. L'ORCASat devrait rester en orbite environ 6 à 8 mois, mais une mission plus longue de 18 mois n'est pas exclue, pour autant que les conditions dans l'espace le permettent.