« Observer le Cosmos depuis la Lune nous fera faire un pas de géant dans nos connaissances », s'enthousiasme Joseph Silk

Pourquoi, en tant que cosmologiste, avoir écrit ce livre ?

On assiste aujourd’hui à une nouvelle course à la Lune. Les principales agences spatiales, tout particulièrement américaine, européenne et chinoise, sont mobilisées vers cet objectif, ainsi que des acteurs privés tels SpaceX et Blue Origin. Les motivations sont multiples mais, avec le tourisme lunaire, l’exploitation des ressources minières lunaires, notamment en terres rares, figure en tête. J’ai voulu montrer que la Lune pouvait aussi nous permettre de faire un pas de géant dans nos connaissances sur l’Univers. La dimension scientifique du retour à la Lune ne doit pas être négligée, et il faut intensifier sans attendre sa prise en compte dans l’élaboration des programmes lunaires.

Quel est ce pas de géant que nous pourrons faire en allant sur la Lune ?

Nous pourrons faire d’énormes progrès dans la recherche de la vie extraterrestre et l’étude des objets les plus énergétiques de l’Univers mais, surtout, nous pourrons confirmer ou infirmer notre principale théorie de l’Univers : le modèle cosmologique de l’inflation cosmique, selon lequel l’Univers a connu, environ 10-35 seconde après le Big Bang, une brève phase d’énorme expansion. L’idée est d’observer ce que j’appelle les « âges sombres », situés entre 1 et 100 millions d’années après le Big Bang. C’est l’ère de l’hydrogène atomique : avant, l’hydrogène était sous forme ionisée ; après, les premières galaxies, les premiers trous noirs et les premières étoiles se forment. L’étude et la cartographie des ombres projetées en absorption sur le rayonnement du fond diffus par les nuages d’hydrogène des âges sombres devraient nous permettre de détecter le seul signal sûr confirmant la théorie de l’inflation : une petite et distinctive distorsion dans la distribution des nuages d’hydrogène. Si l’on ne trouve pas ce signal, la théorie sera invalidée.

Pourquoi faut-il aller sur la Lune pour observer les traces de ces nuages d’hydrogène des âges sombres ?

Cette distorsion dans la distribution des nuages d’hydrogène est un signal extrêmement faible. En l’absence d’étoiles dans les âges sombres, c’est la raie spectrale à 21 cm, qui est légèrement absorbée par les grands nuages d’hydrogène, qu’il faut observer. L’expansion de l’Univers depuis cette époque a allongé cette longueur d’onde à 10 mètres, soit environ 30 MHz. Dans ces basses radiofréquences, la pollution électromagnétique liée aux téléphones portables, transmissions radio ou télévisuelles et autres radars maritimes produit un bruit rédhibitoire. Il n’y a pas le choix, on ne pourra observer ce signal que depuis la face cachée de la Lune. C’est l’environnement le plus silencieux du système solaire.

Quel serait l’instrument nécessaire, et comment le construire ?

Il s’agira d’un radiotélescope d’une résolution sans précédent. Des centaines de milliers d’antennes dipolaires seront déployées puis opérées par des êtres humains et des robots. Elles seront dispersées sur un terrain lunaire d’une centaine de kilomètres. Cet instrument permettra une augmentation d’un facteur 100 de la sensibilité. Quand j’ai commencé ma carrière, il y a une cinquantaine d’années, la précision des données était au mieux de 50 %, on ne connaissait pas le taux d’expansion de l’Univers à mieux qu’un facteur 2 près… Aujourd’hui, les incertitudes sont de l’ordre du pourcent. Avec la Lune pour base d’observation, que ce soit dans les radiofréquences, l’optique ou l’infrarouge, nous pourrons améliorer encore d’un facteur 100 la précision de nos données !