L’Agence spatiale européenne (ESA) a adopté ARRAKIHS comme deuxième mission scientifique de classe FAST (F2), en vue d’un lancement en 2030. La mission observera les structures stellaires de faible brillance qui entourent des galaxies proches, afin de mieux comprendre la formation et l’évolution des galaxies. L’Université de Liège y participe aux niveaux technique et scientifique avec l'implication du Centre spatial de Liège (CSL) et du laboratoire Multi-wavelength, Extragalactic and Galactic Astrophysics (MEGA).
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RRAKIHS (Analysis of Resolved Remnants of Accreted galaxies as a Key Instrument for Halo Surveys), sélectionnée par l’ESA en 2022, a pour objectif d’observer les halos stellaires diffus et très peu lumineux qui entourent les galaxies semblables à la nôtre. Ces structures conservent la trace des fusions successives avec de petites galaxies satellites. Sous l’effet de la gravité, ces galaxies naines se disloquent et forment des courants stellaires, déjà mis en évidence dans la Voie lactée par la mission Gaia, le satellite d’astrométrie de l’ESA lancé en 2013. En étudiant un échantillon d’une centaine de galaxies proches, jusqu’à quelques dizianes de millions d’années-lumière, ARRAKIHS permettra de tester le modèle standard de formation des galaxies, selon lequel les grandes galaxies se construisent par accrétion graduelle de galaxies plus petites.
Les missions de classe « Fast » de l’ESA se distinguent par un développement rapide, en moins d’une dizaine d’années entre la sélection et le lancement, et par un satellite léger (moins de 1000 kg) placé en orbite comme passager d’une mission de plus grande taille. ARRAKIHS est la deuxième mission de cette série, d’où sa désignation « F2 », la première ayant été Comet Interceptor (lancement en 2029).
Le principal défi d'ARRAKIHS tient au fait que les structures à observer, situées en périphérie des galaxies, sont extrêmement peu lumineuses, bien plus faibles que le disque central où se concentre l'essentiel des étoiles. Pour les détecter, l'instrument ne doit pas être ébloui par la lumière indésirable provenant de sources voisines comme le Soleil, la Terre ou la Lune. Réduire cette lumière parasite (« straylight » en anglais) est une exigence si forte qu'elle détermine toute la conception de l'instrument. C'est précisément là que l'expertise de l'Université de Liège entre en jeu.
Le CSL et MEGA impliqués
Le Centre spatial de Liège (CSL) apporte la contribution technique de l’ULiège à la mission. Membre du consortium instrumental coordonné principalement par l’Espagne et la Suisse, le CSL est responsable de l'assemblage du "Straylight Baffle", l'instrument chargé de réduire la lumière indésirable venant du Soleil, de la Terre et de la Lune. Ce sous-système comprend deux baffles à revêtement noir et un couvercle de protection, utile aussi à la calibration. Le CSL va développer le mécanisme d’ouverture, qui doit fonctionner de −120 °C à +70 °C et dont dépend directement le bon déroulement de la mission, et assurera également l’analyse de la lumière parasite pour l’ensemble de la charge utile. Ces travaux s’appuient sur l’expérience de missions antérieures, telles que COROT et CHEOPS, et ont conduit à la mise en place d’une installation de mesure dédiée. Deux prototypes ont déjà été construites et testées sous vide, l’ouverture des portes ayant été validée aux températures extrêmes. "Notre responsabilité couvre à la fois la réjection de la lumière parasite et le mécanisme d’ouverture du couvercle, dont dépend directement le succès de la mission, explique Etienne Lallemand, ingénieur en cryogénie et mécanique qui assure le suivi technique au CSL. L’enjeu est d’en garantir la fiabilité sur une très large plage de températures, en nous appuyant sur l’expérience acquise lors de missions précédentes."
Sur le plan scientifique, le laboratoire MEGA (STAR Institute / Faculté des Sciences) exploitera les données de la mission. "ARRAKIHS va nous permettre d’observer, autour d’une centaine de galaxies proches, les structures ténues laissées par la fusion de petites galaxies, se réjouit Michaël De Becker, astrophysicien et responsable scientifique du projet à l’ULiège. C’est un test direct du modèle de formation des galaxies, complémentaire de ce que nous étudions avec EUCLID, et qui s’inscrit dans l’approche multi-longueur d’onde de notre laboratoire." La mission EUCLID observe des galaxies lointaines, tandis qu’ARRAKIHS se concentre sur des objets proches, avec un soin particulier porté à la lumière parasite. Sa capacité à imager des régions d’émission faibles dans le visible et le proche infrarouge intéresse aussi d'autres recherches menées au sein de MEGA dans des régions internes de notre galaxie, en complément d’observations conduites dans d’autres domaines du spectre, du radio aux hautes énergies.
La mission présente enfin un intérêt pour la formation puisque des étudiants du Master en sciences spatiales de l’ULiège ont déjà participé, lors de stages, aux travaux du CSL sur les prototypes de l’optique et du baffle, et d’autres pourraient contribuer aux activités à venir.
Avec son adoption, ARRAKIHS quitte la phase d’étude pour entrer en construction. Pour l’Université de Liège, elle associe une contribution instrumentale, portée par le CSL, et une exploitation scientifique, assurée par le laboratoire MEGA, illustrant son ancrage dans les sciences et l’instrumentation spatiales.
La mission ARRAKIHS (ARRAKIHS Mission Consortium, AMC) est développée par l’ESA et le consortium est dirigé par le Pr Rafael Guzmán (Instituto de Física de Cantabria, Espagne). La coordination scientifique est assurée par Rebekka Coles-Bieri (Université de Zurich, Suisse). Le consortium réunit plus de 250 scientifiques et ingénieurs de sept États membres de l’ESA, sous la conduite de l’Espagne : Autriche, Belgique, Norvège, Portugal, Suède et Suisse. S’y ajoutent des contributions d’institutions et d’entreprises du Royaume-Uni, de France, du Danemark, des Pays-Bas, des États-Unis, de Taïwan et de Thaïlande.
Pour la Belgique, l’Université de Liège intervient via le Centre spatial de Liège (CSL) et le laboratoire MEGA (Unité de recherches STAR), l’Université de Gand (UGent) étant invitée au volet scientifique. Les contributions belges sont soutenues par BELSPO et le programme PRODEX de l’ESA.
Consulter le site de la mission ARRAKHIS
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