Utiliser les pulsars pour voyager dans le cosmos

Le clignotement régulier des pulsars pourrait permettre de se repérer dans l’espace au-delà du Système solaire. Une sorte de phare cosmique aussi précis qu’une horloge atomique mais qui nécessite des calculs complexes. Avec son système Sextant, la Nasa compte bien s’en servir pour ses futures missions interplanétaires.

Jadis, les navigateurs utilisaient la position des étoiles dans le ciel pour se repérer. Plus tard, la lumière des phares est venue les prévenir des dangers des côtes. Aujourd’hui, nous nous orientons grâce aux satellites, qui nous donnent en permanence notre position exacte sur Terre. Pour les futurs voyages interplanétaires, les astronautes utiliseront peut-être un mix des trois, en se repérant par rapport aux émissions de rayonnement X des pulsars.

Aussi appelés étoiles à neutrons, ils sont d’anciennes étoiles massives qui se sont effondrées sur elles-mêmes. Comme leur nom l’indique, elles émettent des ondes électromagnétiques à un rythme rapide et régulier, comme des pulsations cardiaques. Leurs faisceaux lumineux de rayons X balayent le ciel comme un phare, illustre Luke Winternitz, ingénieur en systèmes de navigation au Goddard Space Flight Center de la Nasa à Greenbelt, dans le Maryland (États-Unis).

Les pulsations de certaines étoiles à neutrons sont très stables, certaines même aussi stables que les horloges atomiques terrestres à long terme, ce qui les rend potentiellement aussi fiables que le GPS, poursuit le chercheur.

Car si le GPS est parfaitement adapté à la navigation terrestre, il devient complètement inutile pour les voyages interstellaires. Contrairement aux informations fournies par les satellites, les rayonnements des pulsars ne se dégradent pas en s’éloignant de la Terre, puisqu’ils sont répartis dans toute la Voie Lactée. On fait passer le G de Global au G de Galaxie, appuie son collègue Jason Mitchell. Ce système pourrait fonctionner n’importe où dans le Système solaire et même transporter des robots ou des équipages au-delà du Système solaire.

Le problème, c’est que contrairement aux pulsations radio également émises par les étoiles à neutrons, les émissions de rayons X sont très faibles. Il faut donc un système suffisamment puissant pour les détecter. De fait, le Nicer (Neutron star Interior Composition Explorer) fait à peu près la taille d’une machine à laver, ce qui est incompatible avec une sonde ou un vaisseau compact destiné à être envoyé à l’autre bout de l’Univers.

Mais selon Jason Mitchell, il est possible de réduire drastiquement sa taille en échangeant une zone de couverture très large avec une durée de collecte plus longue (plus on augmente le temps de collecte, plus on récolte de photons). L’autre limite concerne le nombre restreint d’étoiles à neutrons exploitables. Cela nécessite d’établir un catalogue extrêmement précis du calendrier des pulsations de chaque étoile, dont la position de certaines demeure en outre variable.

L’idée n’est pas nouvelle. Ce système, appelé XNAV ou phare cosmique, est déjà testé par la Nasa sur la Station spatiale internationale (ISS), qui dispose d’un appareil nommé Nicer, qui détecte et horodate la lumière des rayons X dans le ciel. Couplé au logiciel Sextant (Station Explorer for X-ray Timing and Navigation Technology), il permet de créer une carte de navigation comme celle que l’on peut obtenir avec le GPS.

Les scientifiques ont développé des modèles permettant de prédire avec précision quand une impulsion de rayons X va parvenir à un point donné. En chronométrant l’écart entre l’arrivée de l’impulsion à l’ISS et le moment auquel elle devait arriver à ce point de référence, on peut ainsi déterminer la position exacte où l’on se trouve.

Le système XNAV devrait être testé également sur la future station orbitale lunaire Gateway pour y servir de navigation d’appui lors des missions vers Mars. Les astronautes pourraient également l’utiliser pour compléter les capacités de navigation à bord s’ils devaient revenir sur Terre par leurs propres moyens, suggère Jason Mitchell. Outre la Nasa, les Chinois ont développé un mini satellite baptisé XPNAV 1 destiné à mettre au point une carte de navigation.

L’Agence spatiale européenne (ESA), qui avait pourtant été une des premières à s’intéresser à cette technologie avec la publication en 2004 d’une étude sur la faisabilité du XNAV, semble depuis avoir abandonné l’idée.

En vidéo ci-dessous le chant des pulsars:

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