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De par sa conception l’instrument MUSE ouvre un champ d’investigation énorme : formation et évolution des galaxies, population stellaire dans les galaxies proches, trous noirs super massifs, jeunes étoiles and planètes et petits corps. Il permet donc d’étudier de nombreux objets différents sur des échelles allant de notre système solaire à près de dix milliard d’années lumières ! MUSE devrait donc permettre des avancées significatives dans de nombreux domaines de l’astrophysique moderne.
Formation et évolution des galaxies.
Un des objectifs les plus important qui a conditionné le design de MUSE est sa capacité è détecter et étudier les toute premières galaxies normales (i.e. semblable à notre Voie Lactée). Vue à plus de 10 milliards d’années-lumière ces galaxies sont extraordinairement faibles (en luminosité) et petites. Mais comme expliqué dans la présentation générale, MUSE sera capable de les observer et de les étudier grâce leur forte émission dans les raies de l’hydrogène. On s’attend à trouver environ 15000 de ces galaxies dans la grande campagne d’observation qui a été planifiée. L’échantillon complet couvrira tous les types de galaxies : géantes elliptiques et spirales, galaxies actives et non actives, jeunes et vielles, etc. Cet ensemble homogène et unique de données sera un élément clé pour la compréhension des mécanismes de formation et d’évolution des galaxies.
Populations stellaires dans les galaxies proches
Les galaxies sont composées de dizaines de milliards d’étoiles. A grande distance, les étoiles capturées par un seul pixel (plus petit élément d’image) forment déjà un mélange de plusieurs milliers d’étoiles différentes. Dans ce processus de nombreux renseignements critiques sont perdus dans la mesure où il n’est pas possible de distinguer la contribution de chaque étoile dans ce mélange de lumière. Dans une simple pose, MUSE sera capable de résoudre beaucoup d’étoiles et d’obtenir jusqu’à dix milliers de spectres à la fois. En utilisant cette capacité unique il sera possible d’étudier l’évolution des étoiles massives. Ces dernières jouant un rôle clé dans l’évolution des galaxies. Grace à MUSE il sera possible d’étudier de manière systématique un certain nombre de galaxies spirales proches et d’augmenter d’au moins un facteur dix le nombre d’étoiles massives étudiées.
Trous noirs super massifs dans les galaxies proches.
La plupart des galaxies recèlent un trou noir super massif dans leurs noyaux. Le fort champ gravitationnel produit par ces trous noirs a un impact important sur l’environnement stellaire proche. Les vitesses des étoiles dans l’environnement d’un trou noir peuvent être analysées grâce à l’effet Doppler-Fizeau sur leurs raies spectrales. Les caractéristiques 3D de MUSE et sa haute résolution spatiale en font l’instrument idéal pour ce type d’étude. Les premières analyses ont montrées que le mouvement des étoiles autours des trous noirs super massifs est beaucoup plus complexe qu’attendu. Avec MUSE il sera possible de développer ces études sur un plus grand nombre de galaxies et tenter de répondre à un certain nombre de questions clés à propos de ces trous noirs et de leurs impacts sur l’évolution des galaxies.
Premier stade d’évolution stellaire.
Dans le premier stade de leur formation, les étoiles produisent des jets puissants et des vents. Ces jets atomiques sont les phénomènes les plus impressionnants et le plus énigmatiques associés à la naissance d’étoiles. Ces jets de gaz expulsés hors des pôles à haute vitesse forment la partie visible et spectaculaire de l’interaction complexe entre le milieu interstellaire composé de gaz et de poussière et les champs magnétiques et les gaz ionisés expulsés des étoiles. Grace à sa haute résolution spatiale et sa possibilité de spectroscopie 3D, l’instrument MUSE devrait ouvrir une nouvelle dimension dans l’analyse et la modélisation de ces jets et vents stellaires. Des percées importantes devraient être faites sur nombre de questions urgentes telles que l’origine des nœuds de jets, les roulements et les processus de lancement de matière, etc.
Planètes et petits corps dans le système Solaire.
Bien que les observations au télescope des planètes du système Solaire ne puissent pas rivaliser avec l’exploration directe par les missions spatiales, il y a un certain nombre de cas où les capacités de MUSE apporteront de nouveaux renseignements inestimables. L’atmosphère des planètes géantes (Jupiter, Saturne, Neptune et Uranus) affiche des effets saisonniers, MUSE sera capable d’observer ces évolutions temporelles. Io, un des satellites de Jupiter, affichent des activités volcaniques intenses sur sa surface (en raison de l’énorme champ gravitationnel de Jupiter). La surveillance systématique de cette activité sera possible avec l’instrument MUSE. En cas de d’événement imprévisible et sporadique tel que l’apparition d’une nouvelle comète et à la différence d’une mission spatiale qui a besoin d’être programmée bien à l’avance, l’instrument MUSE sera capable d’observer l’objet sans retard. En outre ses capacités de spectroscopie 3D seront cruciales pour étudier l’évolution chimique et physique complexe des comètes quand elles s’approchent de notre Soleil.
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