Les observations de PILOT ont deux objectifs scientifiques majeurs. D’une part, elles permettront de contraindre la géométrie à grande échelle du champ magnétique de notre galaxie et d’étudier en détail les propriétés d’alignement des grains de poussière dans le champ magnétique. Dans ce domaine, les mesures de PILOT seront complémentaires de celles de Planck aux grandes longueurs d’onde et à faible résolution angulaire. Elles permettront de mieux comprendre le rôle du champ magnétique dans la matière interstellaire et plus généralement dans les nuages moléculaires, et le rôle qu’il joue dans l’effondrement gravitationnel menant à la formation d’étoiles. D’autre part, les observations menées par PILOT permettront de mesurer pour la première fois l’émission polarisée de la poussière à travers la région la plus diffuse du ciel, là où les mesures sont les plus faciles à interpréter en termes de physique de la poussière.
Ces mesures ont une importance particulière en vue des futures expériences de cosmologie qui réussiront à mesurer la polarisation du fond diffus cosmologique, et en particulier les modes B produits par les perturbations tensorielles. Leur détection pourra être une preuve définitive des interactions entre les ondes gravitationnelles primordiales générées pendant l’inflation, et pourra être une avancée majeure pour la cosmologie et la physique des hautes énergies. De plus, la détection de ces modes ne pourra être possible sans une soustraction précise des émissions polarisées du fond diffus, qui sont dominées par les émissions polarisées de la poussière à des fréquences proches de 100 Ghz. La sensibilité de l’expérience PILOT (environ 50 fois celle de Planck pour une colonne de densité donnée) préfigurera ce que seront les futures expériences de cosmologie. Les résultats de PILOT permettront de gagner en connaissance sur les propriétés magnétiques des grains de poussière, et sur la structure du champ magnétique dans le milieu interstellaire diffus ce qui sera nécessaire pour avoir une idée précise de l’absorption par l’avant plan. Ils permettront également de définir les choix instrumentaux et techniques pour les futures missions. Dans ce domaine particulier, PILOT jouera un rôle similaire à l’expérience Archeops pour Planck.
Aujourd’hui, les mesures d’émission polarisée de la poussière sont peu nombreuses et souffrent de biais importants. A cause de leur basse sensibilité, les mesures de polarisation obtenues par les grands télescopes au sol permettent seulement d’explorer les régions les plus lumineuses du ciel, au voisinage immédiat des régions de formation d’étoiles. Aucune autre expérience (passée ou prévue) que PILOT n’est optimisée pour détecter l’émission polarisée de la poussière. Aucunes données observationnelles n’autoriseront donc une complète et systématique vue d’ensemble des émissions polarisées de la poussière dans un futur proche. L’expérience PILOT tirera avantage de l’important gain de sensibilité permis aux altitudes stratosphériques et de l’utilisation de détecteurs bolométriques de grand format. PILOT complètera les nombreuses expériences au sol et de lâchés de ballons qui sont couramment développés pour mesurer la polarisation du CMB, et pour lequel l’émission polarisée de l’avant plan est souvent ignorée. Les mesures de PILOT complèteront également celles de Planck dans le domaine infra rouge.
Résultats scientifiques : PILOT ne détectera pas seulement l’émission polarisée de la poussière, mais détectera aussi l’intensité de l’émission de la poussière avec une grande précision. Cela complètera les observations obtenues précédemment avec l’expérience Pronaos, Archeops et Planck. Les mesures de PILOT permettront de compléter en longueur d’onde ces expériences et le ciel vu par IRAS à des échelles de l’arc minute. Les résultats scientifiques incluront également un important catalogue de sources ponctuelles (plusieurs milliers de sources en 10 heures).