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L'astronomie au gré des saisons, 2018-11-13
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La radioastronomie
Tapping, Ken
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Ken Tapping, 13 novembre 2018
En arrivant sur le site de notre observatoire, on peut voir une batterie d’antennes de toutes sortes, qui servent de collecteurs à nos radiotélescopes. Droit devant, au loin, près du laboratoire et de l’atelier, se trouve l’antenne de 26 m. À droite on peut voir les quatre immenses structures hémicylindriques du projet CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment) et, à gauche, les 7 antennes de 9 m du radiotélescope de synthèse. Ces antennes tracent une ligne de 600 m sur l’axe est-ouest, formant un appareil-photo qui prend des images du ciel en radiofréquences. Pour réaliser une image, il faut environ 10 jours
d’observation, au cours desquels l’orientation des antennes change chaque jour. L’image radiofréquences produite offre un niveau de détail comparable à celui de l’œil nu dans le spectre visible.
Si leur résolution est si faible, pourquoi alors
s’intéresser autant aux radiotélescopes? Pour la même raison que l’on fait de l’astronomie en infrarouge et dans d’autres longueurs d’onde. Les observations dans différentes longueurs d’onde donnent des vues
différentes de l’Univers et de ce qui s’y produit. Les ondes électromagnétiques – gamma, X, ultraviolettes, infrarouges et radio – se distinguent seulement par leurs longueurs d’onde. Les rayons gamma ont la longueur d’onde la plus courte et les ondes radio, la plus longue. Toutes les ondes se propagent en petites unités indivisibles appelées « quanta ». La quantité d’énergie nécessaire pour former un quantum d’ondes électromagnétiques dépend de la longueur des ondes. Si cette quantité d’énergie minimale n’est pas disponible, il ne peut se former aucun quantum. Les quanta d’ondes radio étant ceux qui exigent le moins d’énergie, ils peuvent se produire dans des régions où l’énergie disponible est insuffisante pour d’autres ondes.
Prenons par exemple la matière froide non lumineuse qui meuble les recoins sombres de la Voie lactée. On ne peut voir cette matière au moyen d’instruments optiques que si elle se trouve devant des étoiles et des nuages de gaz lumineux. En fait, l’espace interstellaire regorge de matière glacée sombre que les
radiotélescopes peuvent détecter et mettre en image. Cette matière constitue la majorité de ce qu’on trouve dans les galaxies, y compris la nôtre. C’est la matière première à partir de laquelle se forment les étoiles et
les planètes. La force gravitationnelle qu’elle exerce joue un rôle clé, d’où l’intérêt à la cartographier et à étudier son comportement. Observés à d’autres longueurs d’onde, les nuages cosmiques deviennent transparents et on peut alors voir ce qui se cache derrière. Un très grand nombre d’objets à haute énergie très éloignés émettent des ondes radio, ainsi que des ondes lumineuses et d’autre nature, qui sont seulement détectables au moyen de radiotélescopes, puisque les nuages interstellaires les bloquent dans le spectre optique.
Le plus grand intérêt de la radioastronomie est de pouvoir révéler les émissions radio produites par l’hydrogène cosmique. L’atome d’hydrogène est le plus simple qui existe dans la nature : un proton et un électron qui tourne autour. Parfois, excité par l’énergie émise par une étoile ou un autre phénomène, l’électron change d’état, puis revient à son état fondamental, ce qui produit un quantum d’ondes radio d’une longueur d’onde de 21 cm. Comme les atomes d’hydrogène sont très nombreux, les radiotélescopes peuvent détecter les rayonnements qu’ils émettent et produire des images des nuages d’hydrogène. Réaliser ces images constitue l’une des principales missions du radiotélescope de synthèse de notre observatoire. Au cours des
10 dernières années, nous avons ainsi cartographié les nuages d’hydrogène de notre galaxie dans le cadre de l’Étude canadienne du plan galactique (ECPG). Ce projet s’intéresse également aux cocons gazeux brûlants qui entourent les étoiles naissantes et aux radiogalaxies et quasars au-delà de la Voie lactée. Depuis une vingtaine d’années, grâce à leur signature radio, nous avons détecté de nombreuses molécules qui se forment et réagissent dans ces nuages interstellaires sombres et froids. Un grand nombre de ces molécules jouent un rôle dans la chimie de la vie. Qui sait ce que nous découvrirons grâce à elles? Vénus transparaît dans les lueurs de l’aurore. Mars est visible bas dans le ciel au sud après la tombée de la nuit et Saturne brille à basse altitude au sud-ouest. La Lune entrera dans son premier quartier le 15 novembre.
Ken Tapping est astronome à l’Observatoire fédéral de radioastrophysique du Conseil national de recherches du Canada, à Penticton (C.-B.) V2A 6J9. Tél. : 250-497-2300, téléc. : 250-497-2355
