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Des radiotélescopes plus efficaces grâce aux nanotechnologies

ActualitéClassé sous :Astronomie , ALMA , Herschel

L'infiniment petit est décidément la clé de l'infiniment grand... Un chercheur hollandais, spécialiste de nanotechnologie, a trouvé le moyen, grâce à un composant électronique, d'augmenter sensiblement la puissance d'Alma, un réseau de radiotélescopes en construction dédié à l'étude de la formation des étoiles, des planètes et des galaxies.

Une vue d'artiste d'Alma. Crédit : Eso

La cosmogonie scientifique rassemble l'ensemble des théories sur la naissance des planètes, des étoiles, des galaxies et finalement de l'Univers observable lui-même. Comme toute sciences naturelle, elle doit se doter d'instruments de mesure. L'un d'eux est actuellement en construction dans le désert d'Atacama au Chili, le Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma).

Une fois terminé, Alma comportera une soixantaine de radiotélescopes dont la plupart sont des antennes de 12 mètres de diamètre. Le prototype de ces antennes, Apex, fonctionne déjà depuis quelque temps. D'un coût de 700 millions d'euros environ, cet intérféromètre ambitieux observera le cosmos dans le domaine des ondes millimétriques et submillimétriques. Il devrait nous permettre de mieux comprendre ce qui se passe dans les pouponnières d'étoiles, là où elles naissent avec, pour certaines, leurs disques protoplanétaires. Formidablement décalées vers le rouge, les émissions lumineuses des première galaxies, et donc les plus lointaines, devraient être bien visibles aussi dans le domaine de longueurs d'onde accessibles à Alma. Toutefois, la technologie nécessaire est délicate.

Alma devrait ressembler, une fois terminé, à cette vue du désert de'Atacama sur laquelle ont été ajoutées à l'ordinateur les images des antennes du réseau de radiotélescope en projet. Crédit : Eso

Chris Lodewijk vient tout juste de décrocher son doctorat dans le domaine des nanotechnologies et il travaille à l’Institut Kavli des nanosciences de Delft, en Hollande. Avec Tony Zijlstra, un technicien du même institut, il vient d'augmenter la sensibilité de capteurs destinés à Alma et que l'on appelle des jonctions tunnel supraconductrices, ou en anglais des Superconducting Tunnel Junction (STJ).

Pour y parvenir, ils ont remplacé l'oxyde d'aluminium utilisé dans la composition d'une des couches de ces jonctions par du nitrure d'aluminium. L'amélioration des capacités des capteurs construits avec ces jonctions s'est révélée spectaculaire.

Basées sur l'effet tunnel comme leur nom l'indique, ces jonctions sont des objets proprement quantiques. Bien des progrès en astrophysique, du point de vue théorique ou observationnel, sont des conséquences directes de la maîtrise des lois du micromonde des atomes, des molécules et des noyaux.

La fusion nucléaire et la radioactivité bêta à l'œuvre dans les processus de nucléosynthèse faisant briller les étoiles et évoluer chimiquement la matière des galaxies ne peuvent être comprises sans faire intervenir la mécanique quantique. Les capteurs CCD à qui l'on doit les images de Hubble reposent sur la mécanique quantique.

La performance de Lodewijk et Zijlstra, s'inscrit donc dans la longue liste des applications de la science de l'infiniment petit à l'étude de l'infiniment grand.

Les STJ sont sérieusement considérées comme des éléments clés pour les capteurs de prochaine génération, supérieurs en performance aux actuels CCD. Leur plus gros défaut est d'imposer un refroidissement à très basse température.

Le télescope Herschel, le Hubble européen, qui devrait bientôt être lancé, observera lui aussi dans le domaine submillimétrique et il devrait nous donner des renseignements similaires à ceux d'Alma, c'est-à-dire qu'il permettra d'étudier :

  • la formation des galaxies au début de l'univers et de leur évolution ultérieure,
  • la création des étoiles et de leur interaction avec le milieu interstellaire,
  • la composition chimique des comètes , de l'atmosphère et des surfaces, des planètes et de leurs satellites,
  • la chimie moléculaire de l'univers.

Tout comme son prédécesseur du même nom au sol, il utilise des STJ.

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