Les six antennes de 15 mètres de l'observatoire interférométrique du plateau de Bure, dans les Alpes. © Iram/Rebus

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L'observatoire du plateau de Bure métamorphosé par de nouvelles antennes

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Avec ses 66 antennes, Alma est l'observatoire radiomillimétrique et submillimétrique le plus grand à l'échelle mondiale. L'instrument installé sur le plateau de Bure n'a quant à lui que 6 antennes en service mais cet interféromètre de l'institut de Radioastronomie millimétrique en comptera 12 d'ici 2020, avec les 6 antennes du projet Noema. Comme nous l'explique Frédéric Gueth, directeur adjoint de l'Iram, il deviendra le radiotélescope millimétrique le plus puissant de l'hémisphère nord.

La radioastronomie millimétrique joue un rôle essentiel dans l'astrophysique moderne : elle permet d'étudier l'univers froid et rend possible l'étude de l'origine et de l'évolution de l'univers à travers, notamment, l'étude de la formation des étoiles et des galaxies. En décembre 2013, nous vous faisions découvrir Alma, le plus grand radiotélescope au monde à fonctionner dans ce domaine.

Aujourd'hui, nous vous présentons le projet Noema, le successeur de l'observatoire du plateau de Bure, qui, « une fois terminé, deviendra ainsi le radiotélescope millimétrique le plus puissant de l'hémisphère nord », nous explique Frédéric Gueth, directeur adjoint de l'institut de Radioastronomie Millimétrique (Iram). L'aboutissement de ce projet, dans le contexte actuel où il est très difficile de trouver des financements pour la recherche fondamentale, « illustre à la fois l'intérêt très fort du domaine (sub)millimétrique dans l'astronomie actuelle et la maturité de ce projet qui a bénéficié d'une importante phase de R&D ».

En service depuis 1988, l'observatoire du plateau de Bure de l'Iram est un interféromètre situé à 2.552 mètres d'altitude dans les Alpes françaises. Il est actuellement constitué de 6 antennes de 15 mètres de diamètre chacune qui fonctionnent dans le domaine millimétrique. Elles peuvent être placées selon quatre configurations différentes dont une, la plus étendue, forme un télescope virtuel de 760 mètres de diamètre (par le principe de l'interférométrie).

L'interféromètre de l'Iram situé sur le plateau de Bure avec les six antennes actuellement en service (image du haut) et, en bas, le photomontage montrant les 12 antennes du projet Noema. © Iram/Rebus

Noema sera compétitif face à Alma et, surtout, complémentaire

Pour améliorer les performances de cet observatoire et remonter toujours plus loin dans le temps, cet instrument accueillera d'ici à cinq ans les six antennes supplémentaires du projet Noema (pour Northern Extended Millimeter Array). La première de ces antennes a été inaugurée en début de semaine au siège de l'Iram, près de Grenoble. Avec ces nouvelles antennes, « Noema aura une précision 10 fois meilleure que celle de l'observatoire actuel et offrira une résolution spatiale deux fois plus fine que son prédécesseur ». Mieux encore, la distance entre les antennes pourra être doublée et atteindre 1.600 mètres dans la configuration la plus étendue.

Cette première antenne sera opérationnelle à la fin de l'année 2014. La deuxième des six nouvelles antennes devrait quant à elle être mise en service l'année prochaine. Il faudra attendre 4 à 5 ans de plus pour voir le projet entièrement terminé avec ses 12 antennes sur le plateau.

Certes, il n'égalera pas Alma et ses 66 antennes installées à 5.050 mètres au Chili mais ses performances lui permettront tout de même de rester compétitif dans les domaines millimétrique et submillimétrique même après l'arrivée en force d'Alma. Cela dit, les opposer n'a évidemment pas de sens : « ce sont deux observatoires très complémentaires ». Si complémentaires qu'ils seront utilisés ensemble en réseau, « en mode VLBI dans le domaine millimétrique ». Ils seront également les deux stations les plus importantes, « car les plus sensibles », du réseau EHT, ce projet fou de créer un instrument virtuel de plusieurs milliers de kilomètres de diamètre capable de regarder le trou noir de notre Galaxie. Dans le cadre de ce projet, l'Iram utilisera également son radiotélescope de 30 mètres de diamètre, situé dans la Sierra Nevada, près de Grenade dans le sud de l'Espagne.

D'un diamètre de 15 mètres, « ces nouvelles antennes sont très similaires aux antennes actuelles ». Elles ont les mêmes spécifications et le même aspect extérieur. Dans le détail, un certain nombre d'améliorations techniques et électroniques ont été apportées, « par exemple le système de contrôle du miroir secondaire ». À ces nouvelles antennes et à la qualité du site du plateau de Bure s'ajoute une nouvelle génération de récepteurs et de corrélateurs qui a surtout pour but d'améliorer les performances du système, « avec une meilleure sensibilité, une bande passante plus large et des possibilités plus vastes d'analyses spectroscopiques ».

Alma est un réseau « optimisé pour le domaine submillimétrique et les très grandes résolutions angulaires ». C'est pourquoi ses antennes sont plus petites (12 et 7 mètres), dans un site de très haute altitude et avec des lignes de bases très grandes. Noema est, de son côté, « un instrument généraliste optimisé pour les longueurs d'onde millimétriques et des résolutions modérées ».

La première des 12 antennes de Noema en cours de construction et qui sera installée sur le plateau de Bure à la fin de l'année. © Iram

Repérer les molécules des nébuleuses

Ainsi, avec une résolution spatiale de 0,2 seconde d'arc, soit celle du VLT de l'ESO, Noema sera en mesure « d'obtenir des images précises et inédites de nuages de gaz interstellaires et des étoiles qui y naissent ». Il permettra également aux chercheurs d'identifier des « molécules interstellaires et d'analyser la poussière cosmique », des éléments clés dans la formation des étoiles et des galaxies. Il permettra aussi d'étudier les dernières phases de l'évolution stellaire, « comme la formation des nébuleuses planétaires », ou le Système solaire en « étudiant les atmosphères planétaires ou les molécules présentes dans les comètes, par exemple ». Enfin, il offrira également des possibilités spectroscopiques uniques comme des observations simultanées de plusieurs molécules, à plusieurs fréquences, etc.

En conclusion, Noema apportera des « réponses à quelques-unes des questions les plus fondamentales de l'astronomie moderne ». À savoir, comment se sont formées les toutes premières étoiles et les systèmes planétaires et comment les grandes structures de l'univers ont évolué pour aboutir aux galaxies géantes que l'on observe aujourd'hui. Pour cela, Noema « permettra aux astronomes d'observer les galaxies et les trous noirs aux confins de l'univers ».

Si l'on devait donner quelques exemples d'objectifs scientifiques qui seront atteints avec ces nouvelles antennes et les avancées les plus significatives attendues, Frédéric Gueth cite en exemple la « détection de molécules dans les protogalaxies (d'un redshift supérieur à 5) », ce qui permet de mesurer leur masse et leur cinématique. Le sujet clé ici est l'étude de la formation des galaxies afin de déterminer si elle s'est produite par collisions ou de façon isolée, et à quelle échelle de temps.

Autre exemple, des « sondages de l'émission moléculaire dans les régions de formation d'étoiles ». L'idée est de trouver quelles sont les molécules présentes dans les disques protoplanétaires lors de la formation des planètes et, partant de là, de mieux comprendre « les conditions initiales de l'apparition de la vie ».

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