Lorsque vous regardez dans le ciel nocturne avec vos yeux ou à travers un télescope, vous voyez l'Univers dans le spectre de la lumière visible. Et c'est dommage car différentes longueurs d'onde sont meilleures que d'autres pour révéler les mystères de l'espace. La technologie peut nous permettre de «voir» ce que nos yeux ne peuvent pas voir, et les instruments ici sur Terre et dans l'espace peuvent détecter ces différents types de rayonnement. La longueur d'onde submillimétrique fait partie du spectre radio, et nous donne une très bonne vue des objets qui sont très froids - c'est la majeure partie de l'Univers. Paul Ho est au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, et un astronome travaillant dans le monde du submillimètre. Il me parle de Cambridge, Massachusetts.
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Fraser Cain: Pouvez-vous me donner quelques informations sur le spectre submillimétrique? Où cela correspond-il?
Paul Ho: Le submillimètre, formellement, a une longueur d'onde de 1 millimètre et plus courte. Donc, 1 millimètre de longueur d'onde en fréquence correspond à environ 300 gigahertz ou 3 × 10 ^ 14 hertz. C'est donc une longueur d'onde très courte. De cela jusqu'à une longueur d'onde d'environ 300 microns, ou un tiers de millimètre, c'est ce que nous appelons la gamme submillimétrique. C'est en quelque sorte ce que nous appelons la fin de la fenêtre atmosphérique en ce qui concerne la radio, car plus court, environ un tiers de millimètre, le ciel devient essentiellement opaque à cause de l'atmosphère.
Fraser: Donc, ce sont des ondes radio, comme ce que vous écoutez à la radio, mais beaucoup plus courtes - rien que je ne puisse capter sur ma radio FM. Pourquoi sont-ils bons pour voir l'Univers où il fait froid?
Ho: Tout objet que nous connaissons ou voyons rayonne généralement une propagation d'énergie caractérisant les matériaux dont nous parlons, c'est pourquoi nous appelons cela un spectre. Et ce spectre d'énergie a généralement une longueur d'onde de crête - ou la longueur d'onde à laquelle la majeure partie de l'énergie est rayonnée. Cette longueur d'onde caractéristique dépend de la température de l'objet. Ainsi, plus l'objet est chaud, plus la longueur d'onde est courte et plus l'objet est froid, plus la longueur d'onde est longue. Pour le Soleil, qui a une température de 7 000 degrés, vous auriez une longueur d'onde de pointe qui ressort dans l'optique, ce qui est bien sûr pourquoi nos yeux sont accordés à l'optique, car nous vivons près du Soleil. Mais à mesure que le matériau se refroidit, la longueur d'onde de ce rayonnement s'allonge de plus en plus, et lorsque vous descendez à une température caractéristique de 100 degrés au-dessus du zéro absolu, cette longueur d'onde de pointe sort quelque part dans l'infrarouge lointain ou le submillimètre. Donc, une longueur d'onde de l'ordre de 100 microns, soit un peu plus longue que cela, ce qui la place dans la gamme submillimétrique.
Fraser: Et si je pouvais échanger mes yeux et les remplacer par une paire d'yeux submillimétriques, que serais-je capable de voir si je levais les yeux vers le ciel?
Ho: Bien sûr, le ciel continuerait à être assez frais, mais vous commenceriez à ramasser beaucoup de choses plutôt froides que vous ne verriez pas dans le monde optique. Des choses comme des matériaux tourbillonnant autour d'une étoile qui sont cool, de l'ordre de 100 Kelvin; des poches de gaz moléculaire où les étoiles se forment - elles seraient plus froides que 100 K. Ou dans l'Univers très lointain au début lorsque les galaxies sont assemblées pour la première fois, ce matériau est également très froid, ce que vous ne pourriez pas voir dans le monde optique , que vous pourriez voir dans le submillimètre.
Fraser: Quels instruments utilisez-vous ici ou dans l'espace?
Ho: Il existe des instruments au sol et spatiaux. Il y a 20 ans, les gens ont commencé à travailler dans le submillimètre, et il y avait quelques télescopes qui commençaient à fonctionner dans cette longueur d'onde. À Hawaï, sur Mauna Kea, il y en a deux: l'un appelé le James Clerk Maxwell Telescope, qui a un diamètre d'environ 15 mètres, et aussi l'Observatoire Caltech Submillimeter, qui a un diamètre d'environ 10 mètres. Nous avons construit un interféromètre, qui est une série de télescopes qui sont coordonnés pour fonctionner comme un seul instrument au sommet du Mauna Kea. Donc, 8 télescopes de classe 6 mètres qui sont reliés entre eux et peuvent être écartés ou rapprochés d'une ligne de base maximale ou d'une séparation d'un demi-kilomètre. Cet instrument simule donc un très grand télescope, de la taille d'un demi-kilomètre à son maximum, et atteint donc un angle de résolution très élevé par rapport aux télescopes à élément unique existants.
Fraser: Il est beaucoup plus facile de combiner la lumière des radiotélescopes, donc je suppose que c'est pourquoi vous êtes capable de faire ça?
Ho: Eh bien, la technique de l'interféromètre est utilisée en radio depuis un certain temps maintenant, nous avons donc assez bien perfectionné cette technique. Bien sûr, dans l'infrarouge et l'optique, les gens commencent également à travailler de cette façon, en travaillant sur les interféromètres. Fondamentalement, en combinant le rayonnement, vous devez garder une trace du front de phase du rayonnement entrant. Normalement, j'explique cela comme si vous aviez un très grand miroir et que vous l'avez cassé, vous n'avez donc qu'à réserver quelques morceaux du miroir, puis vous voulez reconstruire les informations de ces quelques morceaux de miroir, il y a quelques choses que vous devez faire. Tout d'abord, vous devez pouvoir aligner les pièces du miroir, les unes par rapport aux autres, comme c'était le cas quand il s'agissait d'un seul miroir. Et deuxièmement, pour pouvoir corriger le défaut, du fait qu'il y a beaucoup d'informations manquantes avec autant de morceaux de miroir qui ne sont pas là, et que vous n'échantillonnez que quelques morceaux. Mais cette technique particulière appelée synthèse d'ouverture, qui consiste à fabriquer un très grand télescope à ouverture en utilisant de petites pièces, est bien sûr le produit d'une œuvre lauréate du prix Nobel par Ryle et Hewish il y a quelques années.
Fraser: Quels instruments vont être développés à l'avenir pour profiter de cette longueur d'onde?
Ho: Une fois que nos télescopes seront construits et que nous travaillerons, il y aura un instrument encore plus grand en cours de construction au Chili, appelé l'Atacama Large Millimeter Array (ALMA), qui sera composé de beaucoup plus de télescopes et de plus grandes ouvertures, qui seront beaucoup plus sensible que notre instrument pionnier. Mais notre instrument commencera, espérons-le, à découvrir les signes et la nature du monde dans la longueur d'onde submillimétrique avant que les plus gros instruments ne puissent suivre et effectuer des travaux plus sensibles.
Fraser: Jusqu'où ces nouveaux instruments pourront-ils aller? Que pouvaient-ils voir?
Ho: L'un des objectifs de notre discipline d'astronomie submillimétrique est de remonter le temps dans la première partie de l'Univers. Comme je l'ai mentionné plus tôt, au début de l'Univers, quand il formait des galaxies, elles ont tendance à être beaucoup plus froides dans les premières phases de l'assemblage des galaxies, et elles rayonneront, pensons-nous, principalement dans le submillimètre. Et vous pouvez les voir, par exemple, en utilisant le télescope JCM sur Mauna Kea. Vous pouvez voir certains des premiers univers, qui sont des galaxies très fortement décalées vers le rouge; ceux-ci ne sont pas visibles dans l'optique, mais ils sont visibles dans le submillimètre, et ce réseau pourra les imager et les localiser très activement quant à leur emplacement dans le ciel afin que nous puissions les étudier plus avant. Nous pensons que ces galaxies très précoces, ces premières formations sont à des décalages vers le rouge très élevés - nous donnons ce nombre Z, qui est un décalage vers le rouge de 6, 7, 8 - très tôt dans la formation de l'Univers, donc en regardant peut-être à 10% du temps où l'Univers était assemblé.
Fraser: Ma dernière question pour vous… Deep Impact arrive dans quelques semaines. Vos observatoires surveilleront-ils cela également?
Ho: Oh oui, bien sûr. L'Impact Profond est en effet quelque chose qui nous intéresse. Pour notre instrument, nous avons étudié les corps de type Système Solaire, et cela inclut non seulement les planètes, mais aussi les comètes à mesure qu'elles se rapprochent ou impactent, nous nous attendons à voir du matériel pour rejeter, que nous devrions être en mesure de suivre dans le submillimètre parce que nous allons regarder non seulement les émissions de poussière, mais nous serons en mesure de regarder les lignes spectrales des gaz qui sortent. Donc, nous nous attendons à pouvoir tourner notre attention vers cet événement, et aussi à l'imaginer.
Paul Ho est astronome au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics à Cambridge, Massachusetts.
