Radioastronomie: observer l’univers invisible

Description

Il est facile d’imaginer les premiers humains modernes regardant le ciel avec émerveillement, les yeux et l’esprit éblouis par une magnifique bande de lumière éclaboussée dans le ciel nocturne, la lune en constante évolution si grande et brillante, et des points de lumière dans toutes les directions. . Pendant quelques centaines de milliers d’années, nos yeux ont été notre principal outil astronomique et nous les avons bien utilisés. Nous avons catalogué et analysé ce que nous avons vu, comblé les lacunes avec des histoires puissantes, appliqué ce que nous connaissions en mathématiques, puis inventé des outils complexes en pierre, en métal et en verre pour élargir nos connaissances. Tout ce que nous connaissions de l’univers reposait sur la lumière, cette petite partie du spectre électromagnétique détectable par l’œil humain.

Puis un jour, dans les années 1930, un jeune ingénieur nommé Karl Jansky s’est vu confier une tâche aux Bell Labs: quelles étaient les sources de parasites radio susceptibles d’interrompre les communications radio transatlantiques? Après plusieurs années de travail, il a identifié une source comme étant des ondes radio provenant d’orages proches et lointains… et une autre, provenant de quelque chose au centre de la Voie Lactée. Pour la toute première fois, nous avions détecté un rayonnement situé en dessous de la partie visible du spectre émanant d’un objet astronomique. Pendant des années, les astronomes ont été frustrés par la poussière interstellaire qui bloquait leur vue et limitait leur champ de vision.

Radioastronomie: observer l’univers invisible vous emmène dans un voyage passionnant à travers l’univers avec des visuels et des animations époustouflants pour expliquer la science de la radioastronomie et ses découvertes étonnantes. Votre guide est Felix J. Lockman, Ph.D., de l’Observatoire de Green Bank, un radioastronome actif dont la grande passion pour son travail est absolument contagieuse. Comme l’explique le Dr Lockman, la radioastronomie n’est pas simplement un conglomérat de théories sans application pratique dans nos vies d’aujourd’hui. Si la radioastronomie a le potentiel de répondre un jour à la question de l’intelligence extraterrestre, elle nous permet également de lire l’heure avec plus de précision ici sur Terre, d’étudier la tectonique des plaques terrestres et même d’obtenir des indications sur votre smartphone pour vous rendre à ce nouveau restaurant formidable.

Tout sur cet hydrogène

Certaines des innombrables découvertes de la radioastronomie peuvent être attribuées à la structure de l’atome d’hydrogène. Dans l’hydrogène, un électron est essentiellement en orbite autour d’un proton et les deux ont une propriété appelée « spin », soit vers le haut, soit vers le bas. Le spin parallèle « veut » se désintégrer en spin antiparallèle, un peu comme deux aimants « veulent » être alignés du nord au sud, ou antiparallèles. En position de saut de parallèle à antiparallèle, un photon de rayonnement est émis.

Ce processus n’est certainement pas propre à l’hydrogène. Quoi est Ce qui est unique, c’est qu’à l’aube de la radioastronomie, un scientifique a prédit que l’hydrogène émettrait ce rayonnement à des longueurs d’onde radio détectables, et cette prédiction a offert aux astronomes un nouvel outil pour étudier l’univers. Trois équipes de scientifiques du monde entier ont travaillé pour découvrir le signal, et il était là, exactement comme prévu : avec une fréquence de 1420 MHz, une longueur d’onde de 21 cm.

Pendant plus d’une décennie, l’hydrogène à une longueur d’onde de 21 cm est resté la seule raie spectrale que les radioastronomes pouvaient utiliser pour leurs recherches. Plus tard, des signaux provenant d’autres éléments et même de molécules ont été identifiés. Au fil du temps, à mesure que la théorie et la technologie s’amélioraient, les radioastronomes ont fait des découvertes qui ont complètement changé notre compréhension de l’univers. Quelques-unes de ces découvertes incluent:

• Les ceintures de radiations de Jupiter;
• Rayonnement galactique non thermique, désormais appelé émission synchrotron ;
• Le taux de natalité des étoiles de la Voie Lactée et la vitesse de rotation de la galaxie;
• Sagittaire A, le trou noir au centre de la Voie Lactée ;
• Matière noire;
• Étoiles à neutrons, pulsars et systèmes de pulsars binaires;
• Rayonnement gravitationnel, tel que prédit par Einstein;
• Rayonnement de fond cosmique, confirmant la théorie du big bang;
• Radiogalaxies, quasars et noyaux galactiques actifs;
• Des nuages ​​moléculaires géants, berceaux d’étoiles et de planètes ; et
• Molécules organiques complexes dans l’espace interstellaire.

Radiotélescopes, « voir » l’invisible

Même si vous possédez un télescope optique dans votre jardin, vous n’aurez probablement jamais de radiotélescope. Les radiotélescopes sont grands – plus de 100 mètres de diamètre et au-delà – car les ondes radio contiennent une très petite quantité d’énergie. Par exemple, le signal de votre téléphone portable mesuré à un kilomètre de distance est cinq millions de milliards de fois plus puissant que les signaux radio reçus d’un quasar brillant ! Bien que chaque radiotélescope soit conçu pour un usage spécifique et soit souvent très différent des autres, ils reposent tous sur les mêmes principes physiques. Chacun collecte, concentre, amplifie et analyse les ondes radio. Dans Radioastronomie: observer l’univers invisiblele Dr Lockman vous emmène dans une visite virtuelle passionnante des radiotélescopes. Du premier télescope fabriqué à la main par le pionnier de la radioastronomie Grote Reber à ceux qui sont sur la planche à dessin de demain, vous êtes aux côtés des scientifiques:

• Le télescope de la Banque VerteVirginie-Occidentale, où le Dr Lockman effectue ses recherches. Pesant 17 millions de livres et doté de plus de 2 000 panneaux de surface pouvant être repositionnés en temps réel, ce télescope est l’un des plus grands objets terrestres mobiles jamais construits.
• Le très grand réseau (VLA)Nouveau-Mexique. Avec ses 27 antennes radio disposées en forme de Y, les données peuvent être multipliées pour former des modèles d’interférence, offrant ainsi aux scientifiques une vision plus profonde et plus claire des galaxies que jamais.
• Le grand réseau millimétrique/submillimétrique d’Atacama (ALMA)Chili. Avec un réseau de 66 antennes radio situées au-dessus d’une grande partie de l’atmosphère terrestre, ALMA a révélé de nouvelles étoiles et systèmes planétaires en devenir.
• Le réseau de lignes de base très longues (VLBA)avec plusieurs emplacements. Le VLBA comprend des télescopes situés à des milliers de kilomètres les uns des autres, fonctionnant tous ensemble comme un seul radiotélescope de la taille de la Terre, permettant aux scientifiques d’observer profondément le centre des galaxies.

Les plus grandes questions

La découverte la plus étonnante de toutes les découvertes de radioastronomie est peut-être la suivante : les structures moléculaires dominantes dans l’espace interstellaire sont basées sur le carbone. Ce n’est pas ce à quoi les scientifiques s’attendaient.

Nous avons toujours qualifié ces molécules de « biologiques » car la vie sur Terre est basée sur le carbone. Nous savons désormais que la chimie de l’ensemble de la Voie lactée est organique, et pas seulement de notre planète natale, et il est probable que toute vie galactique extraterrestre serait liée à nous, du moins au niveau moléculaire. Trouverons-nous d’autres formes de vie organiques ? Les radioastronomes ne le savent pas. Mais ils y travaillent, ainsi que l’étude de nombreux autres objets et processus encore incompris. Les recherches actuelles du Dr Lockman portent sur les nuages ​​d’hydrogène dans la galaxie d’Andromède, la grande galaxie la plus proche de la Voie lactée. D’autres radioastronomes s’efforcent de répondre à une myriade de questions sur la matière noire, les sursauts radio rapides et bien plus encore.

Si l’on en croit l’histoire de la radioastronomie, les découvertes dans ces nouveaux domaines de recherche entraîneront de nouvelles questions, de nouvelles technologies, davantage de découvertes et encore davantage de questions. Comme Radioastronomie: observer l’univers invisible le montre, le domaine est à la pointe de la connaissance elle-même. «L’astronomie, en regardant vers l’extérieur, nous amène à des questions qui nous concernent de manière très profonde», explique le Dr Lockman. « Les découvertes astronomiques ont changé notre façon de penser. »

Dernière mise à jour 8/2023

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