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Posté par Michel le Jeudi 19/07/2012 à 00:00
L'observation d'un quasar la plus précise jamais réalisée
Une équipe internationale d'astronomes a observé le coeur d'un quasar lointain avec une précision sans précédent, deux millions de fois plus fine que la vision humaine. Ces observations, réalisées en connectant pour la première fois le télescope APEX (Atacama Pathfinder Experiment) (1) à deux autres télescopes situés sur des continents différents, constituent une étape cruciale vers le fabuleux objectif scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité...) "Event Horizon Telescope" (2): photographier les trous noirs supermassifs au centre de notre galaxie (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la...) et des autres.


Vue d'artiste (Est communément appelée artiste toute personne exerçant l'un des métiers ou activités suivantes :) du quasar (En astronomie, un quasar (pour source de rayonnement quasi-stellaire, quasi-stellar en anglais) est une source d'énergie électromagnétique, incluant la lumière. Les quasars visibles de...) 3C 279. Pour la première fois, des astronomes ont connecté APEX
(Atacama Pathfinder Experiment) au Chili avec le Submillimeter Array (SMA) à Hawaï
et le Submillimeter Telescope (SMT) en Arizona, pour réaliser les observations
les plus précises jamais réalisées du centre d'une galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir supermassif en son centre.) lointaine, le lumineux quasar 3C 279.
Les quasars sont les centres très brillants de galaxies lointaines
qui sont alimentés par des trous noirs supermassifs.
Ce quasar contient un trou noir supermassif (En astrophysique, un trou noir supermassif est un trou noir dont la masse est d'environ un million à un milliard de masses solaires. C'est le type de...) dont la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation (la masse grave)....) est égale à environ un milliard (Un milliard (1 000 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf millions neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999 999) et...) de fois celle du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type...)
et il est si éloigné de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus...) qu'il a fallu plus de 5 milliards d'années à sa lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet)...) pour nous atteindre.
Cette équipe a été capable de sonder des zones de moins d'une année-lumière (L’année-lumière (symbole al, anciennement année de lumière) est une unité de distance utilisée en astronomie. Une année-lumière est la distance...) à travers le quasar
- un résultat remarquable pour une cible située à des milliards d'années lumière de la Terre.
Crédit: ESO/M. Kornmesser
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Des astronomes ont connecté APEX au Chili avec le Submillimeter Array (SMA) (3) à Hawaï, États-Unis et le Submillimeter Telescope (SMT) (4) en Arizona, États-Unis. Ils ont été capables de réaliser l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir...) directe la plus précise jamais réalisée (5) du centre d'une galaxie lointaine, le lumineux quasar 3C 279, qui contient un trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense qu’il empêche toute forme de matière ou de rayonnement de s’en échapper (à...) supermassif dont la masse est égale à environ un milliard de fois celle du Soleil et qui est si éloigné de la Terre qu'il a fallu plus de 5 milliards d'années à sa lumière pour nous atteindre. APEX est une collaboration entre le Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR), l'Onsala Space Observatory (OSO) et l'ESO. APEX géré par l'ESO.

Les télescopes ont été reliés en utilisant une technique appelée Interférométrie (L'interférométrie est une méthode de mesure qui exploite les interférences intervenant entre plusieurs ondes cohérentes entre elles.) à très longue base (VLBI, Very Long Baseline Interferometry). Les plus grands télescopes permettent des observations plus précises et l'interférométrie permet à de multiples télescopes de fonctionner comme un seul télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique permettant d'augmenter la...) aussi grand que la distance - ou la "ligne de base" - qui les sépare. En utilisant la technique VLBI, des observations plus précises peuvent être réalisées en ayant des distances aussi grandes que possible entre les télescopes. Pour les observations de leur quasar, cette équipe a utilisé trois télescopes afin de créer un interféromètre ayant une ligne de base transcontinentale d'une longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de l’objet complètement...) de 9447 km, du Chili à Hawaï, de 7174 km du Chili à l'Arizona et de 4627 km de l'Arizona à Hawaï. La connexion d'APEX à ce réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle nœud (node) l'extrémité d'une...) a été essentielle, car il offre les plus grandes ligne de base.

Les observations effectuées dans les ondes radio avec une longueur d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.) de 1,3 millimètre. C'est la première fois que des observations à des longueurs d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière. Une onde...) aussi courtes ont été réalisées en utilisant des ligne de base aussi longues. Les observations ont atteint une précision, ou résolution angulaire, de seulement 28 microarcsecondes - environ 8 milliardièmes de degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines suivants :). Ceci équivaut en fait à la capacité de distinguer des détails avec une précision incroyable, deux millions de fois plus précise que la vision humaine. Des observations de cette précision peuvent sonder des zones de moins d'une année-lumière à travers le quasar - un résultat remarquable pour une cible située à des milliards d'années lumière de la Terre.

Ces observations constituent une nouvelle étape clé vers la réalisation d'images des trous noirs supermassifs et de leurs alentours. Dans le futur, il est prévu de connecter encore plus de télescopes de cette manière afin de créer ce que l'on appelle le "Event Horizon Telescope". Le "Event Horizon Telescope" sera capable de réaliser une image de l'ombre (Une ombre est une zone sombre créée par l'interposition d'un objet opaque (ou seulement partiellement opaque) entre une source de lumière et la...) du trou noir supermassif du centre de la Voie Lactée (La Voie lactée (appelée aussi « notre galaxie », ou parfois simplement « la Galaxie », avec une majuscule) est le nom de la galaxie dans laquelle se...) ainsi que de ceux des galaxies proches. L'ombre - une région sombre observée sur un arrière-plan plus lumineux - est provoquée par la courbure (Intuitivement, courbe s'oppose à droit : la courbure d'un objet géométrique est une mesure quantitative du caractère « plus ou moins courbé » de cet...) de la lumière due au trou noir et devrait être la première preuve observationnelle de l'existence de l'horizon événementiel d'un trou noir, la limite à partir de laquelle la lumière ne peu plus s'échapper.

Cette expérience d'observations par la technique VLBI est la première à laquelle APEX participe. Il s'agit de l'aboutissement de trois années de dur travail à la haute altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et...) où se trouve APEX, sur la plateau de Chajnantor dans les Andes chiliennes, à 5000 mètres d'altitude, où la pression atmosphérique (La pression atmosphérique est la pression de l'air en un point quelconque d'une atmosphère.) est environ la moitié de celle que l'on trouve au niveau de la mer (Le niveau de la mer est la hauteur moyenne de la surface de la mer, par rapport à un niveau de référence adéquat.). Afin de rendre APEX près pour la technique VLBI, des scientifiques allemands et suédois ont installé un nouveau système digital s'acquisition (En général l'acquisition est l'action qui consiste à obtenir une information ou à acquérir un bien.) des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement,...), une très précise horloge atomique et un enregistreur de données pressurisé capable d'enregistrer 4 gigabits par seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de...) pendent plusieurs heures (L'heure est une unité de mesure  :) dans des conditions environnementales très dures (6). Les données - 4 terabytes pour chaque télescope - ont été envoyées en Allemagne sur des disques durs et ont été traitées au Max Planck Institute for Radio Astronomy à Bonn.

Le succès de l'association d'APEX à ce réseau est également important pour une autre raison. Il partage sont site et de nombreux aspects de sa technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) avec le nouveau télescope ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) (7). ALMA est actuellement en construction et sera constitué, une fois terminé, de 54 antennes de 12 mètres de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère.) identique à APEX, plus 12 antennes plus petites de 7 mètres de diamètres. La possibilité de connecter ALMA à ce réseau est en cours d'étude. Avec la considérable augmentation de la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est...) collectrice des antennes d'ALMA, les observations pourraient atteindre une sensibilité 10 fois meilleure que celle obtenue pour ces premiers tests. Ceci rendra accessible l'ombre du trou noir supermassif de la Voie Lactée pour des observations futures. 


Notes:

(1) APEX est une collaboration entre le Max Planck Institute for Radio Astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs propriétés physiques et chimiques....) (MPIfR), l'Onsala Space Observatory (OSO) et l'ESO. L'exploitation d'APEX à Chajnantor est confiée à l'ESO. APEX est le précurseur de la prochaine génération de télescopes submillimétriques, ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), en cours de construction et exploité sur le même plateau.

(2) Le projet Event Horizon Telescope est une collaboration internationale coordonnée par le MIT Haystack Observatory (USA).

(3) Le Submillimeter Array (SMA) sur le Mauna Kea à Hawaï, composé de 8 antennes de 6 mètres chacune, est géré par le Smithsonian Astrophysical Observatory (USA) et l' Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics (Taiwan).

(4) The Submillimeter Telescope (SMT) de 10 mètres de diamètre au sommet du Mont Graham, Arizona, est géré par l'Arizona Radio Observatory (ARO) à Tucson, Arizona (USA).

(5) Quelques techniques indirectes ont été utilisées pour tester des échelles plus précises, par exemple en utilisant les lentilles gravitationnelles (voir heic1116) ou la scintillation interstellaire, mais c'est un record pour des observations directes.

(6) Ces systèmes ont été développés en parallèle aux États-Unis (MIT-Haystack observatory) et en Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme l’extrémité occidentale du...) (MPIfR, INAF — Istituto di Radioastronomia Noto VLBI Station, et HAT-Lab). Un maser à hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) standard (T4Science) a été installé en tant qu'horloge atomique très précise. Le SMT et le SMA avaient déjà été équipés de la même manière pour la technique VLBI.

(7) ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), un équipement international pour l'astronomie, est un partenariat entre l'Europe, l'Amérique (L’Amérique est un continent séparé, à l'ouest, de l'Asie et l'Océanie par le détroit de Béring et l'océan Pacifique; et à l'est, de l'Europe et de l'Afrique par...) du Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) et l'Asie (L'Asie est un des cinq continents ou une partie des supercontinents Eurasie ou Afro-Eurasie de la Terre. Il est le plus grand continent (8,6 % de la surface totale terrestre ou 29,4 % des terres émergées) et le plus...) de l'Est en collaboration avec la République du Chili. L'ESO est le partenaire européen d'ALMA.


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Source: ESO