Le radiotélescope géant Lofar observe les jets des quasars

Le radiotélescope géant Lofar observe les jets des quasars

Chaque fois qu’une bande de fréquences du spectre électromagnétique s’est ouverte pour l’astronomie, il en a résulté un bon pour l’astrophysique et à la cosmologie. Une nouvelle fenêtre observationnelle s'ouvre aujourd'hui, comme le montrent les images hautes résolutions à basses fréquences du radiotélescope géant Lofar (LOw Frequency ARray).

C'est grâce à la mise au point des télescopes capables d’observer dans le domaine des rayons X et des rayons gamma, que l'on a pu découvrir les disques d’accrétions des trous noirs et les sursauts gamma (toujours quelque peu énigmatiques). Et c'est la mise en service des radiotélescopes qui a permis de découvrir les quasars. Le rayonnement fossile lui-même a pu être observé dans le domaine des microondes à l'aide de la radioastronomie. Dans l’infrarouge, les observations de Spitzer nous ont fourni des informations précieuses sur les disques protoplanétaires. Il restait toutefois une gamme de fréquences assez peu étudiée jusqu’à présent, en tout cas pas avec la résolution angulaire suffisante.

Pour pallier ce manque, plusieurs pays en Europe se sont associés pour développer un réseau d’antennes combinant des observations en basses fréquences (de 30 à 240 MHz) par la méthode bien connue de l’interférométrie. De cette façon, il est possible d’obtenir, avec un grand nombre d’antennes réparties sur un large territoire, l’équivalent d’un radiotélescope géant pouvant atteindre, par exemple, la centaine de kilomètres de diamètre.

Ce réseau a finalement vu le jour : il s’agit d’un groupe d'antennes, nommé Lofar (LOw Frequency ARray pour réseau à basses fréquences), aux Pays-Bas, en Allemagne, au Royaume-Uni et en France, avec pour notre pays la station de radioastronomie de Nançay. Il permet d’obtenir aujourd’hui des images à haute résolution des extrémités du jet issu du noyau du quasar 3C196, situé à environ 7 milliards d'années-lumière de la Terre (il existe une belle vidéo en anglais sur ce radiotélescope s'étendant maintenant sur 1.000 kilomètres environ).



Le champ large montré ci-dessus se trouve autour du quasar 3C196 (tache brillante au centre) et c'est une portion du ciel équivalente à 1.000 fois la Pleine Lune. On voit clairement d'autres objets astrophysiques autour de 3C196. © Insu-Multi-national Lofar commissioning teams led by Olaf Wucknitz (Argelander Institut für Astronomie, University of Bonn, Germany) and Reinout van Weeren (Leiden Observatory, University of Leiden)



À gauche : l'image radio prise avec les seules antennes du cœur de Lofar aux Pays-Bas. La résolution est de 11 secondes d’arc, représentée par le grand cercle vert. Le plus petit détail discernable mesurant 265.000 années-lumière de diamètre, 3C196 apparaît comme une source étendue sans sous-structures. L'image de droite a été obtenue avec l'appoint des stations Lofar en Europe. Elle couvre le même champ que celle de gauche mais, cette fois, la résolution est de 0,3 seconde d’arc, représentée par le tout petit cercle vert en haut à droite du cliché. Le plus petit détail mesurable est de 7.200 années-lumière, ce qui permet d'observer les deux extrémités du jet issu du trou noir supermassif au centre du quasar. © Insu-Multi-national Lofar commissioning teams led by Olaf Wucknitz (Argelander Institut für Astronomie, University of Bonn, Germany) and Reinout van Weeren (Leiden Observatory, University of Leiden)

Lofar et le programme d'observations

Lofar est un instrument qui va permettre d'entreprendre un programme d'observations ambitieux et très diversifié. Plusieurs thèmes de travail sont prévus, dont cinq principaux.

Ère de la réionisation : après l’émission du rayonnement fossile, l’univers est devenu froid, avec des atomes neutres. C'est le début de la période surnommée « les Âges sombres » car les étoiles n'existaient pas encore. Puis vers 400 millions d’années les premières étoiles et les premiers quasars apparaissent et évoluent, illuminant et ionisant les nuages d'hydrogène et d'hélium. Les émissions de ces derniers avec la raie à 21 cm tracent la formation et l'évolution de ces toutes premières structures de l’univers ;

Observations à grand champ : pour l’observation à grande échelle du ciel entier, et notamment des objets étendus, galaxies et amas de galaxies et la formation d’étoiles ;

Sources transitoires : de nombreuses sources observées en radioastronomie basse fréquence sont variables, qu’il s’agisse par exemple de planètes, de pulsars ou de trous noirs accrétant la matière environnante ;

Magnétisme cosmique : en particulier le champ magnétique des galaxies ;

Observation du Soleil ;

Rayons cosmiques : les rayons cosmiques de très haute énergie produisent, lorsqu’ils pénètrent dans l’atmosphère, un intense signal radio. Celui-ci pourrait être intéressant pour étudier les sources astrophysiques des rayons cosmiques, ce que font déjà des instruments comme Auger.

Il existe un domaine de recherche moins académique qu'il est possible d'explorer avec Lofar. L'équation de Drake a cinquante ans cette année et si le programme Seti n'a toujours rien donné, c'est peut-être parce que nous observons aux mauvaises longueurs d'onde. Les basses fréquences sont employées sur Terre pour des applications militaires et civiles. Si des E.T. existent pas trop loin de la Terre et font de même actuellement, il se pourrait que Lofar nous le dise.
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Les antennes BF de Lofar à Nançay. © I. Cognard

SOURCE   FUTURA