Grâce au radiotélescope LOFAR dans le nord des Pays-Bas, le plus grand du monde, des ondes radio vieilles de dix milliards d'années peuvent enfin être observées.
Le radiotélescope LOFAR a été mis à la disposition de toute la communauté astronomique après une phase de test. Grâce au radiotélescope du nord des Pays-Bas, le plus grand du monde, des ondes radio vieilles de dix milliards d'années peuvent enfin être observées.
La semaine prochaine, une centaine d'astronomes du monde entier afflueront à Dalfsen à Overijssel pour un atelier de deux jours sur le télescope LOFAR, conçu et construit par ASTRON. Il y a dix-huit mois, pendant la phase de démarrage et de test du télescope, le premier atelier s'est tenu à Dalfsen. Depuis lors, de nouvelles stations d'antenne ont été construites, le télescope a été rendu encore plus sensible aux ondes radio de l'univers et le logiciel qui traite tous les signaux radio a été amélioré. Un certain nombre de résultats scientifiques ont déjà été publiés dans des revues scientifiques.
LOFAR, Low Frequency Array ou télescope basse fréquence, est un projet ambitieux de l'Institut néerlandais de radioastronomie ASTRON. Pour voir naître les premiers objets célestes, ASTRON avait besoin d'un très grand radiotélescope. Pas un télescope traditionnel avec une parabole, car il est trop cher, mais il possède des milliers d'antennes radio. La connexion de ces éléments crée un télescope suffisamment grand pour voir les ondes radio depuis la naissance de l'univers. Ces ondes viennent de si loin qu'il leur a fallu plus de dix milliards d'années pour atteindre la Terre. À ce moment-là, les vagues sont non seulement très affaiblies mais, parce que l'univers est en expansion, également étirées à deux mètres. En raison de sa taille, LOFAR est le premier télescope capable de détecter ces ondes faibles et longues.
Antennes et clôture électrique
Les antennes radio ordinaires de moins de deux mètres de haut constituent la base. LOFAR utilise deux types :les antennes à bande basse (10-90 MHz) et les antennes à bande haute (120-240 MHz). Les signaux radioélectriques capturés sont amplifiés, numérisés puis envoyés à l'Université de Groningen via des câbles à fibres optiques. Là, les données sont attendues par le supercalculateur Blue Gene/P et une batterie d'autres ordinateurs. Ils effectuent des milliards de calculs par seconde pour traiter le flux de données de plusieurs térabits par seconde. Là, les données seront transformées en images que les scientifiques utiliseront dans le monde entier.
Répartis dans tout le nord des Pays-Bas, mais avec une zone centrale à Exloo, 36 stations avec 96 antennes à bande basse chacune et 48 boîtes contenant chacune 16 antennes à bande haute. En Allemagne, en France, au Royaume-Uni et en Suède, huit, voire neuf stations supplémentaires seront construites. Cela crée un télescope d'un diamètre d'une centaine ou, si des pays étrangers participent, d'un millier de kilomètres.
Y compris à l'étranger, le télescope a un diamètre de mille kilomètres
Mais des antennes distantes de mille kilomètres recevront de toute façon le signal radio à une heure différente. Un logiciel spécial a été développé pour synchroniser les données. Un autre problème était la multitude d'interférences de longueur d'onde causées par l'ionosphère et les stations de radio et de télévision. ASTRON a également développé un logiciel spécifique pour filtrer les signaux radio recherchés. Cela détermine dans quelle direction le télescope regarde et dans quelle direction (celle de la perturbation) pas. Grâce à cette technologie, le télescope peut également être divisé afin que différents chercheurs puissent regarder un autre objet en même temps.
Le télescope est non seulement grand, mais aussi sensible. "Nous avons été étonnés de ce que nous pouvions voir lors des mesures de test", explique Michiel Brentjens, astronome à ASTRON. « Nous avons même couvert les clôtures électriques. Il y a des chevaux près de l'une de nos stations d'antenne et la clôture électrique autour de leur pâturage cause tellement d'interférences que nous ne pouvons pas utiliser la station. Donc un matériau très sensible, mais qui est aussi nécessaire pour voir le début de l'univers.'
Des étoiles brillantes
Et c'est pour ça, explique Brentjens :« Le LOFAR doit étudier les premiers corps célestes. Grâce au rayonnement de fond micro-onde, nous en savons déjà beaucoup sur les premiers instants de notre univers et nous pouvons bien sûr déjà étudier les structures existantes dans l'univers. Mais ce qui s'est passé entre-temps, lorsque ces premières étoiles et trous noirs se sont formés, nous n'avons aucune observation à ce sujet. » LOFAR doit changer cela. Mais il peut faire encore plus. « LOFAR voit toutes les ondes radio longues, y compris les ondes émises par les galaxies proches, les pulsars et les éruptions solaires, par exemple. Nous pouvons maintenant aussi obtenir de belles images de cela.'
Les possibilités sont énormes. Grâce à LOFAR, une carte de tout le ciel peut être réalisée, car LOFAR peut effectivement voir tout le ciel, contrairement aux télescopes classiques. Et cela en 100 000 fois plus de pixels que lors de la réalisation de la dernière carte, dans les années 1960. LOFAR peut aussi trouver de nouvelles sources radio, ou confirmer l'existence d'ondes radio. Les chercheurs espèrent que cela se produira lorsque deux étoiles à neutrons ou des particules de rayonnement cosmique heurteront des atomes dans notre atmosphère.
Au total, plusieurs centaines de scientifiques, répartis sur six projets majeurs, travailleront sur LOFAR. D'autres chercheurs peuvent également utiliser le projet. Une ou deux fois par an, n'importe qui peut soumettre une bonne raison d'utiliser LOFAR. Les projets les plus intéressants obtiennent vraiment du temps LOFAR. Pour que tous ces chercheurs ne se gênent pas, tout se fait via internet. Ils peuvent utiliser leur propre « télescope logiciel » et recevoir les résultats par la même voie. Plusieurs constats ont été faits depuis 2009. Brentjens est satisfait :« Ils sont les plus nets dans leur longueur d'onde, en partie grâce au grand diamètre du LOFAR, car les ondes longues donnent de toute façon une image moins nette. Nous avons principalement fait des observations de test. Nous regardons des sources qui sont connues et restent toujours les mêmes, pour tester si LOFAR fonctionne.'
Il y a aussi eu quelques premières. « Par exemple, nous avons regardé les pulsars radio, de petites étoiles. Nous y avons découvert que la forme de l'impulsion change fortement sur l'onde longue. Il faudra des années de recherche avant de pouvoir dire quoi que ce soit de significatif sur les étoiles, mais nous espérons disposer plus rapidement de données sur les pulsars et les rayons cosmiques.'
Le successeur du LOFAR est déjà connu. Il s'appellera SKA (Square Kilometre Array). C'est un gigantesque parc de paraboles et d'antennes qui vient d'Afrique du Sud ou d'Australie et qui peut aussi chercher sur ondes courtes. Dans dix à quinze ans, LOFAR sera donc peut-être le plus grand terminé, mais les découvertes qu'il a faites (et peut-être feront encore) seront, espérons-le, intemporelles.
