Grâce à SOFIA, un télescope infrarouge installé à bord d'un avion, les astronomes étudient finement les interactions entre les étoiles et leur environnement interstellaire.
Observer avec SOFIA est une expérience unique. Tout commence à Palmdale, dans le désert californien. Au bord de cette étendue aride, un hangar abrite un Boeing 747SP modifié. Sur son flanc, une immense trappe dissimule un miroir de télescope de 2,5 mètres de diamètre. Bientôt, avec l'équipe à bord, l'avion décolle pour atteindre 13 km d'altitude.
Avant le vol, un briefing de mission détaille le programme de vol complexe, la météo et la teneur en vapeur d'eau atmosphérique. Moins de vapeur signifie de meilleures mesures, car elle absorbe le rayonnement infrarouge. À l'altitude de SOFIA, la majeure partie de cette vapeur reste en dessous, permettant des observations précises.
SOFIA, projet onéreux souvent menacé de fermeture, offre un avantage sur les satellites : après chaque mission, ses instruments peuvent être échangés ou modernisés, contrairement aux satellites inaccessibles en orbite.
Pour nos observations, nous utilisons upGREAT, un récepteur allemand avancé pour l'astronomie térahertz. Téléphones et micro-ondes sont interdits pour éviter les interférences. Le froid est de rigueur pour que l'instrument ne détecte pas son propre rayonnement. Café et thé sont autorisés pour affronter la longue nuit de vol.
Après avoir évité les câbles traînant à bord, nous embarquons. Du cockpit, le décollage est impressionnant : la ville s'efface sous nous. L'équipe prépare les systèmes tandis que, chercheur invité, j'admire le télescope. Malgré les oscillations de l'avion, le miroir reste immobile grâce à un système de capteurs ingénieux.
Le télescope ne pivote que sur un axe : l'avion doit suivre une trajectoire précise pour viser la source.
Le vol suit un horaire strict : chaque cible est observée 1 à 2 heures via un parcours prédéfini.
Le moment clé arrive : nous capturons les premiers photons de la nébuleuse d'Orion, voyageant depuis 1 300 ans. upGREAT mesure la raie [CII] à 158 micromètres, issue du gaz chaud autour des étoiles. L'effet Doppler révèle les vitesses radiales. Après 13 vols (40 heures), nous obtenons la plus grande carte 3D spectroscopique jamais réalisée, identifiant des structures cohérentes.
Figure ci-dessus. Images infrarouges de la nébuleuse d'Orion et des nébuleuses du Nord (NGC 1973, 1975, 1977). a) Herschel/PACS et SPIRE : poussière interstellaire à 70, 160 et 250 µm (bleu : poussière chaude près de θ Ori C ; rouge : poussière froide). b) SOFIA/upGREAT : raie [CII] du gaz chaud. c) Spitzer/IRAC à 8 µm : molécules PAH fluorescentes en UV intense.
La nébuleuse d'Orion abrite étoiles légères et massives, dont l'amas trapézoïdal au centre. θ Ori C (33 masses solaires) ionise le gaz par son UV intense et ses vents puissants. Autour, une vaste coquille de gaz comprimé est visible en infrarouge, emplie de gaz X chaud. Nos données upGREAT quantifient son expansion à 13 km/s (rayon : 2 pc ou 6,5 al).
Le traitement des données brutes (2 millions de spectres) est ardu : suppression d'interférences, développement de méthodes innovantes. Les diagrammes position-vitesse révèlent des arcs d'expansion. La masse du gaz (2 600 masses solaires, via poussière infrarouge) correspond aux modèles : moitié de l'énergie des vents stellaires alimente cette bulle.
La nébuleuse optique d'Orion est enveloppée d'un voile : une coquille en expansion à ~13 km/s.
L'âge de la coquille : ~200 000 ans. θ Ori C s'éloigne à 5-15 km/s du nuage moléculaire d'Orion ; en supernova, elle sera trop loin pour l'impacter. Les vents massifs perturbent plus que les supernovae, freinant la formation stellaire.
Ce cycle – naissance dans nuages denses, balayage par vents, compression locale – structure l'univers. Nos mesures affinent les simulations cosmiques sur la rétroaction stellaire.
SOFIA scrute nébuleuses, galaxies et planètes. Ces observations enrichissent notre compréhension de la nébuleuse d'Orion et des retours des étoiles massives à leur berceau.
Cet article a été initialement publié dans le magazine ZENIT.
