La radioastronomie fait un bon en avant avec le réseau LOFAR, composé de dizaines de milliers d'antennes en Europe.

Un numéro spécial de la revue Astronomy & Astrophysics en août 2021 publie une série d’études livrant des images inédites, aussi spectaculaires que scientifiquement importantes : ce sont les images les plus détaillées jamais vues de galaxies lointaines.

C’est le résultat d’une décennie de recherches à partir du LOFAR — Low Frequency Array, un réseau de milliers d’antennes réparties en Europe, constituant ensemble le plus grand télescope du monde.

Image de la fusion entre deux galaxies, prises par radio avec le réseau LOFAR. // Source : LOFAR/Ramirez-Olivencia

Un niveau de détail inédit

Ces antennes sont des interféromètres : elles captent les fréquences radio. Or, les images qui nous viennent de l’Univers sont le résultat de divers rayonnements électromagnétiques, dont la longueur d’onde varie. La lumière « visible » n’est pas la plus précise quand l’on observe à des années-lumière, sa longueur d’onde est courte et offre peu de détails, d’autant plus que ces ondes peuvent être bloquées et perturbées sur leur chemin, par exemple par des nuages de gaz ou de poussières. En captant les ondes radio, les interféromètres peuvent apporter des images de zones qui, à nos yeux et aux lentilles des télescopes optiques, sembleraient bien sombres ou indiscernables. Cela permet de voir l’invisible, et la lumière à basse énergie.

Qui plus est, la combinaison de ces milliers de télescopes forme, virtuellement parlant, une lentille de 2 000 kilomètres de diamètre. Résultat : les images publiées dans cette série d’études, combinant les observations de 70 000 interféromètres, offrent un niveau de détail sans précédent sur ce spectre.

Sur le gif ci-dessous, vous pouvez observer la transition entre la résolution standard, où les galaxies se traduisent par des points très lumineux, et la résolution obtenue par cette collaboration internationale aux 70 000 antennes, où l’on distingue nettement les formes. La différence est frappante.

Véritables images de galaxies lointaines, d’abord vues avec la résolution classique, puis avec la résolution permise grâce à LOFAR. // Source : L.K. Morabito ; LOFAR Surveys KSP

Il ne s’agit pas là de simplement « prendre en photo » l’espace. Le réseau de télescopes LOFAR ne se contente pas de photographier les galaxies. La captation des ondes radio se traduit en données issues de ces milliers d’antennes, et il faut alors rassembler ces données pour former une image. Au-delà de la technologie même du télescope LOFAR, il y a donc un défi informatique : une seule image représente en soi 13 téraoctets/seconde de données brutes (l’équivalent de 300 DVDs). Pour traiter ces images, les scientifiques ont mobilisé des « superordinateurs », pour ramener les données à un seuil utilisable de quelques gigaoctets.

C’est ainsi que toute une série d’images, à des distances variées et différents niveaux de détails, a pu être obtenue après ce traitement massif de données :

Compilation d’images obtenues. // Source : LOFAR Team

Des mécanismes jusqu’alors invisibles

Un tel niveau de précision n’est pas que spectaculaire : cela offre aussi un outil précieux pour analyser, en détail, certains mécanismes au cœur des galaxies. Et justement, plusieurs papiers de recherche de cette série d’études s’intéressent aux trous noirs supermassifs présents au cœur des galaxies.

Cela permet notamment de voir les « jets » qu’ils émettent, et comment ils se propagent, car en temps normal, sur des longues d’onde de lumière visible, ils sont invisibles. «  Ces images haute résolution nous permettent de zoomer pour voir ce qui se passe réellement lorsque des trous noirs supermassifs lancent des ‘jets radio’, ce qui n’était pas possible auparavant. »

Image, obtenue grâce au télescope LOFAR, de la galaxie Hercules A. // Source : R. Timmerman ; LOFAR & Hubble Space Telescope

Certains papiers s’intéressent à d’autres aspects des galaxies. L’ensemble montre que ce type de technologies est un pas en avant pour la radioastronomie, laquelle permet de s’enfoncer un peu plus loin encore dans l’espace profond, pour en sonder, et si possible en comprendre, les mécanismes.

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