Une vue de 21 cm de la galaxie Pinwheel (M33). L’arc-en-ciel de couleurs est dû à la rotation de la galaxie, qui déplace la lumière radio par Doppler. Crédit : NRAO/AUI/NSF
La lumière radio se décline dans un arc-en-ciel de couleurs. Nous voyons ces couleurs avec les groupes radio, et chaque groupe a une histoire à raconter sur l’univers.
Les radioastronomes voient l’univers dans plusieurs gammes de longueurs d’onde que nous appelons des bandes. Le Very Large Array (VLA) utilise des longueurs d’onde allant de 4 mètres à moins d’un centimètre. L’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) utilise des bandes radio allant de quelques centimètres à un tiers de millimètre. Mais pourquoi les radiotélescopes utilisent-ils une si large gamme de longueurs d’onde ? La réponse réside dans les nombreuses façons dont les objets émettent de la lumière radio et comment cette lumière interagit avec le gaz et la poussière de l’espace interstellaire.
Les longues longueurs d’onde radio, telles que celles vues par la bande 4 du VLA, sont généralement produites par le gaz ionisé. Il nous permet de voir où chaud plasma est situé dans notre galaxie. Ces longues longueurs d’onde sont également utiles car la plupart des gaz neutres sont transparents à ces longueurs d’onde. Cela signifie que très peu de cette lumière est absorbée lorsqu’elle voyage dans l’espace. Des longueurs d’onde de lumière plus courtes sont souvent émises par des atomes ou des molécules particuliers. L’un des plus importants d’entre eux est la raie de 21 centimètres, qui est émise par l’hydrogène neutre. Cette longueur d’onde est l’un des meilleurs moyens d’observer la répartition de la matière dans une galaxie puisque l’hydrogène est de loin l’élément le plus abondant dans l’univers.
Les longueurs d’onde comprises entre 10 cm et 20 cm sont particulièrement adaptées aux relevés radio du ciel, tels que le VLA Sky Survey (VLASS). Les radiogalaxies sont particulièrement brillantes dans cette gamme, tout comme les jets émis par les supermassifs trous noirs. En balayant le ciel à ces longueurs d’onde, VLASS a capturé des images de près de 10 millions de sources radio.
Des radiogalaxies alimentées par des trous noirs découvertes par VLASS. Crédit : NRAO/AUI/NSF
La lumière avec des longueurs d’onde d’un centimètre ou deux est souvent émise par un processus connu sous le nom de rayonnement synchrotron. Lorsque les électrons traversent un champ magnétique puissant, le champ magnétique les oblige à se déplacer en spirales serrées le long des lignes de champ magnétique. Pour cette raison, ils émettent de la lumière radio. Le rayonnement synchrotron est particulièrement utile pour cartographier les champs magnétiques à proximité des trous noirs. Un autre processus qui émet de la lumière dans cette gamme est connu sous le nom de maître ou laser à micro-ondes. Nous connaissons mieux les pointeurs laser simples qui émettent une lumière rouge cohérente, mais dans l’espace interstellaire, les poches d’eau peuvent émettre une lumière cohérente d’une longueur d’onde de 1,3 centimètre. Étant donné que ces masers à eau émettent une longueur d’onde de lumière très spécifique, ils peuvent être utilisés pour mesurer la vitesse à laquelle l’univers s’étend.
Les longueurs d’onde radio de l’ordre du millimètre sont particulièrement utiles pour l’étude des gaz froids et des poussières. Les grains de poussière dans l’espace interstellaire émettent de la lumière avec des longueurs d’onde de l’ordre de leur taille, et comme une grande partie de cette poussière mesure environ un millimètre, c’est la longueur d’onde où ils émettent le plus de lumière. Ces courtes longueurs d’onde peuvent être difficiles à observer, en partie parce que notre atmosphère absorbe une grande partie de la lumière à ces longueurs d’onde. Mais ils sont également d’une importance vitale pour l’étude des jeunes systèmes planétaires. ALMA a pu capturer des disques de gaz et de poussière autour de jeunes étoiles et a même vu comment des lacunes se forment à l’intérieur de ces disques lorsque de jeunes planètes commencent à se former. Il révolutionne notre compréhension de la formation des exoplanètes.
Image de l’observatoire ALMA de la jeune étoile HL Tau et de son disque protoplanétaire. L’une des meilleures images jamais réalisées sur la formation des planètes, cette image révèle de multiples anneaux et lacunes qui annoncent la présence de planètes émergentes alors qu’elles balaient leurs orbites sans poussière ni gaz. Crédit : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) ; C. Brogan, B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)
Mais l’une des bandes radio les plus intéressantes est peut-être la bande 6 d’ALMA, qui capte la lumière avec des longueurs d’onde de 1,1 à 1,4 mm. Il a été utilisé pour étudier comment les étoiles géantes rouges génèrent de la chaleur et la distribution des molécules dans les nébuleuses planétaires. Mais il a également été utilisé pour créer l’une des images radio les plus puissantes de ces dernières années, celle du supermassif trou noir au coeur de la galaxie M87. Les récepteurs de la bande 6 ont été utilisés sur des radiotélescopes du monde entier dans le cadre du télescope Event Horizon (EHT), et les données qu’ils ont recueillies ont été combinées pour créer la première image directe d’un trou noir.
La lumière radio est invisible à nos yeux, il est donc facile de penser que toutes les lumières radio sont identiques. Mais la radio est remplie de couleurs, tout comme les couleurs de la lumière visible que nous pouvons voir, et la radioastronomie est à son maximum lorsque nous utilisons toutes les couleurs de son arc-en-ciel.
