Le télescope MeerKAT d’Afrique du Sud. Crédit : Observatoire sud-africain de radioastronomie (SARAO)
Une équipe internationale d’astronomes a combiné la puissance de 64 antennes de radiotélescopes pour détecter pour la première fois les faibles signatures de l’hydrogène neutre à l’échelle cosmologique.
Cet exploit a été réalisé à l’aide du télescope MeerKAT, basé en Afrique du Sud, précurseur du plus grand observatoire radio du monde, l’Observatoire SKA (SKAO), qui sondera l’Univers avec des détails sans précédent.
L’un des principaux objectifs du SKAO est de comprendre l’évolution et le contenu de l’Univers ainsi que les mécanismes qui régissent son expansion accélérée. L’un des moyens d’y parvenir est d’observer la structure de l’Univers aux plus grandes échelles. À ces échelles, des galaxies entières peuvent être considérées comme des points uniques et l’analyse de leur distribution révèle des indices sur la nature de la gravité et des phénomènes mystérieux tels que la matière noire et l’énergie noire.
Les radiotélescopes sont un instrument fantastique pour cela puisqu’ils peuvent détecter les rayonnements à des longueurs d’onde de 21 cm générés par l’hydrogène neutre, l’élément le plus abondant de l’Univers. En analysant les cartes 3D de l’hydrogène couvrant des millions d’années-lumière, nous sondons la distribution totale de la matière dans l’Univers.
Le SKAO, dont le siège est basé à Jodrell Bank, dans le Cheshire, est actuellement en cours de construction. Toutefois, des télescopes exploratoires, tels que le réseau MeerKAT de 64 antennes, sont déjà en place pour guider sa conception. Situé dans le désert du Karoo et exploité par l’Observatoire sud-africain de radioastronomie (SARAO), MeerKAT fera finalement partie du SKAO complet.
MeerKAT et le SKAO fonctionneront principalement comme des interféromètres, c’est-à-dire que les antennes paraboliques seront combinées pour former un télescope géant capable d’imager des objets distants avec une haute résolution. “Cependant, l’interféromètre ne sera pas assez sensible aux plus grandes échelles les plus intéressantes pour les cosmologistes qui étudient l’Univers”, explique le co-auteur principal du nouvel article de recherche, Steven Cunnington. “Par conséquent, nous utilisons plutôt le réseau comme une collection de 64 télescopes individuels qui leur permet de cartographier les volumes géants de ciel nécessaires à la cosmologie.”
“Pendant de nombreuses années, j’ai travaillé à la prévision des capacités futures du SKAO. Arriver maintenant à un stade où nous développons les outils dont nous aurons besoin et démontrons leur succès avec des données réelles est incroyablement excitant. Ceci ne marque que le début de ce qui, nous l’espérons, sera une vitrine continue de résultats qui feront progresser notre compréhension de l’Univers.”
– Steven Cunnington
Le mode de fonctionnement à un seul plat a été piloté par une équipe de l’Université de Western Cape, avec plusieurs observations déjà réalisées avec MeerKAT. Ce projet ambitieux implique de nombreuses autres institutions réparties sur quatre continents. Dans la nouvelle recherche soumise pour publication, une équipe comprenant les astronomes Steven Cunnington, Laura Wolz et Keith Grainge, basés à Manchester, présente la toute première détection cosmologique utilisant cette technique à plat unique.
La nouvelle détection porte sur un modèle de regroupement partagé entre les cartes de MeerKAT et les positions des galaxies déterminées par le télescope optique Anglo-Australien. Comme on sait que ces galaxies retracent la matière globale de l’Univers, la forte corrélation statistique entre les cartes radio et les galaxies montre que le télescope MeerKAT détecte une structure cosmique à grande échelle. C’est la première fois qu’une telle détection est réalisée à l’aide d’un réseau de cuvettes multiples fonctionnant comme des télescopes individuels. L’ensemble du SKAO s’appuiera sur cette technique et ceci marque donc une étape importante dans la feuille de route de la science cosmologique avec le SKAO.
“Cette détection a été réalisée avec seulement une petite quantité de données d’enquête pilote”, a révélé Steven Cunnington. “Il est encourageant d’imaginer ce qui sera réalisé lorsque MeerKAT continuera à faire des observations de plus en plus importantes.
“Pendant de nombreuses années, j’ai travaillé à la prévision de la capacité future du SKAO. Arriver maintenant à un stade où nous développons les outils dont nous aurons besoin et démontrons leur succès avec des données réelles est incroyablement excitant. Cela ne marque que le début de ce qui, nous l’espérons, sera une vitrine continue de résultats qui feront progresser notre compréhension de l’Univers.”
Référence : “HI intensity mapping with MeerKAT : power spectrum detection in cross-correlation with WiggleZ galaxies” par Steven Cunnington, Yichao Li, Mario G. Santos, Jingying Wang, Isabella P. Carucci, Melis O. Irfan, Alkistis Pourtsidou, Marta Spinelli, Laura Wolz, Paula S. Soares, Chris Blake,Philip Bull, Brandon Engelbrecht, José Fonseca, Keith Grainge et Yin-Zhe Ma, 3 juin 2022, Astrophysique > ; Cosmologie et astrophysique nongalactique.
arXiv:2206.01579
