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21.08.07 Première lumière pour le télescope du pôle Sud
 
Le 16 février 2007, le télescope du pôle Sud a acquis sa première lumière. Ce télescope fonctionne dans les longueurs d'onde de l'ordre du millimètre pour mesurer à petite échelle angulaire les particularités du rayonnement de fond cosmique (RFC). Il s'agit de la lumière résiduelle qui a été émise par le Big Bang, quand l'Univers n'avait que 400 000 ans.

Ce télescope de 10 m a une hauteur de 22,8 m, une largeur de 10 m et pèse quelque 280 tonnes. Il a été assemblé à Kilgore, au Texasle télescope du pôle Sud, et ensuite démonté pour être expédié en Nouvelle-Zélande, à l'autre extrémité de l'océan Pacifique, avant d'être transporté par avion jusqu'au pôle Sud.

Un site exceptionnel

Les astronomes travaillent au pôle Sud pour profiter des excellentes conditions de visibilité. Sur le spectre électromagnétique, le RFC se situe entre le rayonnement thermique et les ondes radio. Ce type de lumière est facilement absorbé par la vapeur d'eau présente dans l'atmosphère et celle qui est émise par l'atmosphère. Le choix du pôle Sud comme endroit pour utiliser l'instrument permet de réduire au minimum cette interférence atmosphérique puisque le pôle est un lieu à haute altitude (2 900 m). La mince atmosphère et le climat extrêmement sec donnent l'assurance d'une faible quantité de vapeur d'eau. L'instantané des débuts de l'Univers que le télescope permettra d'obtenir apportera une mine de renseignements sur sa composition et son évolution. Les responsables se réjouissent surtout à l'idée de pouvoir quantifier le taux de croissance historique de l'Univers.

Energie sombre

Aujourd'hui, ce taux semble dominé par un mystérieux constituant appelé 'énergie sombre' qui accélère l'expansion de l'Univers. Le RFC sert d'éclairage de fond à tout l'Univers, à peu près comme la lumière placée derrière l'écran dans un spectacle de marionnettes d'ombres chinoises. Les plus gros objets unis par un lien gravitationnel dans l'Univers, les amas de galaxies, déforment cette lumière d'une manière mesurable, faisant ainsi une ombre (comme les marionnettes mentionnées dans l'analogie) dans le rayonnement de fond à une longueur d'onde de 2 mm. Ce phénomène a été nommé effet Sunyaev-Zeldovich.

C'est un excellent outil pour la cosmologie parce que la force du signal ne dépend pas beaucoup du degré d'éloignement des amas de galaxies. Cela signifie que nous pouvons voir les amas qui sont le plus éloignés aussi facilement que ceux qui sont près de nous - une caractéristique unique, propre à ce type d'observation. Les amas qui sont observés et catalogués agiront comme des traceurs ou particules d'essai qui peuvent servir à reconstituer l'histoire de l'expansion (croissance) de l'Univers et fournir de l'information sur la nature de l'énergie sombre.

Avancées technologies

La grande ouverture du miroir primaire de ce télescope donne à l'instrument la plus petite résolution angulaire possible, ce qui permet à l'équipe de mesurer avec précision des détails de l'ordre de la minute d'arc de dimensions dans le fond de micro-ondes. En plus de donner une excellente résolution angulaire, l'instrument permet de réaliser des opérations d'une sensibilité hors du commun, grâce à trois nouvelles technologies pour sa caméra de pointe.

La première technologie est celle des éléments détecteurs (fig. 2). Ces capteurs mesurent l'intensité du rayonnement incident (la lumière), en absorbant complètement les photons et en permettant à cette puissance incidente de réchauffer un petit film absorbeur métallique. À la différence de la dernière génération d'instruments, la température de l'absorbeur est mesurée avec un minuscule film supraconducteur appelé capteur à transition supraconductrice (CTS). Ces détecteurs CTS marquent une avance importante parce qu'ils peuvent être fabriqués par un procédé lithographique en tant que groupes monolithiques comportant 100 ou 1 000 détecteurs.

Le plan focal du télescope du pôle Sud renferme 960 détecteurs bolométriques, alors que les autres instruments de mesure des longueurs d'ondes de l'ordre du millimètre actuellement utilisés ont quelques douzaines de détecteurs tout au plus. Ces détecteurs doivent être gardés froids, à environ 0,25 K, pour réduire au minimum le bruit thermique qui autrement obscurcirait le faible signal provenant du ciel. Le plus facile moyen d'atteindre ces températures : d'abord prérefroidir un réfrigérateur à absorption à cycle fermé à 4 K par évaporation d'hélium liquide non réutilisable. C'est là une stratégie standard qui a été utilisée pour la plupart des instruments. Le télescope du pôle Sud utilise plutôt un réfrigérateur à tubes à pulsions mécaniques pour atteindre une température de 4 K. L'application de cette technologie a nécessité un programme de recherche spécial qui visait à réduire le plus possible les parasites dus à la vibration des parties mobiles de l'appareil de réfrigération.

La troisième avance technologique est le recours à un nouveau système de multiplexage à supraconducteurs qui permet aux signaux de nombreux bolomètres d'être encodés sur un seul faisceau de fils.

Ces avances font du télescope du pôle Sud un pionnier de la technologie de pointe et ouvrent une nouvelle fenêtre scientifique sur l'Univers. On a consacré une grande partie de l'été antarctique à l'installation et à la mise en service du télescope du pôle Sud.

© Matt Dobbs
(pour le groupe chargé de l’initiative South Pole Telescope Collaboration)

   
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