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Télescopes Voir plus loin
Les astronomes ont repéré la galaxie la plus lointaine et la plus ancienne qu'ils aient jamais vue, en utilisant des astuces optiques à la fois célestes et artificielles. Alors que l'observation de la galaxie telle qu'elle existait à peine deux milliards d'années après le Big Bang est scientifiquement significative en soi, elle sert également de premier aperçu de ce qui va arriver alors que les astronomes adoptent une technique sophistiquée appelée optique adaptative pour approfondir le ciel nocturne.
Miroir Miroir: À l'intérieur du télescope Keck II, un miroir de 10 mètres de large (en bas) recueille la lumière des étoiles et la réfléchit vers un miroir secondaire plus petit (en haut), qui à son tour la dirige vers d'autres instruments, y compris le système d'optique adaptative.
L'équipe d'astronomes de Caltech et de l'Université de Durham, en Angleterre, a annoncé ses découvertes dans la revue Nature la semaine dernière. À l'aide du télescope Keck à Hawaï, ils ont examiné une galaxie à 11 milliards d'années-lumière de la Terre. Auparavant, les astronomes ne pouvaient voir plus loin que sept ou huit milliards d'années-lumière. Parce que regarder à travers les distances astronomiques équivaut à regarder dans le temps, l'observation rapproche beaucoup les astronomes de la naissance de l'univers, il y a environ 13 milliards d'années.
Pour repérer une galaxie à une si grande distance, les astronomes ont utilisé deux astuces optiques. L'un est un phénomène naturel appelé lentille cosmique, qui exploite la capacité de la gravité à courber la lumière. Une galaxie qui est précisément alignée entre les astronomes et l'objet qu'ils veulent regarder courbera la lumière de l'objet autour d'elle, la recentrant vers les astronomes. Cela leur donne une image environ huit fois plus nette que s'ils avaient essayé de regarder l'objet distant seul.
Mais lorsque l'objet est une galaxie qui n'a que quelques milliers d'années-lumière de diamètre (par opposition au diamètre de 100 000 années-lumière de la Voie lactée) et 11 milliards d'années-lumière de distance, huit fois la netteté donne toujours un peu plus d'un point de lumière. Les astronomes utilisent l'optique adaptative pour rendre l'image suffisamment claire pour obtenir des informations utiles.
Multimédia
Regardez une vidéo sur l'optique adaptative et voyez une animation de l'observatoire de trente mètres.
La lumière peut être considérée comme une vague, avec une série de fronts de vagues se déplaçant dans l'espace, un peu comme les fronts des vagues de l'océan qui déferlent sur le rivage. Ordinairement, le front d'une onde lumineuse est plat. Mais lorsqu'il traverse l'atmosphère turbulente de la Terre, il se déforme, ressemble davantage à du carton ondulé de manière inégale. Cette turbulence est ce qui fait scintiller les étoiles et réduit la résolution d'un télescope. Le Keck utilise donc un système d'optique adaptative qui mesure cette turbulence et la corrige.
Pour effectuer la mesure, un laser au sol tire un faisceau de lumière dans l'air, où il frappe une fine couche de sodium déposée par des météores qui brûlent dans l'atmosphère, à environ 90 kilomètres de hauteur. Le sodium réfléchit la lumière laser vers le miroir principal du télescope, qui la dirige vers une série de capteurs de front d'onde qui mesurent à quel point l'atmosphère a déformé l'onde lumineuse. Sur la base de ces mesures, un ordinateur fait pousser et tirer une série de bras d'actionnement sur un ensemble de petits miroirs déformables. Les actionneurs plient les miroirs d'environ un micromètre (environ un centième de l'épaisseur d'un cheveu humain) plusieurs fois par seconde, annulant les turbulences de l'atmosphère. Le front d'onde corrigé est ensuite enregistré par une caméra. L'astronome de Caltech, Richard Ellis, dit que le résultat est une image de meilleure qualité que les astronomes obtiennent avec le télescope spatial Hubble, qui n'a pas de distorsion atmosphérique à affronter.
Les yeux écarquillés : Le rendu d'un artiste montre le miroir du télescope de trente mètres proposé à l'intérieur du dôme de l'observatoire.
Les scientifiques ont découvert que la galaxie lointaine tournait, tout comme les galaxies tournent aujourd'hui, mais qu'elle n'avait pas encore formé les bras spiraux que présente notre propre galaxie de la Voie lactée. Pour Ellis, qui essaie de comprendre comment l'univers a évolué et est l'un des auteurs de l'article, l'observation est significative. Cela nous dit que l'univers était vraiment assez organisé alors qu'il n'avait que 10 à 15 % de son âge actuel, dit-il.
Bien que le concept d'optique adaptative existe depuis des décennies, ce n'est qu'au cours des dernières années qu'il est devenu suffisamment sophistiqué et facile à utiliser pour devenir une partie intégrante de l'astronomie. Le système a été installé sur le télescope Keck II en 2004, et c'était le premier pour un télescope de cette taille. Il a depuis été utilisé pour fournir des vues plus claires des objets astronomiques, mais rien d'aussi éloigné que la galaxie vue la semaine dernière. Le système d'optique adaptative du Keck II, cependant, n'est rien en comparaison de ce qui est prévu pour le nouveau télescope de trente mètres (TMT), qu'une équipe américano-canadienne qui comprend Caltech, l'Université de Californie et l'Association des universités canadiennes pour la recherche en astronomie se développera au cours de la prochaine décennie. Une décision de le placer sur le Mauna Kea, à Hawaï, où se trouve le Keck, ou au Chili est attendue l'année prochaine.
Le TMT aura neuf fois la zone de collecte de lumière du Keck II, dont le miroir primaire mesure 10 mètres de diamètre. Et selon Brent Ellerbroek, chef du groupe d'optique adaptative pour le TMT, le système optique du nouveau télescope sera beaucoup plus sophistiqué. Il utilisera environ six lasers pour mesurer la turbulence atmosphérique. Alors qu'un seul laser mesure la turbulence à un seul petit point dans la ligne de visée du télescope, un réseau de lasers peut fournir une image tridimensionnelle des distorsions sur une zone plus large et à différentes hauteurs dans l'atmosphère. Les capteurs de front d'onde auront également des ouvertures plus petites, pour effectuer des mesures plus précises, et il y aura des milliers d'actionneurs, contre des centaines dans le Keck, pour contrôler le plus grand nombre de miroirs. Tout ce que mesurer et déplacer présente un défi informatique. Nous devons utiliser des algorithmes plus complexes, dit Ellerbroek.
C'est un grand défi d'ingénierie, déclare Scott Uebelhart, un associé postdoctoral étudiant la politique spatiale dans le programme du MIT en science, technologie et société. Mais il pense que l'effort en vaut la peine. TMT fait honte à tout le reste, dit Uebelhart.
Avec le système avancé du TMT, dit Ellis, les astronomes n'auront pas à être chanceux et à trouver une lentille cosmique pour voir au loin. À quel point ils seront proches de la naissance de l'univers est une question à laquelle il reste encore à répondre, dit-il. Nous sommes presque au tout début.