Pour aider à la digestion d'une nouvelle ère en radioastronomie, une nouvelle technique pour améliorer le est en cours de déploiement au Westerbork Synthesis Radio Telescope (WSRT) aux Pays-Bas. En ajoutant une plaque de détecteurs au plan focal d'une seule des 14 antennes radio du WSRT, les astronomes de l'Institut néerlandais de radioastronomie (ASTRON) ont pu imaginer deux pulsars séparés par plus de 3,5 degrés d'arc, ce qui est environ 7 fois la taille de la pleine lune vue de la Terre.
Le nouveau projet - appelé Apertif - utilise un réseau de détecteurs dans le plan focal du radiotélescope. Cette «alimentation en réseau phasé» - composée de 121 détecteurs distincts - augmente le champ de vision du radiotélescope de plus de 30 fois. Ce faisant, les astronomes peuvent voir une plus grande partie du ciel dans le spectre radioélectrique. Pourquoi est-ce important? Eh bien, conformément à notre analogie avec les cours de cuisine, imaginez que vous essayez de manger un bol de soupe avec un dé à coudre - vous ne pouvez mettre qu'une petite portion de la soupe dans votre bouche à la fois. Imaginez ensuite essayer de le manger avec une louche.
Cette même analogie d'arpentage et d'observation du ciel pour les sources radio est vraie. Le Dr Tom Oosterloo, le chercheur principal du projet Apertif, explique la chair de la nouvelle technique:
«Le réseau multiéléments se compose de 121 petites antennes, étroitement regroupées. Cette matrice couvre environ 1 mètre carré. Chaque WSRT aura une telle matrice d'antenne dans son foyer. Cette matrice échantillonne entièrement le champ de rayonnement dans le plan focal. En combinant les signaux des 121 éléments, un «faisceau composé» [sic] peut être formé, qui peut être orienté pour pointer vers n'importe quel endroit à l'intérieur d'une région de 3 × 3 degrés sur le ciel. En combinant les signaux des 121 éléments, la réponse du télescope peut être optimisée, c'est-à-dire que toutes les distorsions optiques peuvent être supprimées (car le champ de rayonnement est entièrement mesuré). Ce processus est effectué en parallèle 37 fois, c'est-à-dire que 37 faisceaux composés sont formés. Chaque faisceau composé fonctionne essentiellement comme un télescope séparé. Si nous faisons cela dans tous les plats WSRT, nous avons 37 WSRT en parallèle. En dirigeant tous les faisceaux vers différents endroits dans la région de 3 × 3 degrés, nous pouvons observer cette région entièrement. »
En d'autres termes, les radiotélescopes traditionnels n'utilisent qu'un seul détecteur dans le plan focal du télescope (où tout le rayonnement est focalisé par le télescope). Les nouveaux détecteurs sont un peu comme la puce CCD de votre appareil photo ou ceux utilisés dans les télescopes optiques modernes comme Hubble. Chaque détecteur séparé du réseau reçoit des données et, en combinant les données en une image composite, une image de haute qualité peut être capturée.
Le nouveau réseau élargira également le champ de vision du radiotélescope, ce qui a permis cette observation la plus récente de pulsars largement séparés dans le ciel, un jalon pour le projet. En prime, le nouveau détecteur augmentera l'efficacité de «l'ouverture» à environ 75%, contre 55% avec les antennes traditionnelles.
Le Dr Oosterloo a expliqué: «L'efficacité d'ouverture est plus élevée parce que nous avons beaucoup plus de contrôle sur le champ de rayonnement dans le plan focal. Avec les systèmes d'antennes simples classiques (comme dans l'ancien WSRT ou comme dans l'eVLA), on mesure le champ de rayonnement en un seul point. En mesurant le champ de rayonnement sur tout le plan focal et en combinant intelligemment les signaux de tous les éléments, les effets de distorsion optique peuvent être minimisés et une plus grande fraction du rayonnement entrant peut être utilisée pour l'image du ciel. »
Pour l'instant, il n'y a qu'une seule des 14 antennes radio équipées d'Apertif. Joeri Van Leeuwen, chercheur chez ASTRON, a déclaré dans une interview par e-mail qu'en 2011, 12 des antennes seront équipées du nouveau réseau de détecteurs.
Les relevés du ciel ont été une aubaine pour les astronomes ces dernières années. En prenant d'énormes quantités de données et en les mettant à la disposition de la communauté scientifique, les astronomes ont pu faire beaucoup plus de découvertes qu'ils ne l'auraient pu en appliquant du temps sur des instruments disparates.
Bien qu'il existe jusqu'à présent quelques levés du ciel dans le spectre radioélectrique - le levé VLA FIRST étant le plus important - le champ a encore un long chemin à parcourir. Apertif est la première étape dans la direction de l'étude du ciel entier dans le spectre radio avec beaucoup de détails, et de nombreuses découvertes devraient être faites en utilisant la nouvelle technique.
Apertif devrait découvrir plus de 1 000 pulsars, sur la base de la modélisation actuelle de la population de pulsars galactiques. Ce sera également un outil utile pour étudier l'hydrogène neutre dans l'Univers à grande échelle.
Dr Oosterloo et. Al. a écrit dans un article publié sur Arxiv en juillet 2010: «L'une des principales applications scientifiques des radiotélescopes à champ large fonctionnant à des fréquences GHz est d'observer de grands volumes d'espace afin de faire un inventaire de l'hydrogène neutre dans l'Univers. Avec de telles informations, les propriétés de l'hydrogène neutre dans les galaxies en fonction de la masse, du type et de l'environnement peuvent être étudiées en détail et, ce qui est important, pour la première fois, l'évolution de ces propriétés avec le redshift peut être abordée. »
L'ajout du spectre radioélectrique aux levés du ciel visible et infrarouge aiderait à affiner les théories actuelles sur l'Univers, ainsi qu'à faire de nouvelles découvertes. Plus il y a de regards sur le ciel dans différents spectres, mieux c'est.
Bien qu'Apertif soit le premier détecteur de ce type utilisé, il est prévu de mettre à jour d'autres radiotélescopes avec cette technologie. Oosterloo a déclaré à propos d'autres projets de ce type: «Les flux multiéléments sont également construits par ASKAP, l'Australian SKA Pathfinder. Il s'agit d'un instrument de caractéristiques similaires à Apertif. C'est notre principal concurrent, même si nous collaborons également sur de nombreuses choses. Je connais également un prototype actuellement testé chez Arecibo. Au Canada, le DRAO [Dominion Radio Astrophysical Observatory] travaille sur le développement de l'alimentation en réseau par phases. Cependant, seuls Apertif et ASKAP construiront à court terme un véritable radiotélescope avec des alimentations en réseau phasées. »
Les 22 et 23 novembre, une réunion de coordination scientifique a eu lieu sur le projet Apertif à Dwingeloo, Drenthe, Pays-Bas. Oosterloo a déclaré que la réunion a réuni 40 astronomes d'Europe, des États-Unis, d'Australie et d'Afrique du Sud pour discuter de l'avenir du projet et qu'il y a eu beaucoup d'intérêt pour le potentiel de la technique.
Sources: communiqué de presse ASTRON, Arxiv, entretien par courriel avec le Dr Tom Oosterloo et le Dr Joeri Van Leeuwen
