Institut de Radioastronomie Millimétrique

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Jusqu’aux confins de l’univers

Publié par l’IRAM © 2008.

Directeur de la publication Pierre Cox Textes et rédaction Karin Zacher

Cette publication est également disponible en anglais, espagnol et allemand.

Nous tenons à remercier Jérémie Boissier, Michael Bremer, Dennis Downes, Frédéric Gueth, Brigitte Indigo, Bernard Lazareff, Doris Maier, Gisela Matoso, Mary McClean, Roberto Neri, Jérôme Pety, Vincent Pietu, Bruno Pissard, Jean-Louis Pollet, Franz Punkt, Karl Schuster, Clemens Thum, Marc Torres et Jan Martin Winters

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Jusqu’aux confins de l’univers

L’institut de radioastronomie millimétrique

Institut de Radioastronomie Millimétrique

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L’IRAM est un institut international de recherche en radioastronomie millimétrique qui se consacre à l’exploration de l’univers ainsi qu’à l’étude de ses origines et de son évolution.

Fondé en 1979 par le CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique) en France et la MPG (Max-Planck-Gesellschaft) en Allemagne, puis élargi en 1990 à un troisième partenaire, l’IGN (Instituto Geográfico Nacional) en Espagne, l’IRAM est un modèle de coopération scientifique multinationale.

L’institut, dont le siège social est à Grenoble, emploie plus de 120 scientifiques, ingénieurs, techniciens et employés administratifs et

exploite deux sites d’observation : un télescope de 30 mètres situé au Pico Veleta près de Grenade en Espagne et l’interféromètre du Plateau de Bure (un réseau de six antennes de 15 mètres de diamètre) dans les Hautes-Alpes françaises. Ces deux instruments comptent parmi les meilleurs radiotélescopes au monde et sont les observatoires les plus performants dans le domaine millimétrique.

Spécialisés dans la réception des ondes millimétriques, ces radiotélescopes jouent un rôle crucial en astronomie, car ils sont capables de détecter des objets enfouis dans des nuages de poussière et invisibles pour

Dévoiler l’univers invisible

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les instruments optiques. C’est ainsi que les astronomes parviennent jusqu’aux galaxies les plus lointaines, observent les trous noirs aux confins de l’univers et tracent le fond diffus cosmologique, remontant jusqu’au Big Bang. Permettant en outre l’exploration des molécules interstellaires et de la poussière cosmique – éléments clefs dans la formation des étoiles et des galaxies – la radioastronomie millimétrique rend possible l’étude de l’évolution de l’univers.

Grâce à leur grande sensibilité, les télescopes de l’IRAM peuvent suivre ces éléments de base de la matière interstellaire aussi bien dans notre système solaire que dans la Voie Lactée jusqu’aux galaxies les plus lointaines.

De plus, les scientifiques et les ingénieurs de l’IRAM développent des instruments et des logiciels spécialement conçus pour la radioastronomie millimétrique qu’ils mettent au service de la communauté scientifique. Les laboratoires de l’institut couvrent entièrement le domaine de la technologie des hautes fréquences : des détecteurs supra-conducteurs aux systèmes de réception complexes, en passant par l’électronique haut-débit et les logiciels avancés de traitement des données.

Fournissant également des composants hautement spécialisés à d’autres centres astronomiques dans le monde, l’IRAM entretient avec succès des coopérations avec des organisations de recherche spatiale telles que le CNES, l’ESA et la NASA. Enfin, l’institut est l’un des partenaires majeurs du projet international ALMA, un radio-observatoire géant dans le désert chilien.

Grâce à ses deux observatoires et son savoir-faire technique, l’IRAM est aujourd’hui le leader mondial en radioastronomie millimétrique.

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La galaxie Andromède (M31) dans le visible et dans l’émission du monoxyde de carbone qui trace le gaz moléculaire dense dans lequel se forment les étoiles.

Molécules interstellairesC‘est dans des nébuleuses comme celle de la fameuse Tête de Cheval que de nombreuses molécules ont pu être détectées.

Tournant sur leurs axes, les molécules émettent dans les longueurs d’onde millimétriques, chacune d’elles à des fréquences caractéristiques.

Les télescopes de l’IRAM opèrent à des longueurs d’onde de 3, 2, 1 et 0.8 millimètres, quatre fenêtres atmosphériques qui laissent passer la plupart des fréquences des molécules interstellaires.

La transmission de ces fréquences dépend toutefois de la quantité d’eau présente dans l’atmosphère – c’est la raison pour laquelle les observatoires de l’IRAM ont été placés en altitude, dans un climat le plus sec et le plus stable possible.

Indiquant la répartition et la densité du gaz moléculaire dans la nébuleuse, l’image de la Tête de Cheval dans le domaine millimétrique ressemble plutôt à celle d’un hippocampe.

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La radioastronomie millimétrique est une branche relativement jeune de l’astronomie. Ce n’est que dans les années 1960 qu’il est devenu possible de construire des récepteurs assez sensibles pour capter les ondes millimétriques provenant de l’espace. Depuis, cette technique d’observation est devenue un pilier de l’astronomie.

La radioastronomie a été, entre autre, la voie royale pour détecter et identifier les molécules interstellaires. Outre la découverte spectaculaire de l’eau dans l’espace, plus d’une centaine de molécules, dont plusieurs étaient inconnues sur la Terre, ont été détectées dans le domaine millimétrique.

De plus, le rayonnement millimétrique des molécules qui – contrairement à la lumière visible – n’est pas absorbé par les nuages de poussière cosmiques, a permis aux astronomes de faire de très nombreuses découvertes. Non seulement il devenait possible d’étudier des objets cosmiques obscurcis et inconnus jusque-là, mais aussi d’explorer de la matière froide, quelques degrés au-dessus du zéro absolu, là où se forment les étoiles.

Les molécules et les poussières sont des composants clefs dans l’évolution de la matière qui se trouve entre les étoiles : cette matière, dite interstellaire se transforme constamment dans des cycles qui sont rythmés par la naissance et la mort des étoiles. Ainsi, les molécules, qui sont les plus abondantes dans les nuages interstellaires denses, jouent un rôle prédominant dans le refroidissement du gaz et donc dans l’évolution de ces nuages qui, en se comprimant, peuvent initier la naissance d’une ou plusieurs étoiles.

La matière environnante qui n’a pas été utilisée pour former l’étoile gravite autour de celle-ci dans des disques dits circumstellaires. Dans ces disques, la matière continue à évoluer avec des réactions moléculaires de plus en plus complexes, conduisant éventuellement à la naissance de proto-planètes.

Les enveloppes de matière éjectées par une étoile en fin de vie enrichissent également le milieu interstellaire en nouvelles molécules et en poussière fraîche. Enfin, lorsqu’elle est exposée au rayonnement d’une étoile, la surface d’un nuage interstellaire devient le lieu de nombreux processus chimiques

qui peuvent aussi mener à la formation de molécules complexes.

Ainsi, le milieu interstellaire s’enrichit continûment à partir de l’hydrogène (l’atome le plus abondant dans notre univers, créé dans le Big Bang) et des autres atomes, synthétisés au cœur des étoiles (comme l’oxygène, le carbone et l’azote), en fabricant d’abord des molécules simples comme le monoxyde de carbone, le méthanol et l’éthanol, puis des molécules plus complexes, y compris celles qui sont à l’origine de la vie.

C’est ce grand cycle cosmique de la matière interstellaire qui peut être observé d’une manière privilégiée dans le domaine millimétrique. Les instruments de l’IRAM, équipés d’une technologie de pointe, sont parfaitement adaptés à l’exploration du cycle des molécules et des poussières dans le cosmos.

La radioastronomie et le cycle de la matière interstellaire

La molécule de monoxyde de carbone (CO) est l’une des molécules les plus abondantes dans le milieu interstellaire, permettant aux radiotélescopes millimétriques de tracer les objets cosmiques jusqu’aux confins de l’univers.

La molécule de l’aminoacétonitrile (NH2 CH2 CN), une molécule proche chimiquement d’un acide aminé, a été détectée près du centre de la Voie Lactée en utilisant les télescopes de l’IRAM.

O

C

H

N

N

C

C

H

H H

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Le télescope du Pico Veleta

La porte de l’univers

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L’IRAM est en charge des meilleurs instruments dans le domaine de la radioastronomie millimétrique, dont le télescope du Pico Veleta, situé dans la Sierra Nevada espagnole, à une altitude de 2850 mètres.

Construit en quatre années, entre 1980 et 1984, il est, grâce à son antenne impressionnante de 30 mètres de diamètre, l’un des plus grands mais avant tout le plus sensible des radiotélescopes dans le domaine millimétrique.

Ce télescope, que l’on appelle un single dish, est constitué d’une antenne parabolique unique, qui permet l’exploration d’objets cosmiques étendus, comme des galaxies ou des nuages interstellaires. De part sa grande surface, le télescope de 30 mètres offre une

haute sensibilité, adaptée aux observations de sources faibles. La surface de la parabole est ajustée avec une précision de 55 micromètres, soit l’épaisseur d’un cheveu humain.

Le télescope de 30 mètres est doté d’une série de récepteurs à pixel unique opérant à 3,2,1 et 0.8 millimètres et de deux caméras à 1 millimètre : HERA avec 9 pixels, afin de cartographier le gaz moléculaire dans des nébuleuses étendues, et MAMBO, une caméra de 117 pixels, développée au Max-Planck-Institut für Radioastronomie à Bonn (Allemagne), permettant d’observer l’émission de la poussière des nuages moléculaires proches aux galaxies les plus lointaines.

En pointant le télescope vers une source céleste, puis en décalant lentement la

parabole, il est possible de balayer une large région spatiale et, en combinant les différents signaux perçus, de recomposer l’image de la source.

Un des autres avantages du télescope de 30 mètres est la possibilité d’observer simultanément à plusieurs longueurs d’onde. Les scientifiques peuvent élaborer ainsi des cartes détaillées de l’univers millimétrique, découvrir de nouveaux objets cosmiques et sonder les sources interstellaires afin de détecter de nouvelles molécules.

Le télescope au Pico Veleta est l’un des radiotélescopes les plus demandés au monde. Plus de 250 astronomes se rendent chaque année en personne à l’observatoire pour y réaliser leurs projets scientifiques. Le

nombre de propositions de projets soumis annuellement est tel que seul un tiers d’entre eux peuvent être programmés.

Le télescope observe 24 heures sur 24 et 365 jours par an. C’est pour cette raison que le bâtiment principal contient non seulement une salle de contrôle pour le télescope, mais également un salon, une cuisine et des chambres pour les scientifiques et les employés de l’institut.

Enfin l’emplacement du télescope dans la Sierra Nevada présente pour les astronomes un grand intérêt, puisqu’il donne accès à une partie de l’hémisphère sud, et en particulier au centre de notre galaxie.

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L’interféromètre du Plateau de Bure

Six antennes à l’écoute du cosmos

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L’autre observatoire de l’IRAM, l’interféromètre du Plateau de Bure, est lui aussi un instrument de pointe.

Construit à 2550 mètres d’altitude sur un plateau étendu et situé dans les Hautes-Alpes françaises, l’interféromètre est composé de 6 antennes de 15 mètres de diamètre, chacune d’elles étant équipée de récepteurs de haute sensibilité. Deux longs rails, placés sur des axes nord-sud et est-ouest permettent de changer la disposition des antennes sur une distance maximale de 760 mètres.

Pendant les observations, les 6 antennes opèrent en réseau, une technique appelée interférométrie. Les antennes sont pointées vers une source céleste afin de combiner les différents signaux reçus. La résolution obtenue est celle d’un télescope dont le diamètre correspond à l’écart maximum entre les différentes antennes. Dans le cas de l’interféromètre de l’IRAM, cela équivaut, pour les plus grandes lignes de base, à un télescope de 760 mètres de diamètre.

La résolution spatiale de l’interféromètre de l’IRAM est si détaillée qu’il serait en mesure de distinguer deux pièces d’un centime à une distance de 5000 mètres.

Etant donné la complexité de l’interférométrie, les observations au Plateau de Bure sont menées par les opérateurs de l’IRAM.

Pour acquérir une image complète d’un objet spatial, l’interférométrie utilise le

mouvement de rotation de la Terre qui fait tourner lentement les antennes, permettant ainsi de balayer cet objet dans le ciel pas à pas. Après quelques heures d’observation, les astronomes sont en mesure de restituer l’image d’une source cosmique avec une haute résolution angulaire et d’analyser en détail sa morphologie.

Les deux instruments de l’IRAM se complètent ainsi réciproquement, permettant aux astronomes d’observer des objets célestes étendus ainsi que leur structure détaillée.

Les deux observatoires de l’IRAM peuvent aussi être coordonnés avec d’autres radiotélescopes, formant ainsi un interféromètre géant avec des lignes de base intercontinentales (Very Large Baseline Interferometry). Ce mode d’observation est particulièrement adapté à l’exploration des phénomènes cosmiques ultra-lumineux, comme l’environnement immédiat de trous noirs (quasars) ou les enveloppes de matière éjectées par des étoiles en fin de vie. La résolution spatiale est telle, que l’on pourrait détecter une balle de golf sur... la Lune ! Cette technologie est également utilisée pour mesurer le mouvement des plaques tectoniques et pour superviser les satellites.

Pour la construction de l’interféromètre, des milliers de tonnes de matériaux ainsi que des machines ont été montés jusqu’au Plateau de Bure. En particulier, le système de rails a été aménagé de manière à ce que les positions

horizontales et verticales des antennes soient connues au millimètre près.

Depuis sa construction, terminée en 1990, l’interféromètre du Plateau de Bure est en évolution permanente. Composé de trois antennes au début, le nombre d’antennes a doublé en dix ans et les lignes de base

pratiquement triplé durant les différentes phases d’extension. Récemment, des nouveaux récepteurs ont encore augmenté l’efficacité de l’interféromètre. Grâce à ces développements, l’IRAM a marqué une ère nouvelle dans la recherche en radioastronomie.

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A

B

C

D

E

F

H

G

Les panneaux du réflecteur B captent le signal de l’espace A, qui, concentré au foyer du miroir secondaire C, est redirigé à l’intérieur de l’antenne D où se trouve le récepteur E.

Du fait de l’éloignement des sources d’émissions, les signaux reçus sur Terre sont très faibles.

Afin d’amplifier le signal, le récepteur doit le transposer à une fréquence plus basse.

Au sein du mélangeur F, dans le récepteur, le signal est donc superposé à un signal de fréquence voisine, produit localement G.

Grâce à la jonction supraconductrice H, composante essentielle du mélangeur, on obtient la fréquence résultant de la différence des deux fréquences d’entrée. Ce signal de fréquence plus basse peut ensuite être amplifié.

E

F

Décoder les signaux de l’espace

H

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Transférés au bâtiment principal de l’observatoire I, les signaux sont recueillis par le corrélateur numérique J qui les libère du bruit de fond.

Au télescope de 30 mètres, le traitement des signaux est fait par un auto-corrélateur.

A l’aide de logiciels spécialisés, les scientifiques transforment les signaux reçus en données K, élaborant des images de la source spatiale dans le domaine millimétrique, comme celle de la galaxie spirale M51 L.

≳10 cm

~1 mm

~10 µm

~500 nm

~10nm

≲1 nm

I

J

J

K

Ondes radio

Millimétrique

Infrarouge

Lumière visible

Ultraviolet

Rayons X

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L

12CO 2–1 in M51HERA / IRAM 30m RT

NE – RegionSpiral arm near 75” / 80”Interarm near 100” / 90”

Interarm near 50” / 70”0.2

0.15

0.1

0.05

0

300 350 400

Velocity (km/h)

450 500 550

K

Les signaux captés par les antennes en provenance des sources cosmiques sont extrêmement faibles. Si on avait pu collecter l’énergie d’une galaxie avec un des télescopes de l’IRAM sur une durée égale à l’âge de l’univers (soit 13,7 milliards d’années), on aurait recueilli assez d’énergie pour allumer une ampoule ordinaire pendant 10 secondes.

Il faut donc amplifier les signaux avant de pouvoir les analyser : c’est le rôle du récepteur. Mais, en l’état actuel de la technologie, amplifier ces signaux de très courte longueur d’onde est difficile ou impossible. On commence donc par abaisser la fréquence du signal dans le mélangeur (un composant de quelques centimètres), qui produit un signal de fréquence intermédiaire, qui ensuite peut être amplifié.

Plus précisemment, le signal focalisé par l’antenne (et d’autres éléments optiques du récepteur) est recueilli par le cornet, qui le concentre dans un conduit étroit (de l’ordre du millimètre) appelé guide d’onde, par où il pénètre dans le mélangeur. Le mélangeur génère la différence entre la fréquence du signal astronomique et celle, voisine, de l’oscillateur local.

Dans un premier temps, le signal et l’oscillateur local sont additionnés dans le coupleur. Puis ce signal combiné est appliqué aux bornes de la jonction supraconductrice, qui détecte le battement entre ces deux fréquences, c’est-à-dire la fréquence différence, appelée fréquence intermédiaire. Cette fréquence, nettement plus basse, peut être amplifiée.

Le mélangeur comporte également des circuits destinés à séparer les signaux d’entrée de la fréquence intermédiaire, ainsi qu’à optimiser le rendement de la jonction superconductrice.

Les mélangeurs utilisés sur les télescopes de l’IRAM sont entièrement conçus et réalisés par les équipes de scientifiques, d’ingénieurs et de techniciens de l’institut.

Avec une taille de moins d’un micromètre (un millième de millimètre), la jonction supraconductrice est au cœur du récepteur. Ajoutant le minimum de bruit de fond possible, elle assure la transmission du signal astronomique au sein du mélangeur.

La jonction est composée de deux couches de niobium, un métal, qui, au voisinage du zéro absolu, devient supraconducteur, sans résistance et donc sans bruit de fond. C’est pourquoi des cryostats spécialement fabriqués et refroidis à l’hélium maintiennent les systèmes de récepteurs constamment à -269C°. Les deux couches supraconductrices sont séparées par un isolant, composé d’oxyde d’aluminium, ne mesurant qu’un nanomètre (un millième de millième de millimètre) d’épaisseur.

La technologie des hautes fréquences en radioastronomie

Les blocs mélangeurs, lieu de la transformation du signal céleste, sont des structures mécaniques ultra-précises et fabriqués à l’atelier mécanique de l’IRAM avec un centre d’usinage 5 axes.

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Le signal astronomique déclenche un transport de charges électriques entre les deux contacts métalliques de la jonction. Ce processus, nommé effet tunnel assisté par photons, est proprement dit le véritable processus de réception dans un système millimétrique : le captage et l’enregistrement des photons du signal entrant.

Pour la fabrication et le développement des jonctions supraconductrices, l’IRAM entretient son propre laboratoire de micro- et nanotechnologie, employant des procédés de dépôts de couches minces modernes en salle blanche ainsi que des techniques de photolithographie afin de structurer les jonctions.

L’institut est en mesure de fabriquer des systèmes de récepteurs pour la radio-astronomie millimétrique qui, influencés uniquement par des bruits quantiques inévitables, garantissent une transmission des signaux pratiquement parfaite.

Leader dans le domaine de la technologie des très hautes fréquences, l’IRAM développe également les systèmes de récepteurs pour le projet ALMA dans l’hémisphère sud.

Les jonctions supraconductrices ne mesurent qu’un micromètre carré. Fabriquées dans une salle blanche et intégrées dans des puces, elles sont fixées dans le bloc mélangeur en employant de la colle spéciale UV (ultraviolette).

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L’univers digital de l’IRAM

Délai géométriq

ue

Délai des câbles

Corrélateur

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Placé dans le bâtiment principal de l’observatoire, le corrélateur joue un rôle crucial en recueillant les signaux provenant des antennes, en particulier en interférométrie.

En faisant des milliers de milliards d’opérations mathématiques par seconde, le corrélateur est capable de reconnaître un signal infime enfoui sous le bruit de fond généré par les effets quantiques et l’environnement. Le bruit est par nature aléatoire, contrairement au signal céleste qui normalement ne varie pas. En effectuant des moyennes durant des heures, le bruit finit par se réduire et, par contraste, le signal apparaît.

Parallèlement, le corrélateur compense les retards des signaux, causés par la rotation terrestre. Tous les circuits électroniques

nécessaires pour ces opérations – dont de nombreuses puces de silicium spécifiques – sont conçus et fabriqués spécialement à cet usage.

Analysant et classant simultanément des milliers de fréquences entrantes, le corrélateur permet aux astronomes l’identification des molécules. De plus, il fournit des renseignements sur la position des différentes sources dans l’univers d’après le décalage temporel des signaux en provenance des antennes. C’est pourquoi les longueurs des câbles entre antennes et bâtiment principal sont mesurées continuellement au centième de millimètre près par un dispositif électronique spécial.

Afin de garantir une transmission optimale des signaux et des données, le Plateau de Bure est parcouru par un réseau souterrain de fibres optiques monomodes ainsi que de câbles.

Contrairement au Plateau de Bure, il n’y a pas de corrélateur à l’observatoire du Pico Veleta, mais plusieurs spectromètres utilisant les principes d’autocorrélation, de filtrage analogique et de transformation de Fourier.

Au total, les bandes passantes servant à transmettre dans le domaine millimétrique sont plusieurs centaines de fois plus grandes que les meilleures connections accessibles avec Internet.

Les données à la sortie du correlateur sont ensuite traitées à l’aide des logiciels informatiques, développés par un groupe d’experts à l’IRAM. L’institut est devenu l’un des leaders mondiaux pour la conception et le développement de logiciels dans le domaine de la radioastronomie millimétrique.

Des programmes de contrôle – comme celui pour le pilotage des antennes – ont été écrits par des ingénieurs et des astronomes de l’institut ainsi que de nombreux autres logiciels relatifs à la gestion de projets d’observation scientifiques, au traitement des données et à l’archivage des résultats obtenus à ce jour. Ils sont adaptés en permanence aux besoins des projets de recherche. Les experts de l’IRAM ont également conçu des logiciels spécifiques pour l’élaboration d’emplois du

temps optimisés gérant les observations astronomiques.

Les logiciels pour le traitement des données sont mises à disposition librement par l’IRAM et utilisés par plusieurs autres observatoires dans le monde.

Grâce aux recherches et aux développements de l’IRAM dans ces différents domaines, les deux télescopes de l’institut bénéficient d’une technologie de pointe qui est également d’une grande valeur pour d’autres domaines, comme l’imagerie médicale, la technologie des communications rapides et l’étude de l’atmosphère.

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Au cours des 30 dernières années, les instruments de l’IRAM ont permis d’obtenir de nombreux résultats spectaculaires.

Les télescopes ont fourni des images sensationnelles et uniques d’étoiles naissantes et en fin de vie, de trous noirs aux confins de l’univers – formés environ 870 millions d’années après le Big Bang – et de disques autour de jeunes étoiles, lieu des processus chimiques complexes et véritables berceaux de formation planétaire. De plus, la majorité des détections récentes de gaz moléculaire à distance cosmologique a été effectuée avec les deux télescopes de l’institut.

Les scientifiques de l’IRAM et ceux de ses organisations partenaires ont publié non seulement des études pionnières sur la composition des galaxies et les processus de formation stellaire mais ils ont également découvert un grand nombre de molécules interstellaires connues à ce jour – une contribution essentielle à l’astrochimie et un pas crucial vers l’exobiologie.

Depuis sa fondation, l’IRAM a ainsi marqué de manière renouvellée la recherche en radioastronomie millimétrique.

13 milliards d’années dans le passé L’astrochimie (du grec : astron, « astre » et probablement chymeia « mélange de liquides ») est une branche active de l’astronomie moderne dont le but est de comprendre comment les molécules se forment, comment elles interagissent entre elles et avec la matière environnante et comment elles se détruisent. Cette recherche apporte également des éléments critiques pour comprendre comment la vie a pu émerger dans l’univers.

Des comètes comme celle de Hale-Bopp sont soupçonnées d’avoir influencé d’une façon importante l’évolution planétaire dans notre système solaire.

Les télescopes de l’IRAM ont aidé à détecter dans cette comète de très nombreuses molécules.

Etant donné la diversité et la complexité des molécules présentes dans les noyaux cométaires, il n’est pas exclu que les impacts cométaires aient apporté des molécules organiques sur la Terre.

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Le cycle des étoiles

Flots bipolaires de la proto-étoile HH 211

La formation d’une étoile est un processus fascinant. Lorsqu’un nuage interstellaire de gaz et de poussière s’effondre progressivement sous sa propre gravité, il se crée en son centre une proto-étoile où la matière continue à être comprimée pour former petit à petit une étoile. Dans ce processus, la proto-étoile tourne de plus en plus rapidement et rejette une partie de sa matière dans le milieu environnant. Appelés flots bipolaires, ces éjections de matière atteignent des vitesses d’environ 100 km/s – phénomènes qui ont été observés pour la première fois grâce aux télescopes millimétriques.

Un exemple spectaculaire d’un tel objet est observé autour de HH 211, une proto-étoile ayant un quart de la masse du soleil. Les observations obtenues avec l’interféromètre du Plateau de Bure ont permis pour

la première fois d’étudier ce phénomène de façon détaillée et complète. Enfouie au sein d’un nuage dense, la proto-étoile HH 211 est inobservable dans le visible, mais se dévoile par l’émission de la poussière dans les longueurs d’onde millimétriques (le point rouge au centre de l’image). Les deux jets de matière moléculaire sont éjectés de la proto-étoile, se propulsant dans le milieu interstellaire et impactant en leurs extrémités la matière ambiante.

Grâce à la résolution augmentée de l’interféromètre, les astronomes de l’IRAM ont obtenu récemment une image encore plus précise, faisant une découverte révélatrice :

les flots bipolaires ne s’éloignent pas avec une trajectoire linéaire – comme cela avait été supposé – mais interagissent avec le milieu interstellaire proche de la proto-étoile et semblent se diviser en plusieurs branches.

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L’étoile TT Cygni

Les étoiles de masse faible à moyenne (comme notre soleil) terminent leur vie en éjectant leurs couches externes, avant de devenir des naines blanches. Obtenue au Plateau de Bure, cette image exceptionnelle montre l’étoile TT Cygni à ce stade de son évolution : elle révèle dans l’émission du monoxyde de carbone une grande enveloppe circulaire, éjectée il y a près de 2000 ans, qui s’éloigne paisiblement de l’étoile à 20 km/s, ainsi qu’une couche plus récente, encore proche de l’étoile. Une fois éjectées, ces coquilles se refroidissent et forment des molécules et des poussières. Ces étoiles en fin de vie sont en fait de véritables « usines » de fabrication de poussière cosmique et les objets favoris des astronomes pour partir à la chasse des nouvelles molécules interstellaires.

Le disque circumbinaire GG Tauri

L’exploration détaillée du système binaire GG Tauri par les scientifiques de l’IRAM a également fait sensation dans la communauté des chercheurs. Comme on le soupçonne pour près de la moitié de la population stellaire, GG Tauri est composé de deux étoiles qui tournent l’une autour de l’autre – dans ce cas spécifique, deux étoiles très jeunes, légèrement moins massives que notre soleil. Ce qui était une véritable surprise pour les scientifiques, c’est l’anneau visible sur l’image, indiquant le seul disque circumbinaire connu à ce jour. Composé de matière cosmique qui n’a pas été utilisée pour la formation des étoiles, l’intérieur du disque a probablement été « absorbé » par les interactions de marée de deux étoiles, « aspirant » de la poussière cosmique sur leur trajet.

Dans des disques très similaires, détectables par les instruments de l’IRAM, des planètes se forment, permettant aux astronomes l’analyse des origines et de la composition chimique qui mène à la formation des systèmes solaires comme le nôtre.

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Galaxies proches et lointaines

M51 : la galaxie des Chiens de Chasse

Avec Andromède (M31), la galaxie M51 dans la constellation des Chiens de Chasse fait partie des galaxies les plus proches de la Terre, à seulement 27 millions d’années lumières.

Les astronomes de l’IRAM ont obtenu pour la première fois en utilisant le télescope de 30 mètres, une carte complète de l’émission du monoxyde de carbone de M51. Cette carte a permis d’apporter des nouveaux éléments sur cette galaxie : la répartition du gaz moléculaire, sa densité et sa dynamique ont pu être tracées avec grande précision, permettant ainsi aux chercheurs d’obtenir l’une des rares visions complètes d’une galaxie proche avec ses étoiles et ses bras spiraux composés de gaz atomique et moléculaire.

La galaxie SMM J16359

A une distance de plus de 5 milliards d’années lumière de la Terre et cachée derrière un amas de galaxies, la galaxie SMM J16359 devrait être invisible de notre planète. Pourtant, grâce à l’un des phénomènes astronomiques les plus extraordinaires, appelé lentille gravitationnelle, elle devient observable. La gravitation de l’amas (visible en haut à droite) dévie le rayonnement de SMM J16359 à un tel point, que cette dernière est non seulement démultipliée en trois images mais également amplifiée d’un facteur de plus de 40.

Grâce à l’interféromètre du Plateau de Bure qui a permis d’observer l’abondante molécule de monoxyde de carbone, les astronomes ont pu déduire les caractéristiques physiques et chimiques de SMM J16359 : à partir des informations, concernant sa masse et la dynamique du gaz moléculaire, les astronomes ont conclu que cet objet lointain est probablement constitué de deux galaxies en collision.

Image optiqueImage millimétrique

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Lieu Pico Veleta, Sierra Nevada, Espagne Plateau de Bure, Hautes-Alpes, France

Altitude 2850 mètres 2550 mètres

Longitude / Latitude 03:23:33.7 W / 37:03:58.3 N 05:54:28.5 E / 44:38:02.0 N

Nombre d‘antennes 1 6

Diamètre des antennes 30 mètres 15 mètres

Poids d‘une antenne 800 tonnes 125 tonnes

Monture des antennes Alt-azimutal, acier sur piédestal Alt-azimutal, acier chariot autonome

Panneaux du réflecteur 420 panneaux d‘aluminium sur support nid d‘abeilles 176 panneaux d‘aluminium sur support nid d‘abeilles

Diamètre du miroir secondaire 2 mètres 1,5 mètre

Précision de surface 55 micromètres 50 micromètres

Précision de pointage lors d‘observations < 1/3600° (moins d’une seconde d‘arc) < 1/3600° (moins d’une seconde d‘arc)

Fréquences / longueurs d’onde 80 à 370 GHz / 3 à 0.8 millimètres 80 à 370 GHz / 3 à 0.8 millimètres

Télescope de 30 mètres Interféromètre de 6 x 15-mètres

Les données techniques des télescopes de l‘IRAM

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Crédits photos1 : X-ray : NASA/CXC/CfA/D.Evans et al. ; Optical/UV : NASA/STScI ; Radio : NSF/VLA/CfA/D.Evans et al., STFC/JBO/MERLIN ; 2 : IRAM ; 3 : Rebus ; 4 : IRAM ; 5, 6, 7 : Rebus ; 8 : IRAM ; 9, 10 : Rebus ; 11: Optical : 1998, 1999, 2000 Celestial Images ; millimetric : IRAM 12 : Rebus ;13 : IRAM ; 14 : T.A.Rector (NOAO/AURA/NSF) and Hubble Heritage Team (STScI/AURA/NASA) ; 15 : Représentations 3D Sven Thorwirth (MPIfR) / © Rebus ; 16 : Alexandre Beelen ; 17 : Rebus ; 18 : Rebus ; 19 : Bruno Pissard ; 20, 21 22, 23, 24, 25 : IRAM ; 26 : NRAO/AUI/NSF ; 27 : IRAM ; 28 : NASA/JPL-Caltech/ Univ. of AZ/R. Kennicutt ; 29 : T.A.Rector and Monica Ramirez/NOAO/AURA/NSF ; 30 : NASA/JPL-Caltech ; 31 : NASA/CXC/UMd./A.Wilson et al. ; 32 : IRAM ; 33 : © Rebus ; 34, 35 : IRAM ; 36, 37, 38 : Rebus ; 39 : Wolfgang Brandner (JPL/IPAC), Eva K. Grebel (Univ. Washington), You-Hua Chu (Univ. Illinois Urbana-Champaign), and NASA ; 40 : Nicolas Biver ; 41, 42, 43, 44 : IRAM ; 45 : NASA, ESA, Richard Ellis and Jean-Paul Kneib ; 46 : IRAM.

Dévoiler l’univers invisible

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Institut de RadioastronomieMillimétrique

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Myriad Roman Tracking -20 Solid leading(The iram 'a' is re-drawn)

C100 M44 Y0 K0Pantone 300 C

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Institut de Radioastronomie Millimétrique300 rue de la PiscineSaint-Martin d’HèresF-38406 FranceTel: +33 [0]4 76 82 49 00Fax: +33 [0]4 76 51 59 38info@iram.fr www.iram.fr

Observatoire du Plateau de BureSaint-Etienne-en-DévoluyF-05250 FranceTel: +33 [0]4 92 52 53 60 Fax: +33 [0]4 92 52 53 61

Instituto de Radioastronomía MilimétricaAvenida Divina Pastora 7, Local 20E-18012 Granada, EspañaTel: +34 958 80 54 54Fax: +34 958 22 23 63info@iram.es www.iram.es

Observatorio Radioastronómico de Pico VeletaSierra NevadawGranada, EspañaTel: +34 958 48 20 02Fax: +34 958 48 11 49