Comment les ondes radio nous aident à comprendre l'univers

Les humains perçoivent l'univers en utilisant la lumière visible que nous pouvons voir avec nos yeux. Pourtant, il y a plus dans le cosmos que ce que nous voyons en utilisant la lumière visible qui ruisselle des étoiles, des planètes, des nébuleuses et des galaxies. Ces objets et événements dans l'univers émettent également d'autres formes de rayonnement, y compris les émissions radio. Ces signaux naturels remplissent une partie importante du cosmique de comment et pourquoi les objets de l'univers se comportent comme ils le font.

Les ondes radio sont des ondes électromagnétiques (lumière), mais nous ne pouvons pas les voir. Ils ont des longueurs d'onde comprises entre 1 millimètre (un millième de mètre) et 100 kilomètres (un kilomètre équivaut à mille mètres). En termes de fréquence, cela équivaut à 300 Gigahertz (un Gigahertz équivaut à un milliard de Hertz) et 3 kilohertz. Un Hertz (abrégé en Hz) est une unité de mesure de fréquence couramment utilisée. Un Hertz est égal à un cycle de fréquence. Ainsi, un signal à 1 Hz correspond à un cycle par seconde. La plupart des objets cosmiques émettent des signaux à des centaines à des milliards de cycles par seconde.

Les gens confondent souvent les émissions "radio" avec quelque chose que les gens peuvent entendre. C'est en grande partie parce que nous utilisons des radios pour la communication et le divertissement. Mais, les humains n'entendent pas les fréquences radio des objets cosmiques. Nos oreilles peuvent détecter des fréquences de 20 Hz à 16 000 Hz (16 KHz). La plupart des objets cosmiques émettent à des fréquences mégahertz, ce qui est beaucoup plus élevé que ce que l'oreille entend. C'est pourquoi la radioastronomie (avec les rayons X, les ultraviolets et les infrarouges) est souvent considérée comme révélatrice d'un univers "invisible" que nous ne pouvons ni voir ni entendre.

Les ondes radio sont généralement émises par des objets et des activités énergétiques dans l'univers. le Soleil est la source d'émission radio la plus proche au-delà de la Terre. Jupiter émet également des ondes radio, tout comme les événements qui se produisent à Saturne.

L'une des sources d'émission radio les plus puissantes en dehors du système solaire, et au-delà de la galaxie de la Voie lactée, provient de galaxies actives (AGN). Ces objets dynamiques sont alimentés par trous noirs supermassifs à leurs noyaux. De plus, ces moteurs à trous noirs créeront des jets massifs de matériaux qui brillent brillamment avec les émissions radio. Ceux-ci peuvent souvent éclipser toute la galaxie en radiofréquences.

Pulsars, ou étoiles à neutrons tournantes, sont également de fortes sources d'ondes radio. Ces objets solides et compacts sont créés lorsque des étoiles massives meurent supernovae. Ils sont juste derrière les trous noirs en termes de densité ultime. Avec des champs magnétiques puissants et des taux de rotation rapides, ces objets émettent un large spectre de radiation, et ils sont particulièrement "brillants" à la radio. Comme les trous noirs supermassifs, de puissants jets radio sont créés, émanant des pôles magnétiques ou de l'étoile à neutrons en rotation.

De nombreux pulsars sont appelés "pulsars radio" en raison de leur forte émission radio. En fait, les données du Télescope spatial à rayons gamma Fermi a montré des preuves d'une nouvelle race de pulsars qui semble plus forte dans les rayons gamma au lieu de la radio plus courante. Le processus de leur création reste le même, mais leurs émissions nous en disent plus sur l'énergie impliquée dans chaque type d'objet.

Les restes de supernova eux-mêmes peuvent être des émetteurs d'ondes radio particulièrement puissants. La nébuleuse du crabe est célèbre pour ses signaux radio qui l'astronome alerté Jocelyn Bell à son existence.

La radioastronomie est l'étude d'objets et de processus dans l'espace qui émettent des radiofréquences. Chaque source détectée à ce jour est d'origine naturelle. Les émissions sont captées ici sur Terre par des radiotélescopes. Ce sont de grands instruments, car il est nécessaire que la zone du détecteur soit plus grande que les longueurs d'onde détectables. Étant donné que les ondes radio peuvent être plus grandes qu'un mètre (parfois beaucoup plus grandes), les portées dépassent généralement plusieurs mètres (parfois 30 pieds de diamètre ou plus). Certaines longueurs d'onde peuvent être aussi grandes qu'une montagne, et les astronomes ont donc construit des réseaux étendus de radiotélescopes.

Plus la zone de collecte est grande, par rapport à la taille des ondes, meilleure est la résolution angulaire d'un radiotélescope. (La résolution angulaire est une mesure de la proximité de deux petits objets avant qu'ils ne puissent être distingués.)

Étant donné que les ondes radio peuvent avoir des longueurs d'onde très longues, les radiotélescopes standard doivent être très grands afin d'obtenir toute sorte de précision. Mais comme la construction de radiotélescopes de la taille d'un stade peut être prohibitive (surtout si vous voulez qu’elles aient une quelconque capacité de pilotage), une autre technique est nécessaire pour atteindre le résultats.

Développée au milieu des années 40, la radio-interférométrie vise à atteindre le type de résolution angulaire qui proviendrait de plats incroyablement grands sans frais. Les astronomes y parviennent en utilisant plusieurs détecteurs en parallèle les uns avec les autres. Chacun étudie le même objet en même temps que les autres.

Travaillant ensemble, ces télescopes agissent efficacement comme un télescope géant de la taille de l'ensemble du groupe de détecteurs. Par exemple, le Very Large Baseline Array possède des détecteurs distants de 8 000 miles. Idéalement, un réseau de nombreux radiotélescopes à différentes distances de séparation fonctionnerait ensemble pour optimiser la taille effective de la zone de collecte et améliorer la résolution de l'instrument.

Avec la création de technologies avancées de communication et de synchronisation, il est devenu possible d'utiliser des télescopes qui existent à de grandes distances les uns des autres (de divers points du globe et même en orbite autour de la Terre). Connue sous le nom d'interférométrie à très longue ligne de base (VLBI), cette technique améliore capacités des radiotélescopes individuels et permet aux chercheurs de sonder certains des plus dynamiques objets dans le univers.

La bande d'ondes radio chevauche également la bande hyperfréquence (1 millimètre à 1 mètre). En fait, ce qu'on appelle communément radioastronomie, est vraiment l'astronomie des micro-ondes, bien que certains instruments radio détectent des longueurs d'onde bien au-delà de 1 mètre.

Ceci est une source de confusion car certaines publications listeront la bande micro-ondes et les bandes radio séparément, tandis que d'autres utiliseront simplement le terme "radio" pour inclure à la fois la bande radio classique et le micro-ondes bande.

Édité et mis à jour par Carolyn Collins Petersen.