Mieux comprendre la formation des étoiles

Par Gaëlle Degrez / Publié le 18 février 2016

Étudier les processus de formation d’étoiles aussi bien dans l’univers proche que dans l’univers lointain : telle est la vocation du nouvel instrument de détection NIKA2, porté par un consortium international impliquant des chercheurs, ingénieurs et techniciens de l'Institut d'Astrophysique Spatiale – IAS (CNRS/UPSud).


Premières images obtenues sur DR21OH, une région de formation stellaire qui se trouve dans le nuage moléculaire Cygnus X. La carte à une taille de 12 arc-min (0.2 degrés) et la résolution angulaire de l’instrument est représentée par le petit disque blanc en bas et à gauche de chaque image. © Consortium NIKA

Le consortium international NIKA, coordonné par l’Institut Néel (CNRS) a l’ambition d’explorer les processus de formation d’étoiles aussi bien dans l’univers proche que dans l’univers lointain en étudiant l’émission des poussières interstellaires et l’évolution des amas de galaxies via leur interaction avec la radiation issue du Big Bang. Une partie importante de la matière de l'univers étant froide, elle n'émet pas de la lumière visible mais majoritairement des infrarouges et des ondes millimétriques, c’est-à-dire à des longueurs d’ondes de l’ordre du millimètre. L’utilisation de télescopes optiques ne permet donc pas d’étudier tous les éléments constitutifs de l’Univers. Des radiotélescopes spécifiques permettent d’observer les ondes millimétriques et notamment d’étudier les objets froids.


Télescope de 30m © IRAM

Des détecteurs supraconducteurs

Basé sur la technologie des KID (Kinetic Inductance Detectors), des détecteurs supraconducteurs maintenus à une température très basse (0.15 Kelvin soit -273 °C), l’instrument NIKA2 a été installé dans le télescope de l’IRAM (CNRS/MPG/IGN) situé sur le mont Pico Veleta, en Espagne. Cette caméra est constituée de nombreux détecteurs formant trois matrices, contenant plusieurs milliers de pixels. Un seul de ces pixels peut distinguer, en une seconde d’utilisation, des puissances de l’ordre de quelques dizaines d’atto-Watts (10-18 W), ce qui permettrait par exemple de mesurer l’émission thermique d'un lapin placé à 1000 kilomètres de distance.

C’est la perturbation des propriétés supraconductrices des détecteurs par les ondes millimétriques qui permet aux chercheurs de déterminer combien de « lumière » a été émise par les objets astrophysiques et donc d’obtenir une image de ces objets. Il permettra de déceler les ondes millimétriques émises par des corps célestes. Plus robuste, moins cher et ayant une meilleure sensibilité que les instruments de détection millimétrique déjà existants, cette caméra est la première (1) disposant de la technologie des KID à être utilisée en astronomie millimétrique.

Pouponnières d’étoiles et autres phénomènes explorés

Avec NIKA2, les chercheurs vont pouvoir explorer un vaste éventail de phénomènes. Quatre projets motivent particulièrement le consortium NIKA. Ils concernent à la fois l’étude de l’évolution des amas de galaxies, la réalisation des « cartes » détaillées des galaxies proches ou encore l’étude de la poussière interstellaire et de sa polarisation, pour comprendre la formation des filaments de poussière et de gaz impliqués dans la naissance des étoiles. Cet instrument permettra également d’observer des « champs vides » (2), pour cartographier la formation d’étoiles obscurcies par la poussière et donc habituellement invisibles aux observations du domaine optique.


Une matrice de KID en préparation pour NIKA2. © Martino Calvo (Institut Néel - CNRS)

La caméra sera ouverte, pour une période d’au minimum dix ans, à la communauté scientifique mondiale qui sera invitée à proposer d’autres sujets. Les premières observations sont en cours à l’observatoire du Pico Veleta. NIKA 2 montre déjà, à ce stade, des performances qui génèrent de grands espoirs.

 

Notes :

1 - Le prototype NIKA1, dix fois plus petit et basé sur la même technologie, a été installé sur le même télescope entre 2013 et 2015 afin de démontrer la faisabilité de la caméra NIKA2.
2 - Petite portion de ciel sans source millimétrique ou submillimétrique identifiée.

Le consortium NIKA (New IRAM KID Arrays) regroupe des chercheurs, ingénieurs et techniciens de l’Institut Néel (CNRS), de l’IRAM, du Laboratoire de physique subatomique et cosmologie (CNRS/Université Grenoble Alpes/Grenoble INP), de l’Institut de planétologie et d'astrophysique de Grenoble (CNRS/Université Grenoble Alpes), de l’Institut d'astrophysique spatiale (CNRS/Université ParisSud), de l’Institut de recherche en astrophysique et planétologie (CNRS/Cnes/Université Toulouse III – Paul Sabatier), de l’Institut d'astrophysique de Paris (CNRS/UPMC), du Laboratoire d'astrophysique de Marseille (CNRS/Aix-Marseille Université), du laboratoire d'Astrophysique instrumentation modélisation(CNRS/Université Paris Diderot/CEA), de l’Observatoire de Paris, de l’Université de Cardiff, de l’ESO et de l’Université de l’Arizona (ASU). NIKA2 a été principalement financé par l’ANR, l’IRAM, le LabEx FOCUS et un contrat ERC de la Communauté Européenne.

L'implication de l'IAS est de plusieurs ordres :

- instrumental : avec une étude de faisabilité d'une sphère intégrante
permettant une calibration absolue en flux de NIKA2. Ces activités
faisaient partie d’un séjour post-doctoral (de Joseph Martino) à l'IAS

- sur l'analyse des données : Alexandre Beelen, astronome à l’IAS fait partie du core-team de NIKA/NIKA2
et travaille sur ce projet depuis quelques années, et en particulier sur
le développement des outils de réductions des données brutes du
prototype NIKA et maintenant de l'instrument NIKA2, notamment lors des
campagnes d'observations au 30m de l'IRAM.

- sur les projets temps garantis du consortium NIKA2 : l'IAS a plusieurs
chercheurs impliqués sur différents programmes temps garantis de NIKA2,
que ce soit en tant que co-Investigator sur les programmes amas de galaxies, ou
co-Principal Investigator sur les champs profonds cosmologiques.
Contact : Alexandre Beelen – Institut d’Astrophysique Spatiale – IAS (CNRS/UPSud)

Dernière modification le 18 février 2016