radioastronomie

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Présentation

radioastronomie, branche de l'astronomie dans laquelle les objets célestes et les phénomènes astrophysiques sont étudiés en fonction de leur émission dans la zone radio du spectre électromagnétique.

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Histoire

Des tentatives infructueuses de détection de l'émission radio céleste avaient été faites à la fin du XIX^e siècle. Mais, en 1931, l'ingénieur américain Karl Jansky a véritablement créé la radioastronomie : alors qu'il travaillait pour les Laboratoires Bell Telephone sur une expérience destinée à comprendre la cause de perturbations sur les radiocommunications transatlantiques en ondes courtes, Jansky a découvert une émission radioélectrique dans la région proche du centre de la Voie lactée. Un autre ingénieur américain, Grote Reber, a ensuite dressé la carte de ces émissions radioélectriques galactiques, en utilisant une antenne parabolique d'un diamètre de 9,5 m, qu'il avait lui-même construite dans son jardin à Wheaton, dans l'Illinois. En 1943, Reber découvrit également les émissions radioélectriques provenant du Soleil, qui avaient fait l'objet de nombreuses recherches. Cependant, on se rendit compte plus tard que les émissions radio en provenance du Soleil avaient déjà été découvertes quelques années auparavant, lorsque de fortes éruptions solaires avaient brouillé des systèmes radars britanniques, américains et allemands utilisés pour la détection aérienne.

À la suite des progrès importants réalisés pendant la Seconde Guerre mondiale dans le domaine des antennes et récepteurs radio, la radioastronomie connut une grande expansion au cours des années 1950. Les scientifiques adaptèrent les techniques radar utilisées en temps de guerre à la construction d'une série de radiotélescopes en Australie, en Grande-Bretagne, aux Pays-Bas, aux États-Unis, en URSS ; l'intérêt que portaient à ces techniques les astronomes professionnels fut bientôt attisé par une série de découvertes importantes.

Une quantité croissante de radiosources discrètes a ainsi pu être répertoriée, tandis qu'à partir des années 1950 on identifia bon nombre de radiosources dans des galaxies éloignées visibles. En 1963, la recherche menée sur les très petites radiosources conduisit à la découverte de radiosources quasi stellaires, appelées quasars, qui, présentant un décalage vers le rouge sans précédent, semblèrent situées à des distances gigantesques de la Terre. Peu après, en 1965, les radioastronomes américains Arno Penzias et Robert Wilson découvrirent l'existence du rayonnement cosmologique — également connu sous le nom de rayonnement de fond du ciel — à 3 K (soit - 270 °C), dont les implications sur l'origine et l'évolution de l'univers sont importantes (voir cosmologie). Un autre type de radiosource, le pulsar, fut découvert en 1967 : on l'identifia rapidement comme une étoile à neutrons à rotation très rapide.

Pendant de nombreuses années, les radioastronomes étudièrent essentiellement dans les longueurs d'onde élevées (aux alentours de 1 m), pour lesquelles des structures à large antenne et des récepteurs suffisamment sensibles étaient relativement aisés à construire. Le progrès des détecteurs permit ensuite l'étude des faibles longueurs d'onde (jusqu'à 1 mm). Simultanément, le développement de la technologie spatiale (voir exploration de l'espace) a permis l'investigation dans les très grandes longueurs d'onde, en se plaçant au-dessus de la ionosphère, qui forme, vue de la Terre, une couche opaque aux longueurs d'onde supérieures à 15 m.

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Principes de la radioastronomie

En l'état actuel de nos connaissances, on peut affirmer que les émissions cosmiques radioélectriques sont entièrement issues de processus naturels, même si des radiotélescopes sont de temps à autre utilisés pour la recherche — vaine à ce jour — d'éventuelles radiosources en provenance d'une existence extraterrestre (voir exobiologie). Plusieurs mécanismes physiques expliquent la production de l'émission radioélectrique observée.

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Types d'émission

En raison du mouvement des électrons, tous les corps émettent un rayonnement thermique (de la chaleur), caractéristique de leur température. Le spectre émis permet ainsi de calculer la température d'un objet plus ou moins éloigné, comme une planète du Système solaire ou un nuage de gaz ionisé de la Galaxie.

Cependant, les mesures en radioastronomie doivent aussi prendre en compte les émissions non thermiques, beaucoup plus intenses, et provenant de particules chargées telles que les électrons — et les positrons — se déplaçant dans les faibles champs magnétiques galactiques et intergalactiques. Lorsque l'énergie d'une particule est si élevée que sa vitesse est proche de celle de la lumière, l'émission radioélectrique de ces particules — dites ultrarelativistes — est appelée radiation synchrotron (terme emprunté à la physique des particules).

Les radiosources, qu'elles soient de la catégorie synchrotron ou thermiques, rayonnent sur une large gamme de longueurs d'onde. À l'inverse, une troisième classe formée par les atomes énergétiquement excités, les ions et les molécules, émet à des longueurs d'onde bien précises, caractéristiques de l'atome ou de la molécule et de son état d'excitation. Dans le premier cas, on parle d'émissions en continu, dans le second d'émissions discrètes.