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Un radiotélescope génère une carte de plus de 25 000 trous noirs

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Un radiotélescope génère une carte de plus de 25 000 trous noirs
Des trous noirs par milliers. © LOFAR/LOL-survey

Ce qu'un œil non averti aurait pris pour un ciel étoilé est en fait une carte de 25 000 trous noirs supermassifs actifs dans des galaxies éloignées. C'est la carte la plus large et la plus précise éditée à ce jour. Une découverte rendue possible grâce à l'utilisation d'un des plus gros radiotélescopes du monde, baptisé LOFAR.

"C'est le résultat de nombreuses années de travail sur des données incroyablement difficiles. Nous avons dû inventer de nouvelles méthodes pour convertir les signaux radio en images du ciel", a déclaré dans un communiqué Francesco de Gasperin, scientifique à l'université de Hambourg, l'un des auteurs de l'étude. Et le futur promet de nouvelles découvertes, puisque cette carte ne représente que 4% de la voûte céleste observable dans l'hémisphère nord.

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Une partie de la carte présentée par le radiotélescope LOFAR. LOFAR/LOL-survey

Cette carte est le résultat d'émissions radios émise par la matière "rejetée" lorsqu'elle se rapproche trop d'un trou noir. Elle a nécessité la mise en œuvre du radiotélescope LOFAR (Low frequency array – réseau basse fréquence), qui est en fait un interféromètre : "un ensemble de grandes antennes radio dont la combinaison des signaux reçus permet de reconstituer des images du ciel radio basse fréquence", explique l'Observatoire de Paris sur son site.

LOFAR est exploité par l'Institut néerlandais de radioastronomie (Astron). Il regroupe un ensemble de plusieurs dizaines de milliers d'antennes radios, réparties dans 52 stations, dont 38 sont situées aux Pays-Bas, les 14 restantes étant implantées dans 8 autres pays européens — dont la France. La phase d'exploitation scientifique de l'ensemble du réseau a débuté en 2012. La station française, qui comporte plus de 1 600 antennes, est intégrée à la station de radioastronomie de Nançay, dans le Cher, l'un des trois sites d'observation de l'Observatoire de Paris.

La station de Nançay. Observatoire de Paris-CNRS-INSU

Dépasser les difficultés techniques

Pour établir cette carte des trous noirs, il a fallu dépasser les difficultés liées à l'ionosphère. Cette dernière définit les couches de la haute atmosphère chargées en particules (ions et électrons), ce qui complique l'observation en déformant la vue. Reinout van Weeren, co-auteur de l'étude qui travaille à l'Observatoire de Leiden (Pays-Bas), compare cet effet à la vision déformée sous l'eau : "C'est un peu comme quand on essaie de voir le monde en étant immergé dans une piscine. Lorsque vous levez les yeux, les vagues sur l'eau de la piscine dévient les rayons lumineux et déforment la vue".

Il a donc fallu mettre en œuvre des superordinateurs et utiliser de nouveaux algorithmes de traitement de signal afin de rectifier cet effet de "distorsion". Cette correction a été réalisée toutes les quatre secondes… tout au long des 256 heures d'observation qui ont été nécessaires à l'édition de la carte.

La radioastronomie va prochainement connaître une nouvelle avancée à dimension internationale, avec l'élaboration du "plus grand instrument de radioastronomie jamais réalisé", auquel la France va également participer : le programme de radiotélescope SKA (Square Kilometre Array). Un "projet planétaire" en cours d'élaboration et qui "permettra des avancées importantes, dont l'étude de l'apparition des premières sources lumineuses dans l'univers après le Big Bang (…), les tests des théories de la gravitation et de la relativité générale", détaille le CNRS.

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