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Actualité | Recherche fondamentale

Astronomie : une caméra infrarouge à hautes performances pour explorer « l’univers froid »

Vue du futur observatoire spatial Herschel

ESA

La caméra qui va équiper l’observatoire spatial Herschel a été livrée mardi 3 juillet à l’ESA*. Le CEA, en partenariat avec le CNES**, a développé dans le cadre de ce programme une nouvelle génération de détecteurs matriciels capables de cartographier le ciel dans le domaine de l’infrarouge lointain. Les tests de performances dans les conditions « spatiales » viennent de s’achever avec succès. L’expertise acquise a également permis aux scientifiques d’adapter ces détecteurs à des observations à partir de grands télescopes au sol ; les premières images astronomiques viennent d’être obtenues sur le télescope APEX*** situé au Chili.

Publié le vendredi 6 juillet 2007

Pour mieux comprendre l’Univers, les astrophysiciens se doivent aujourd’hui d’utiliser tout type de rayonnement émis par les objets célestes. Néanmoins, l’un des domaines de longueurs d’onde les moins accessibles aujourd’hui correspond au domaine dit de « l’infrarouge lointain ». La détection de ce rayonnement est adaptée à l’observation de l’Univers « froid », en particulier de certains nuages au sein desquels se forment les étoiles. Outil privilégié pour comprendre la naissance des étoiles et l’évolution des galaxies, l’infrarouge lointain requiert cependant des détecteurs extrêmement sensibles et refroidis à des températures proches du zéro absolu afin qu’ils ne soient pas « éblouis » par leur propre rayonnement. 

Technologie inédite pour décupler les pixels

Dans le cadre de l’appel d’offre du programme Herschel de l’ESA, le CEA a conçu et développé un système d’imagerie infrarouge basé sur un développement technologique inédit. « Des milliers de bolomètres4  installés sur une matrice absorbent le rayonnement en utilisant le principe de résonance dans des cavités quart-d'onde, qui optimisent l’absorption en sélectionnant une certaine gamme de longueur d’onde, explique Marc Sauvage, responsable scientifique du projet au CEA/Dapnia5; celui-ci est ensuite transformé en signal électrique par multiplexage. Ce procédé permet de décupler le nombre de pixels des meilleures caméras développées jusqu’ici. »
L’imageur du CEA (ci-dessous)  a été intégré en 2006 dans l’instrument ‘PACS’ d’Herschel et a terminé en juin 2007 tous les tests de performances avec succès : résistance en irradiation (très intense en dehors de l’atmosphère), aux vibrations (ressenties lors du décollage de la fusée), en basses températures (proche du zéro absolu). Prêt à répondre aux attentes des scientifiques, cet instrument sera prochainement intégré au satellite Herschel dont le lancement par une fusée Ariane 5 est prévu pour l’été 2008.
« Simultanément, nous préparons les futures observations, poursuit Marc Sauvage. Elles s’articulent autour de trois grands thèmes : relevé des nuages de formation stellaire proches, étude des propriétés du milieu interstellaire dans les galaxies proches, étude de la structuration de l’univers à grande échelle. »



Un instrument « jumeau » au sol

Une caméra basée sur le même principe et adaptée au télescope APEX, un télescope de 12 m de diamètre situé à 5100 m d’altitude au Chili, a également été réalisée par le CEA, dans le cadre du projet ArTéMiS, un projet de l’Agence nationale de la recherche (ANR) qui a également bénéficié du soutien des programmes nationaux de physique stellaire (PNPS) et de physique et chimie du milieu interstellaire (PCMI). « Complémentaire d’Herschel, le couplage de cette caméra de plusieurs milliers de pixels avec ce grand télescope permet d’atteindre les meilleures résolutions angulaires dans l’infrarouge », explique Philippe André, responsable scientifique du projet. Un prototype a été construit puis installé sur APEX en mars 2007. Le premier cliché d’une région de formation d’étoiles a été obtenu le 31 mars (photo ci-dessous).



Ces développements ont mobilisé au sein du CEA les compétences de plusieurs laboratoires, le Léti6 autour des technologies du silicium, le Dapnia pour la conception et l’intégration de la caméra ainsi que le DRFMC7  pour les développements de cryoréfrigérateurs permettant de refroidir les détecteurs à une température de fonctionnement de 300 milli-Kelvins (c’est-à-dire proche du zéro absolu).


Pour en savoir plus


  1. ESA : Agence spatiale européenne
  2. CNES : centre natioanl d'études spatiales
  3. APEX est une collaboration entre le Max Planck Institut fur Radioastronomie (Allemagne), l’Organisation Européenne pour des Recherches Astronomiques dans l’Hémisphère Austral (ESO) et ONSALA Space Observatory (Suède)
  4. Un bolomètre est un détecteur permettant de mesurer la quantité d’énergie reçue d’une source de rayonnement électromagnétique
  5. Dapnia : Laboratoire de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers
  6. Léti : Laboratoire d’électronique et des technologies de l’information
  7. DRFMC : Département de recherche fondamentale sur la matière condensée
Voir aussi :

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