Comment les étoiles se forment-elles au plus profond des nuages ​​de gaz moléculaire ? Quelle est l'histoire de la formation des étoiles à travers le temps cosmique ? Quand se sont formées les premières étoiles ? Et comment ont-ils produit les matériaux nécessaires à la vie sur Terre ?

Un groupe d'astronomes de l'Arizona State University cherche des réponses à ces questions dans le cadre d'une expérience internationale qui a reçu plus de 6 millions de dollars de financement de la National Science Foundation pour aider à construire une caméra particulièrement sensible, appelé TolTEC, pour sonder ces mystères.

"La moitié de la lumière des étoiles dans l'univers est absorbée par des nuages ​​de poussière interstellaire puis re-rayonnée à de longues longueurs d'onde invisibles à l'œil humain, " dit Philippe Mauskopf, de l'École d'exploration de la Terre et de l'espace (SESE) de l'Université d'État de l'Arizona. "Les observations astronomiques à ces longueurs d'onde peuvent nous permettre de voir dans les noyaux des pépinières stellaires où de nouvelles étoiles se forment."

Mauskopf, professeur au SESE, est le chef de l'équipe ASU qui concevra et construira l'optique de la nouvelle caméra. L'équipe développera également l'électronique pour produire des images à partir des détecteurs supraconducteurs de l'instrument.

Grand œil

La nouvelle caméra sera attachée à un télescope géant au Mexique. En plus des 15, La Sierra Negra de 1000 pieds dans l'état de Puebla se trouve le grand télescope millimétrique (photo ci-dessus), avec un miroir principal de 50 mètres (164 pieds) de diamètre.

C'est le plus grand télescope au monde conçu pour fonctionner à une longueur d'onde de 1 millimètre, idéal pour faire une étude détaillée de l'univers poussiéreux. La construction de ce télescope, avec des contributions de l'Université du Massachusetts, a été le plus grand projet scientifique de l'histoire du Mexique.

Au cours des trois prochaines années, un consortium international, dirigé par UMass, construira la caméra cryogénique TolTEC de la taille d'une voiturette de golf pour le grand télescope millimétrique. Il parcourra l'univers, l'imagerie du rayonnement de la poussière à des longueurs d'onde millimétriques sur de vastes zones du ciel.

Les astronomes s'attendent à ce que ces images révèlent des millions de galaxies auparavant inconnues qui sont invisibles aux télescopes optiques standard en raison de leur forte teneur en poussière.

Chasse aux galaxies poussiéreuses

"Au cours de la dernière décennie, des caméras et des télescopes plus petits ont découvert des milliers de ces galaxies, ", a déclaré Mauskopf. "Ce nouveau projet permettra un recensement complet des galaxies poussiéreuses dans l'univers et nous permettra de vraiment commencer à comprendre leurs propriétés."

Outre Mauskopf, l'équipe de l'ASU comprend le chercheur postdoctoral Sean Bryan, ingénieur électricien Hamdi Mani, l'ingénieur en mécanique Matt Underhill ainsi que l'étudiant diplômé et boursier de la NASA en sciences de la Terre et de l'espace Sam Gordon et l'étudiant du Barrett Honors College Rhys Kelso.

"Pour obtenir les meilleures images, il faut surchauffer les optiques et les détecteurs supraconducteurs, " a déclaré Mauskopf. " Bien que le développement de ce type de technologie supraconductrice puisse être difficile, les détecteurs et l'électronique de lecture que nous utilisons pour TolTEC sont très similaires à ceux que nous avons déjà développés pour une utilisation sur des télescopes embarqués à des longueurs d'onde plus courtes."

Une fois la caméra TolTEC terminée, il sera monté sur le grand télescope millimétrique et commencera un programme de deux ans de trois grands relevés du ciel couvrant des centaines de degrés carrés. Ces relevés cibleront les régions où se trouvent des nuages ​​de poussière connus dans notre propre galaxie. Ils cibleront également des régions où il y a relativement peu de poussière locale afin que des objets plus éloignés soient visibles pour comparaison avec des images optiques profondes contenant un grand nombre de galaxies.

Un grand pas en avant

Les observations qui nécessitent les télescopes d'aujourd'hui pendant cinq ans seront effectuées en un peu plus d'une semaine avec TolTEC.

« Il est difficile de saisir les capacités accrues du nouvel instrument, " a déclaré Grant Wilson de UMass, chercheur principal pour TolTEC. "La combinaison de la nouvelle caméra et du LMT nécessite une nouvelle vision des types d'enquêtes possibles."

Les détails des relevés TolTEC seront élaborés en consultation avec la communauté astronomique internationale à travers une série d'ateliers dirigés par des membres du conseil consultatif scientifique de TolTEC. Les données des relevés seront rendues publiques le plus rapidement possible pour permettre un retour scientifique maximal.

Les données de TolTEC permettront aux cosmologistes, comme Evan Scannapieco de SESE, pour retracer le mystérieux mécanisme qui bloque la formation d'étoiles dans les galaxies géantes. Il aidera également les astronomes, dont Judd Bowman de SESE, Rogier Windhorst, James Rhoads et Sangeeta Malhotra, qui utilisent d'autres méthodes pour observer directement les galaxies les plus anciennes et les plus éloignées responsables de la réionisation de l'hydrogène gazeux dans l'univers primitif.

« Concevoir et construire cette caméra sera une formidable opportunité pratique pour les étudiants et les chercheurs de SESE, " a déclaré Mauskopf. " Et le résultat final sera un nouvel outil puissant pour étudier l'univers. "