Un nouveau réseau puissant de radiotélescopes est déployé pour la première fois cette semaine, alors que l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) au Chili rejoint un réseau mondial d'antennes prêtes à produire certaines des images les plus hautes résolutions jamais obtenues par les astronomes. Le niveau de détail amélioré équivaut à pouvoir compter les mailles d'une balle de baseball à partir de 8, 000 milles de distance.

Les scientifiques du MIT et d'autres institutions utilisent une méthode appelée VLBI (Very Long Baseline Interferometry) pour relier un groupe de radiotélescopes répartis à travers le monde dans ce qui est, en effet, un télescope de la taille de notre planète. Bien que la technique du VLBI ne soit pas nouvelle, les scientifiques viennent tout juste de commencer à l'étendre à des longueurs d'onde millimétriques pour augmenter encore le pouvoir de résolution. Et maintenant, l'ajout d'ALMA aux baies VLBI mondiales offre un bond sans précédent dans les capacités VLBI.

L'inclusion d'ALMA a récemment été rendue possible grâce à l'ALMA Phasing Project (APP), un effort international dirigé par le MIT Haystack Observatory à Westford, Massachusetts, et chercheur principal Sheperd Doeleman, maintenant au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Avant ce projet, les paraboles ALMA ont fonctionné les unes avec les autres pour faire des observations comme un seul tableau ; maintenant, l'APP a réalisé la synchronisation, ou "phasage, " jusqu'à 61 antennes ALMA pour fonctionner comme une seule, antenne radio hautement sensible - le plus grand nombre d'antennes jamais mises en phase ensemble. Pour y parvenir, l'équipe APP a développé un logiciel personnalisé et installé plusieurs nouveaux composants matériels chez ALMA, comprenant un maser à hydrogène (une sorte d'horloge atomique ultraprécise), un ensemble de reformateurs de données très haut débit, et un système à fibre optique pour transporter un flux de données de 8 gigaoctets par seconde vers quatre enregistreurs de données ultrarapides (le Mark6) conçu par Haystack. Le point culminant de ces efforts est une augmentation de l'ordre de grandeur de la sensibilité des réseaux VLBI millimétriques du monde, et une augmentation spectaculaire de leur capacité à créer des images détaillées de sources qui apparaissaient auparavant comme de simples points de lumière.

"De nombreuses personnes ont travaillé très dur au cours des dernières années pour faire de ce rêve une réalité, " dit Geoff Crew, responsable du logiciel pour l'APP. "ALMA VLBI va vraiment transformer notre science."

L'un des objectifs de ces nouvelles innovations technologiques est d'imager un trou noir. Ce mois-ci, deux organisations internationales font des observations qui permettront aux scientifiques de construire pour la première fois une telle image. Et le portrait qu'ils tentent de capturer est proche de chez eux :Sagittaire A* (Sgr A*), le trou noir supermassif au centre de la Voie lactée.

Tant de données seront collectées au cours des deux périodes d'observation qu'il est plus rapide de les envoyer par avion à Haystack que de les transmettre par voie électronique. Des pétaoctets de données seront transportés des télescopes du monde entier vers Haystack pour la corrélation et le traitement avant que des images du trou noir puissent être créées. Corrélation, qui enregistre les données de tous les télescopes participants pour tenir compte des différents temps d'arrivée des ondes radio sur chaque site, se fait à l'aide d'une banque spécialisée d'ordinateurs puissants. Le MIT Haystack est l'une des rares installations scientifiques radio au monde à disposer de la technologie et de l'expertise nécessaires pour corréler cette quantité de données. Une corrélation supplémentaire pour ces sessions est effectuée à l'Institut Max Planck de radioastronomie à Bonn, Allemagne.

Deux séances d'observation ont lieu. La session GMVA (Global mm-VLBI Array) observera une variété de sources à une longueur d'onde de 3 millimètres, y compris Sgr A* et d'autres noyaux galactiques actifs, et la session EHT (Event Horizon Telescope) observera Sgr A* ainsi que le trou noir supermassif au centre d'une galaxie proche, M87, à une longueur d'onde de 1,3 millimètres. L'équipe EHT comprend des chercheurs de l'Observatoire Haystack du MIT et du Laboratoire d'informatique et d'intelligence artificielle du MIT (CSAIL), en collaboration avec le Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics et de nombreuses autres organisations.

"Plusieurs facteurs font de 1,3 mm la longueur d'onde d'observation idéale pour Sgr A*, " selon le scientifique du projet APP Vincent Fish. " À des longueurs d'onde d'observation plus longues, la source serait brouillée par les électrons libres entre nous et le centre galactique, et nous n'aurions pas assez de résolution pour voir l'ombre du trou noir prédite. Aux longueurs d'onde plus courtes, l'atmosphère terrestre absorbe la plus grande partie du signal."

Les observations actuelles sont les premières d'une série d'études révolutionnaires en VLBI et en interférométrie radio qui permettront de nouvelles découvertes scientifiques spectaculaires. Les données du réseau ALMA nouvellement phasé permettront également une meilleure imagerie d'autres sources radio distantes via un échantillonnage de données amélioré, résolution angulaire accrue, et finalement VLBI à raie spectrale - observations d'émissions d'éléments et de molécules spécifiques.

"La mise en phase d'ALMA a ouvert de toutes nouvelles possibilités pour la science à ultra haute résolution qui ira bien au-delà de l'étude des trous noirs, " dit Lynn Matthews, scientifique commanditaire pour l'APP. "Par exemple, we expect to be able to make movies of the gas motions around stars that are still in the process of forming and map the outflows that occur from dying stars, both at a level of detail that has never been possible before."

The black hole images from the data gathered this month will take months to prepare; researchers expect to publish the first results in 2018.

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