Le télescope ALMA au Chili a transformé notre vision de l'univers, nous montrant des parties autrement invisibles du cosmos. Ce réseau d'antennes incroyablement précises étudie un ruban de lumière radio à fréquence relativement élevée :des ondes allant de quelques dixièmes de millimètres à plusieurs millimètres de longueur. Récemment, les scientifiques ont poussé ALMA à ses limites, exploiter les capacités de fréquence la plus élevée (longueur d'onde la plus courte) du réseau, qui scrutent une partie du spectre électromagnétique qui chevauche la ligne entre la lumière infrarouge et les ondes radio.

« Des observations radio à haute fréquence comme celles-ci ne sont normalement pas possibles depuis le sol, " a déclaré Brett McGuire, chimiste à l'Observatoire national de radioastronomie de Charlottesville, Virginie, et auteur principal d'un article paru dans le Lettres de revues astrophysiques . "Ils nécessitent l'extrême précision et sensibilité d'ALMA, ainsi que certaines des conditions atmosphériques les plus sèches et les plus stables que l'on puisse trouver sur Terre. »

Dans des conditions atmosphériques idéales, qui s'est produit dans la soirée du 5 avril 2018, les astronomes ont entraîné la fréquence la plus élevée d'ALMA, vision submillimétrique sur une curieuse région de la nébuleuse de la Patte de Chat (également connue sous le nom de NGC 6334I), un complexe stellaire situé à environ 4, 300 années-lumière de la Terre en direction de la constellation australe du Scorpion.

Les précédentes observations ALMA de cette région à des fréquences plus basses ont révélé une formation d'étoiles turbulentes, un environnement très dynamique, et une multitude de molécules à l'intérieur de la nébuleuse.

Pour observer à des fréquences plus élevées, les antennes ALMA sont conçues pour accueillir une série de « bandes » – numérotées de 1 à 10 – qui étudient chacune une tranche particulière du spectre. Les récepteurs de la bande 10 observent à la fréquence la plus élevée (longueurs d'onde les plus courtes) de tous les instruments ALMA, couvrant des longueurs d'onde de 0,3 à 0,4 millimètres (787 à 950 gigahertz), qui est également considérée comme une lumière infrarouge à grande longueur d'onde.

Ces observations ALMA uniques en leur genre avec la bande 10 ont produit deux résultats passionnants.

Jets de vapeur de Protostar

L'un des premiers résultats de la bande 10 d'ALMA a également été l'un des plus difficiles, l'observation directe de jets de vapeur d'eau s'échappant de l'une des protoétoiles massives de la région. ALMA a pu détecter la lumière submillimétrique naturellement émise par l'eau lourde (molécules d'eau constituées d'oxygène, atomes d'hydrogène et de deutérium, qui sont des atomes d'hydrogène avec un proton et un neutron dans leur noyau).

"Normalement, nous ne serions pas en mesure de voir directement ce signal particulier depuis le sol, " dit Crystal Brogan, astronome au NRAO et co-auteur de l'article. "L'atmosphère terrestre, même dans des endroits remarquablement arides, contient encore suffisamment de vapeur d'eau pour submerger complètement ce signal de n'importe quelle source cosmique. Dans des conditions exceptionnellement vierges dans le haut désert d'Atacama, cependant, ALMA peut en effet détecter ce signal. C'est quelque chose qu'aucun autre télescope sur Terre ne peut réaliser."

Alors que les étoiles commencent à se former à partir de nuages ​​massifs de poussière et de gaz, la matière entourant l'étoile tombe sur la masse au centre. Une partie de ce matériel, cependant, est propulsé loin de la protoétoile en croissance sous la forme d'une paire de jets, qui emportent gaz et molécules, y compris l'eau.

L'eau lourde observée par les chercheurs s'écoule d'une seule protoétoile ou d'un petit groupe de protoétoiles. Ces jets sont orientés différemment de ce qui semble être des jets beaucoup plus gros et potentiellement plus matures émanant de la même région. Les astronomes pensent que les jets d'eau lourde observés par ALMA sont des caractéristiques relativement récentes qui commencent tout juste à se déplacer dans la nébuleuse environnante.

Ces observations montrent également que dans les régions où cette eau s'écrase dans le gaz environnant, les masers à eau basse fréquence (versions hyperfréquences naturelles des lasers) s'enflamment. Les masers ont été détectés dans des observations complémentaires par le Very Large Array de la National Science Foundation.

ALMA observe des molécules à gogo

En plus de faire des images saisissantes d'objets dans l'espace, ALMA est également un capteur chimique cosmique extrêmement sensible. Alors que les molécules culbutent et vibrent dans l'espace, ils émettent naturellement de la lumière à des longueurs d'onde spécifiques, qui apparaissent comme des pointes et des creux sur un spectre. Toutes les bandes de réception d'ALMA peuvent détecter ces empreintes spectrales uniques, mais ces lignes aux fréquences les plus élevées offrent un aperçu unique du briquet, produits chimiques importants, comme de l'eau lourde. Ils offrent également la possibilité de voir les signaux de complexes, molécules chaudes, qui ont des raies spectrales plus faibles à des fréquences plus basses.

En utilisant la bande 10, les chercheurs ont pu observer une région du spectre extraordinairement riche en empreintes moléculaires, y compris le glycoaldéhyde, la molécule liée au sucre la plus simple.

Par rapport aux précédentes meilleures observations au monde de la même source avec l'observatoire spatial Herschel de l'Agence spatiale européenne, les observations d'ALMA ont détecté plus de dix fois plus de raies spectrales.

"Nous avons détecté une multitude de molécules organiques complexes entourant cette région de formation d'étoiles massive, " a déclaré McGuire. " Ces résultats ont été reçus avec enthousiasme par la communauté astronomique et montrent une fois de plus comment ALMA va remodeler notre compréhension de l'univers. "

ALMA est en mesure de tirer parti de ces rares fenêtres d'opportunité lorsque les conditions atmosphériques sont « justes » en utilisant une planification dynamique. Cela signifie, les opérateurs de télescopes et les astronomes surveillent attentivement la météo et effectuent les observations planifiées qui correspondent le mieux aux conditions dominantes.

"Il y a certainement pas mal de conditions qui doivent être remplies pour mener une observation réussie en utilisant la bande 10, " a conclu Brogan. " Mais ces nouveaux résultats d'ALMA démontrent à quel point ces observations peuvent être importantes. "

« Pour rester à la pointe de la découverte, les observatoires doivent continuellement innover pour être à la pointe de ce que l'astronomie peut accomplir, " a déclaré Joe Pesce, le directeur de programme de l'Observatoire national de radioastronomie de la NSF. « C'est un élément central de la NRAO de la NSF, et son télescope ALMA, et cette découverte repousse les limites de ce qui est possible grâce à l'astronomie terrestre."

Cette recherche est présentée dans un article intitulé "First results of an ALMA band 10 spectral line survey of NGC 6334I:Detections of glycolaldehyde (HC(O)CH2OH) and a new compact bipolar outflow in HDO and CS, " par B. McGuire et al. dans le Lettres de revues astrophysiques .