Ils ont besoin d'un radiotélescope qui ne soit qu'une seule et massive parabole.

De nombreux objets astronomiques émettent des ondes radio. Des galaxies massives aux molécules individuelles, les ondes radio et les observatoires qui les détectent fournissent un aperçu de ces objets d'une manière que d'autres observatoires ne peuvent pas. Mais il y a un problème. Afin de réaliser de la radioastronomie avec un rapport signal/bruit utilisable, les astronomes ont besoin d’énormes antennes ou paraboles. C'est pourquoi ALMA existe. Il s'agit d'une collection de plats travaillant ensemble via interférométrie pour créer un plat beaucoup plus grand.

Mais aussi puissant qu'ALMA soit et même s'il continue d'apporter une énorme contribution à l'astronomie, il a ses limites.

C'est pourquoi certains membres de la communauté astronomique réclament un nouveau radiotélescope doté d'une seule grande parabole. Il s’appelle AtLAST, pour Atacama Large Aperture Submillimeter Telescope, et l’idée fermente depuis quelques années. Aujourd'hui, un nouvel article peaufine l'idée.

L'article s'intitule « Conception du télescope Submm à grande ouverture d'Atacama de 50 mètres » et est actuellement disponible sur le serveur de préimpression arXiv. . L'auteur principal est Tony Mroczkowski, astronome et spécialiste des instruments submillimétriques à l'Observatoire européen austral (ESO), l'une des organisations à l'origine d'ALMA.

"Les longueurs d'onde submillimétriques et millimétriques peuvent révéler une vaste gamme d'objets et de phénomènes qui sont soit trop froids, trop éloignés ou trop chauds et énergétiques pour être mesurés aux longueurs d'onde visibles", indique le document. Ils soulignent que la communauté astronomique a "mis en évidence la nécessité d'un grand observatoire radio à antenne unique sub-mm à haut débit" qui puisse faire progresser la radioastronomie.

"Le télescope submillimétrique à grande ouverture d'Atacama (AtLAST), avec son ouverture de 50 m et son champ de vision maximal de 2o, vise à être une telle installation", expliquent-ils.

Leur article présente le concept de conception complet d'AtLAST.

La grande ouverture de 50 mètres d'AtLAST est sa caractéristique essentielle. Des ouvertures plus petites, même lorsqu'elles sont combinées dans un interféromètre comme ALMA, ne peuvent voir que des caractéristiques plus extrêmes en raison du bruit. C'est pourquoi deux ou plusieurs petits plats ne peuvent pas remplacer un seul grand.

Il existe quelques antennes radio à grande ouverture, comme le télescope japonais Nobeyama de 45 m et le télescope IRAM de 30 m. Mais en raison de leur conception, ils ne peuvent pas observer aussi bien qu'AtLAST. AtLAST pourra voir de plus près le pic de distribution spectrale d'énergie (SED) des galaxies et pourra observer les raies d'émission infrarouge lointain (FIR) dans le milieu interstellaire et dans les galaxies à fort redshift. ALMA peut observer ces SED et FIR, mais pas aussi bien qu'AtLAST.

Les grandes paraboles existantes ont également des champs de vision (FOV) plus petits. Mais la conception d'AtLAST a été motivée par la nécessité d'un champ de vision plus grand de 2 degrés. Cela donnera à AtLAST une vitesse de cartographie beaucoup plus élevée pour les cas scientifiques nécessitant de grands champs de plusieurs centaines de degrés carrés.

L'objectif scientifique primordial d'AtLAST comporte de multiples facettes. Le télescope réalisera l’étude la plus complète, la plus profonde et la plus haute résolution de la Voie Lactée. Cela inclut les nuages ​​de gaz, les disques protoplanétaires, les protoétoiles et la poussière. AtLAST étudiera même certaines parties du groupe local de galaxies. Le radiotélescope sera même capable de détecter des molécules organiques complexes, précurseurs de la vie.

Les gaz et les poussières de l'univers présentent un intérêt particulier pour AtLAST. Une grande partie des gaz et des poussières de l’univers sont froides et denses. Le milieu interstellaire (ISM) est constitué de nuages ​​de gaz et de poussières qui possèdent des signatures spectrales uniques dans la gamme submillimétrique. ALMA nous a donné certains de nos meilleurs aperçus de ces structures avec des images haute résolution de certains des détails les plus fins de l'ISM. Mais les antennes paraboliques ont donné aux astronomes un aperçu d’autres découvertes à faire. C'est l'une des raisons pour lesquelles la communauté astronomique internationale est si enthousiaste à l'égard d'AtLAST.

AtLAST sera également en mesure de recenser les galaxies en formation d'étoiles à des redshifts élevés. Il permettra également de cartographier la réionisation de l'univers et de suivre la poussière, les gaz et la métallicité de l'univers à travers le temps cosmique.

AtLAST approfondira les aspects fondamentaux et plus profonds des galaxies en examinant le milieu circumgalactique (CGM). Le CGM est constitué de gaz froids et de poussières qui existent dans les halos galactiques et façonnent l’évolution des galaxies. Ce matériau est invisible à d'autres longueurs d'onde.

La conception à parabole unique du radiotélescope présente certains avantages par rapport à ALMA qui sont distincts de la taille de sa parabole et de son champ de vision. En tant qu'antenne parabolique unique, AtLAST sera capable de changer de cible rapidement et même de suivre des cibles en mouvement. Il utilisera plusieurs modes de balayage différents, ainsi que des modes de suivi permettant au télescope de suivre les comètes, les astéroïdes et les objets géocroiseurs. Sa conception innovante de chaise à bascule est à l'origine de certaines performances d'AtLAST, une conception qu'il partage avec des télescopes optiques extrêmement grands comme l'ELT.

AtLAST sera conçu pour durer plusieurs décennies. Il disposera de six baies d'instruments et permettra une commutation rapide entre les instruments. En clin d'œil à notre climat changeant, AtLAST sera alimenté par des énergies renouvelables.

Mais ce qui compte vraiment, c'est la science.

"La conception présentée ici devrait répondre à toutes les spécifications définies pour qu'AtLAST atteigne ses grands objectifs scientifiques", indique le document. Les détails de la conception lui permettent de répondre aux exigences strictes nécessaires pour atteindre ses objectifs. "À savoir, ce sont le grand champ de vision, la grande surface

précision, balayage et accélération rapides, ainsi que la nécessité de fournir une installation durable et évolutive qui servira une nouvelle génération d'astronomes et restera pertinente pour les prochaines décennies. "

C'est un projet complexe, comme le sont tous les observatoires astronomiques. Mais à mesure que la technologie progresse, la complexité augmente également. Il y a encore beaucoup de travail à faire et pas mal de temps avant même que la construction puisse commencer.

"Malgré la quantité de travail qui reste à faire, AtLAST est sur la bonne voie pour potentiellement commencer la construction, si elle est entièrement financée, plus tard cette décennie", concluent les auteurs.