Par Paul Ogilvie | Mis à jour le 30 août 2022
Les télescopes infrarouges fonctionnent selon les mêmes principes optiques que leurs homologues à lumière visible :un système de lentilles ou de miroirs concentre le rayonnement entrant sur un réseau de détecteurs. Ces réseaux sont généralement construits à partir de tellurure de mercure-cadmium (HgCdTe), un alliage supraconducteur qui offre une sensibilité élevée dans les bandes infrarouges proche et moyen. Étant donné que la chaleur ambiante peut submerger le faible signal cosmique, les détecteurs doivent être refroidis à des températures cryogéniques, souvent avec de l'azote liquide ou de l'hélium, pour les rapprocher du zéro absolu. Par exemple, le télescope spatial Spitzer, lancé en 2003 et qui était alors le plus grand observatoire infrarouge, maintenait ses optiques à –273 °C et fonctionnait sur une orbite héliocentrique descendante de la Terre pour éviter les interférences thermiques terrestres.
La vapeur d’eau présente dans l’atmosphère terrestre absorbe la plupart des photons infrarouges extraterrestres, c’est pourquoi des télescopes au sol efficaces sont positionnés sur des sites élevés et secs. L'observatoire du Mauna Kea à Hawaï se trouve à 4 205 m d'altitude et offre un ciel clair et aride pour le travail infrarouge. Les turbulences atmosphériques sont encore atténuées par les plates-formes aéroportées :le Kuiper Airborne Observatory (KAO) a volé de 1974 à 1995, offrant une brève fenêtre au-dessus de l'atmosphère pour les études infrarouges. Éliminant complètement les effets atmosphériques, les missions spatiales constituent la référence. Le satellite astronomique infrarouge (IRAS), lancé en 1983, a élargi le catalogue connu d'environ 70 % et a jeté les bases des télescopes spatiaux infrarouges ultérieurs.
Les détecteurs infrarouges peuvent révéler des corps célestes trop froids – ou donc trop sombres – pour être enregistrés dans la lumière visible, comme les exoplanètes, les naines brunes et certaines nébuleuses. De plus, comme les longueurs d’onde infrarouges sont plus longues que les photons visibles, ils peuvent pénétrer dans les gaz et les poussières interstellaires qui diffusent ou absorbent des longueurs d’onde plus courtes. Cette capacité permet aux astronomes d'observer des régions très obscures, notamment le renflement central de la Voie lactée, et de cartographier des complexes de formation d'étoiles invisibles aux télescopes optiques.
L’expansion continue de l’univers étend la lumière des objets distants vers des longueurs d’onde plus longues – un processus connu sous le nom de redshift. En conséquence, les photons émis dans le domaine visible il y a des milliards d’années arrivent sur Terre décalés dans l’infrarouge. Les observatoires infrarouges agissent ainsi comme des machines à voyager dans le temps, capturant les rayonnements émis pendant l'enfance de l'univers et offrant une fenêtre directe sur ses premières époques.