Alma conf IAP de P Cox du 6 juin 2017

Mise à jour le 11 Juin 2017

CONFÉRENCE
«ALMA, À LA RECHERCHE DE NOS ORIGINES COSMIQUES»

Par Pierre COX Directeur de l’Observatoire ALMA

Organisée par l'IAP (exceptionnellement à l’Amphi Farabeuf)

98 bis Bd Arago, Paris 14^ème

Le Mardi 6 Juin 2017 à 19H30

Photos : JPM pour l'ambiance (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)

Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur. Voir les crédits des autres photos

Vidéos des conférences proposées par l’IAP sur Canal U

BREF COMPTE RENDU

Pierre Cox est astronome, mais il aurait pu devenir musicien comme il nous le signale. Il passe par le célèbre IAS (Institut d’Astrophysique Spatiale) d’Orsay, puis il devient Directeur de l’IRAM (Institut de Radioastronomie Millimétrique)

En 2013 il est nommé Directeur du nouvel Observatoire ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), le plus grand site de radiotélescopes du monde.

Ce site comprend 66 antennes géantes (de 7 et 12 m de diamètre) posées sur le plateau de Chajnantor, dans le désert d’Atacama, au nord du Chili, à 5 000 mètres d’altitude.

D’après le texte de l’ESO :

L'ESO exploite le grand réseau d'antennes millimétrique/submillimétrique de l'Atacama (ALMA), avec ses partenaires internationaux, sur le haut plateau de Chajnantor, dans les Andes chilienne. ALMA est un télescope de pointe dédié à l'étude du rayonnement provenant des objets les plus froids de l'Univers. Ce rayonnement appelé millimétrique et submillimétrique, car possédant une longueur d'onde de l'ordre du millimètre, se situe entre le rayonnement infrarouge et les ondes radios. ALMA est composée de 66 antennes de grandes précisions réparties à des distances pouvant aller jusqu'à 16 kilomètres. Cette collaboration dans sa globalité constitue le plus grand projet existant pour l'astronomie au sol

Qu'est-ce que l'astronomie submillimétrique ?

A ces longueurs d'onde, le rayonnement émane de gigantesques nuages froids intersidéraux ayant des températures de quelques dizaines de degrés au-dessus du zéro absolu, mais aussi des toutes premières galaxies. Les astronomes utilisent ce rayonnement pour étudier les conditions chimiques et physiques régnant dans les nuages moléculaires, des régions denses de gaz et de poussières où les étoiles naissent. Ces régions sont obscures et opaques à la lumière visible, mais transparentes dans la partie millimétrique et submillimétrique du spectre électromagnétique.

Illustration Crédit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/W. Garnier (ALMA)

Pourquoi construire ALMA sur les hauteurs andines ?

Le rayonnement millimétrique et submillimétrique ouvre une nouvelle fenêtre sur l'univers froid, encore énigmatique, mais ce rayonnement est absorbé par la vapeur d'eau contenue dans l'atmosphère terrestre. Aussi, les télescopes observant dans ce domaine de longueurs d'onde doivent être construits sur des sites élevés et secs tel que le plateau de Chajnantor à 5 000 mètres d'altitude, un des plus hauts observatoires astronomiques sur Terre.

Le site d'ALMA, situé à quelques 50 km à l'est du village de San Pedro de Atacama au nord du Chili est un des endroits les plus arides sur Terre. Les astronomes y trouvent des conditions inégalées pour les observations, mais cela exige de faire fonctionner un observatoire de pointe dans des conditions extrêmes. En effet, Chajnantor dépasse en altitude de 750 m l'observatoire de Mauna Kea, à Hawaii et de 2400 m le VLT à Cerro Paranal.

ALMA est un observatoire unique de conception révolutionnaire, composé de soixante six antennes de haute précision et opérant dans la gamme de longueurs d'onde de 0,32 à 3,6 mm. Le réseau principal comporte cinquante antennes de 12 mètres de diamètre, utilisées ensemble comme un télescope unique – un interféromètre. Un réseau compact composé de quatre antennes de 12 mètres de diamètre et de douze antennes de 7 mètres de diamètre le complète. Les soixante six antennes d'ALMA peuvent être organisées dans différentes configurations et la distance entre les antennes peut varier de 150 mètres à 16 kilomètres, donnant à ALMA une formidable capacité de zoom. ALMA sera capable de scruter l'Univers aux longueurs d'onde millimétriques et sub-millimétriques avec une sensibilité et un pouvoir de séparation angulaire inégalés. Sa vision sera 10 fois plus précise que celle du Télescope Spatial Hubble et complétera les images réalisées avec l'interféromètre du Very Large Telescope (VLTI).

Donc ALMA est un réseau de 66 antennes basé sur le principe de synthèse d’ouverture (interférométrie) et pouvant être mis ensemble afin d’obtenir une énorme antenne de 16km de diamètre au maximum.

Ces antennes sont donc à 5000m, mais tout le monde vit plus bas à 3000m où est située la salle de contrôle, c’est aussi de là que l’on déplace les antennes. Elles tournent aussi afin de suivre la rotation de la Terre.

La radioastronomie s’intéresse au rayonnement millimétrique ou sub millimétrique, c’est-à-dire principalement aux objets froids :

· Formation des étoiles

· Nuages interstellaires

· Disques protoplanétaires

Mais pourquoi le Chili ?

La vapeur d’eau de l’atmosphère absorbe les rayonnements mm

Donc il faut être situé en altitude pour avoir le moins d’épaisseur d’atmosphère. On remarque le peu de nuages au dessus de cette région très aride, aridité due à l’influence conjuguée du courant froid de Humboldt le long de la côte pacifique du Chili et les hautes montagnes des Andes qui bloquent les perturbations.

C’est un site unique aussi car :

· La base et le site sont séparés de 20km par une route fermée la nuit

· C’est un site isolé

· Le personnel vit et travaille sur le site

· Mais le temps peut être traitre par moment (blizzard..) et volcan très proche.

ALMA c’est le projet de 22 pays et de 3 régions du globe.

Il y a quatre types d’antennes avec 3 fabricants, chacun issu d’une des régions.

La précision de l’usinage de surface (fibre de carbone) est de 12 microns !

Les données recueillies sont transmises aux 3 régions.

QUE FAIT ALMA :

Le système solaire.

Il observe aussi le Soleil comme on le voit dans cet article.

Et i s’intéresse aux astéroïdes, comme ici avec Juno.

On voit ici une animation de Juno due à ALMA

De la poussière d’étoiles aux planètes.

L’émergence de la complexité !

Gaz moléculaire à disque accrétion à étoile à planètes

Les disques proto planétaires vues avant et après ALMA :

Au niveau des étoiles :

Des bras spiraux ont été trouvés au sein de l’anneau de poussières de la jeune étoile AB Aurigae

Cela pourrait signifier la présence de deux planètes l’une située à 80UA et l’autre à 30UA.

Le disque de Fomalhaut.

Alma étudie le disque de poussières autour de la jeune étoile Fomalhaut (440Ma) et proche (25al), probablement le signe d’une présence planétaire. D’ailleurs il semble même que les dernières mesures semblent indiquer qu’il pourrait s’agir de deux planètes comme on le voit sur ce dessin d’artiste.

Ce disque de poussières serait situé à 1 milliard de km (140 UA) de son étoile.

Relevés d’Alma concernant Fomalhaut (à gauche) et Alma et HST à droite. (M Mc Gregor et al.)

On recherche et on trouve des molécules organiques dans des disques proto planétaires : par exemple CH3CN (Cyanure de Méthyl) dans le disque de MWC 80. Les cyanures sont importants car ils contiennent les liens azote-carbone essentiels pour la formation des acides aminés.

Grâce à ALMA, on commence à explorer systématiquement la chimie la chimie des proto étoiles.

Il existe un projet : PROTOSTELLAR INTERFEROMETRIC LINE SURVEY (PILS) auquel Alma participe, qui doit permettre d’étudier les possibilités de vie autour de jeunes étoiles.

Alma et les trous noirs.

Alma s’intéresse aux trous noirs, cet observatoire vient de montrer que des jets radio d’un TNSM (Trou noir super massif), comme ceux situés au centre des galaxies ; peut produire du gaz moléculaire et mener à la production d’étoiles.

On voit ici une image composite (Alma Chandra) du TNSM au centre d’une galaxie de l’amas du Phénix. Le gaz froid (en rouge) donnera naissance à des étoiles.

NGC 1097 est une galaxie spirale située à 45 Mal de nous, Alma a réussi à mesurer la masse de son trou noir central en se basant sur le mouvement du gaz (HCN et HCO+ notamment) et sa distribution.

140 millions de masses solaires, telle est sa masse.

Technique très prometteuse pour le futur.

Alma devrait participer à l’élaboration du télescope virtuel Event Horizon Telescope qui est un ensemble de radio télescopes répartis sur toute la planète.

Il devrait nous permettre de « voir » notre trou noir central ou plutôt la surface de son horizon des évènements.