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Test réussi pour les nouveaux récepteurs d'ALMA qui permettront de sonder nos origines cosmiques

14 août 2023

Une équipe internationale d'astronomes et d'ingénieurs à l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), dont l'ESO est partenaire, a effectué les premières mesures à l'aide des nouveaux récepteurs installés sur plusieurs antennes de l'ALMA. Ces récepteurs permettent à ALMA d'observer dans la dernière gamme de fréquences - avec des longueurs d'onde comprises entre 2,6 et 4,5 millimètres (67-116 GHz) - pour laquelle il a été conçu. Cette "bande 2" ouvre une nouvelle fenêtre sur nos origines cosmiques, en permettant des mesures qui révèlent la formation des étoiles et des galaxies lointaines, jusqu'à l'origine des planètes et des éléments constitutifs de la vie.

ALMA, situé sur le plateau de Chajnantor au Chili, comprend un total de 66 antennes, chacune équipée d'un arsenal de récepteurs très sensibles. Chaque type de récepteur observe dans une bande particulière, ou gamme de longueurs d'onde dans la région submillimétrique/millimétrique du spectre électromagnétique. Au total, ces bandes couvrent une fenêtre de 0,3 à 8,6 millimètres (950 à 35 GHz ; bandes 10 à 1, respectivement). La bande 2 ouvre une fenêtre entièrement nouvelle de 67 à 84 GHz, tout en élargissant la largeur de bande disponible dans la gamme de fréquences 84-116 GHz, qui est également couverte par la bande 3.

Le premier récepteur de préproduction de la bande 2 a été installé et testé avec succès sur une antenne d'ALMA au début de cette année. Aujourd'hui, un deuxième récepteur de préproduction de la bande 2 a été installé sur une autre antenne ALMA, permettant une véritable interférométrie : la mesure de la configuration des franges qui résulte de la corrélation de plusieurs signaux provenant d'un objet astronomique brillant. Cette étape importante des "premières franges" signifie que les astronomes ont pu combiner les signaux de plusieurs antennes pour la première fois dans la bande 2. Au fur et à mesure que d'autres antennes d'ALMA seront équipées de récepteurs en bande 2, la quantité de détails et le niveau de sensibilité s'amélioreront, ce qui permettra des observations toujours plus précises de notre Univers.

La bande 2 d'ALMA permettra d'effectuer d'importantes mesures du milieu interstellaire froid, le mélange de poussière et de gaz moléculaire qui existe dans l'espace entre les étoiles et alimente la formation d'étoiles. En outre, ALMA sera en mesure d'étudier les propriétés de la poussière et des molécules dans des objets allant des disques de formation de planètes aux galaxies lointaines, à un niveau de détail jamais atteint auparavant.

Plus près de nous, les nouveaux récepteurs permettront d'observer des molécules organiques complexes dans des galaxies proches, ce qui fournira des indices sur la manière dont les conditions nécessaires à l'apparition de la vie sont créées. Parallèlement, la bande 2 aidera les astronomes à mieux comprendre la formation des planètes en sondant la "ligne de neige" du monoxyde de carbone, une région des disques en formation suffisamment éloignée des étoiles centrales pour que le gaz s'y condense.

Le développement de la bande 2 a été dirigé par l'ESO et a impliqué des partenaires de l'Observatoire astronomique national du Japon (NAOJ), de l'Université du Chili, de plusieurs entreprises et instituts européens. La production des premièrs boîtiers des récepteurs a été réalisée par un consortium comprenant la Netherlands Research School for Astronomy (NOVA), le groupe Advanced Receiver Development (GARD) de l'Onsala Space Observatory, Chalmers University, Suède, et l'Institut national italien d'astrophysique (INAF), en collaboration avec le NAOJ.

L'équipe va maintenant travailler à l'optimisation des performances des récepteurs de préproduction, puis à la production complète des récepteurs restants qui seront installés sur les 66 antennes, ouvrant ainsi une nouvelle ère d'observations pour ALMA. De concert avec les améliorations complémentaires d'ALMA prévues à l'horizon 2030, l'installation de la bande 2 permettra d'obtenir une largeur de bande instantanée plus de 3,5 fois supérieure à celle que peuvent atteindre la plupart des récepteurs actuels d'ALMA, ce qui augmentera considérablement sa vitesse d'observation.