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L'astronomie par micro-ondes aide les astronomes à explorer le cosmos

L'astronomie par micro-ondes aide les astronomes à explorer le cosmos

Peu de gens pensent aux micro-ondes cosmiques en mangeant chaque jour leur nourriture pour le déjeuner. Le même type de rayonnement qu'un four à micro-ondes utilise pour zapper un burrito aide les astronomes à explorer l'univers. C’est vrai: les émissions de micro-ondes de l’espace aident à rendre compte de l’enfance du cosmos.

Détruire les signaux hyperfréquences

Un ensemble d'objets fascinants émet des micro-ondes dans l'espace. La source de micro-ondes non terrestre la plus proche est notre soleil. Les longueurs d'onde spécifiques des micro-ondes qu'il émet sont absorbées par notre atmosphère. La vapeur d'eau dans notre atmosphère peut interférer avec la détection du rayonnement micro-ondes de l'espace, l'absorber et l'empêcher d'atteindre la surface de la Terre. Cela a appris aux astronomes qui étudient les rayonnements micro-ondes dans le cosmos de placer leurs détecteurs à haute altitude sur la Terre ou dans l’espace.

D'autre part, les signaux hyperfréquences pouvant pénétrer dans les nuages ​​et la fumée peuvent aider les chercheurs à étudier les conditions de la Terre et à améliorer les communications par satellite. Il s'avère que la science par micro-ondes est bénéfique à bien des égards.

Les signaux hyperfréquences ont de très longues longueurs d'onde. Leur détection nécessite de très grands télescopes, car la taille du détecteur doit être plusieurs fois supérieure à la longueur d'onde du rayonnement. Les observatoires d'astronomie à micro-ondes les plus connus se trouvent dans l'espace et ont révélé des détails sur les objets et les événements jusqu'au début de l'univers.

Emetteurs de micro-ondes cosmiques

Le centre de notre propre galaxie, la Voie lactée, est une source à micro-ondes, même si elle n’est pas aussi étendue que dans d’autres galaxies plus actives. Notre trou noir (appelé Sagittarius A *) est assez silencieux. Il ne semble pas avoir un jet massif et ne se nourrit qu'occasionnellement d'étoiles et d'autres matériaux trop proches.

Les pulsars (étoiles à neutrons en rotation) sont de très fortes sources de rayonnement micro-ondes. Ces objets compacts et puissants ne sont en second lieu qu’aux trous noirs en termes de densité. Les étoiles à neutrons ont des champs magnétiques puissants et des vitesses de rotation rapides. Ils produisent un large spectre de rayonnement, l'émission des micro-ondes étant particulièrement forte. La plupart des pulsars sont généralement appelés "pulsars radio" en raison de leurs fortes émissions radio, mais ils peuvent également être "ultra-brillants".

De nombreuses sources fascinantes de micro-ondes se trouvent bien en dehors de notre système solaire et de notre galaxie. Par exemple, les galaxies actives (AGN), alimentées par des trous noirs supermassifs au niveau de leurs noyaux, émettent de fortes explosions de micro-ondes. De plus, ces moteurs à trous noirs peuvent créer d’énormes jets de plasma qui brillent également aux longueurs d’onde hyperfréquences. Certaines de ces structures plasmatiques peuvent être plus grandes que la galaxie entière qui contient le trou noir.

L'histoire ultime du micro-ondes cosmique

En 1964, David Todd Wilkinson, Robert H. Dicke et Peter Roll, chercheurs à l'Université de Princeton, décident de construire un détecteur pour chasser les micro-ondes cosmiques. Ils n'étaient pas les seuls. Deux scientifiques des laboratoires Bell, Arno Penzias et Robert Wilson, étaient également en train de construire un "cornet" pour rechercher les micro-ondes. De telles radiations avaient été prédites au début du 20ème siècle, mais personne n’avait rien fait pour les rechercher. Les mesures prises par les scientifiques en 1964 montraient un faible "lavage" des rayons micro-ondes dans tout le ciel. Il s'avère maintenant que la faible lueur micro-ondes est un signal cosmique du début de l'univers. Penzias et Wilson ont ensuite remporté un prix Nobel pour les mesures et les analyses effectuées ayant permis de confirmer le fond diffus cosmologique (CMB).

En fin de compte, les astronomes ont obtenu les fonds nécessaires à la construction de détecteurs à micro-ondes basés dans l'espace, capables de fournir de meilleures données. Par exemple, le satellite COBE (Cosmic Microwave Background Explorer) a entrepris une étude détaillée de ce CMB à partir de 1989. Depuis lors, d’autres observations effectuées avec la sonde d’anisotropie à micro-ondes de Wilkinson (WMAP) ont détecté ce rayonnement.

Le CMB est le reflet du big bang, l'événement qui a mis notre univers en mouvement. Il faisait incroyablement chaud et énergique. À mesure que le cosmos nouveau-né s'étendait, la densité de la chaleur diminuait. En gros, il refroidissait et le peu de chaleur qui y était répartie sur une surface de plus en plus grande. Aujourd'hui, l'univers mesure 93 milliards d'années-lumière et le CMB représente une température d'environ 2,7 Kelvin. Les astronomes considèrent cette température diffuse comme un rayonnement hyperfréquence et utilisent les fluctuations mineures de la "température" du CMB pour en savoir plus sur les origines et l'évolution de l'univers.

Tech Talk sur les micro-ondes dans l'univers

Les micro-ondes émettent à des fréquences comprises entre 0,3 gigahertz (GHz) et 300 GHz. (Un gigahertz équivaut à 1 milliard de hertz. Un "hertz" est utilisé pour décrire le nombre de cycles émis par seconde émises à, un hertz correspondant à un cycle par seconde.) Cette plage de fréquences correspond à des longueurs d’onde comprises entre un millimètre (un millième de mètre) et un mètre. Pour référence, les émissions de télévision et de radio émettent dans une partie inférieure du spectre, entre 50 et 1000 MHz (mégahertz).

Le rayonnement micro-ondes est souvent décrit comme une bande de rayonnement indépendante, mais il est également considéré comme faisant partie de la science de la radioastronomie. Les astronomes font souvent référence au rayonnement de longueurs d'onde dans les bandes radioélectriques infrarouges lointains, hyperfréquences et hyperfréquences (UHF) comme faisant partie du rayonnement "hyperfréquence", bien qu'il s'agisse techniquement de trois bandes d'énergie distinctes.