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Le télescope CHIME à l'écoute de l'Univers

Par Marine Corniou - 06/09/2017



Le tout nouveau radiotélescope CHIME, dans la vallée de l’Okanagan en Colombie-Britanique, est inauguré aujourd'hui le 7 septembre.

Il s’agit d’un télescope composé de quatre réflecteurs cylindriques ressemblant à des rampes de snowboard, d’une surface d’environ 10 000 mètres carrés, mis au point par des chercheurs de l’Université de Colombie-Britanique (UBC), de l’Université McGill et de l’Université de Toronto, ainsi que du Dominion Radio Astrophysical Observatory (DRAO).

Mais au lieu d’observer le ciel, il « l’écoutera ». CHIME balaiera en effet chaque jour la moitié de la voûte céleste, à la recherche d’ondes radio permettant de nous en apprendre plus sur les grandes structures de l’Univers.

Pour comprendre, il faut savoir que les objets célestes n’émettent pas uniquement de la lumière visible. Ils émettent dans tout le spectre électromagnétique, y compris dans l’infrarouge et les ondes radio. On ne « voit » évidemment pas les mêmes objets selon qu’on observe le ciel dans le visible ou les ondes radio (en l’occurrence, entre 400 et 800 MHz).

Une carte de l’hydrogène

Ce que verra CHIME ? L’hydrogène, l’élément chimique le plus abondant dans l’Univers. « L’hydrogène émet des ondes radio à des fréquences très précises. Ces signaux mettent longtemps à nous parvenir : plus ils viennent de loin, plus leur fréquence a diminué. En distinguant les différentes fréquences, on peut savoir comment était réparti l’hydrogène il y a plusieurs milliards d’années. CHIME est une machine à remonter le temps », nous a expliqué par Skype Jean-François Cliche, spécialiste en électronique consultant pour l’Université McGill, qui a conçu des pièces clés du télescope.

Plus précisément, CHIME (pour Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment, ou « Expérience canadienne de cartographie de l'intensité de l'hydrogène ») pourra étudier la façon dont l’hydrogène était réparti dans le cosmos il y a plusieurs milliards d’années (entre 11 et 7 milliards), dans ce qu'on pourrait appeler l’adolescence de l’Univers.

« En cartographiant l’hydrogène il y a 11 milliards d’années, il y a 10 milliards d’années, etc. jusqu’à 7 milliards d’années, on va pouvoir en savoir plus sur les forces qui l’ont poussé et déplacé », ajoute l’expert.

Cette carte de la matière en 3 dimensions va donc permettre d’étudier l’expansion de l’Univers, et l’accélération de cette expansion, que l’on attribue à une force mystérieuse appelée énergie sombre.

Pulsars et sursauts radio

Moins précis que les radiotélescopes géants, comme FAST en Chine ou ALMA au Chili, CHIME a l’avantage d’offrir une vision beaucoup plus large de la voûte céleste. « Il cartographie le ciel visible de l’hémisphère nord chaque jour au complet, explique Jean-François Cliche. Cela le rend donc bien placé pour repérer les pulsars, ces étoiles à neutrons qui émettent des impulsions radio régulières ».

Ce large « champ de vision » devrait aussi permettre à l’équipe de CHIME de capter les fameux sursauts radio rapides. Observés pour la première fois en 2007, ces ondes radioélectriques très puissantes, qui ne durent que quelques millisecondes, intriguent les astrophysiciens, qui ne connaissent pas leur origine. On en observe régulièrement depuis, mais « elles sont si rapides qu’on n’a pas le temps de tourner les télescopes pour les étudier quand elles surviennent. Avec CHIME, on espère pouvoir capter plusieurs sursauts par jour ».

« Pour l’instant, l’origine de ces étranges incidents extragalactiques demeure inconnue. Une vingtaine de sursauts seulement ont été recensés depuis que le premier a été découvert, il y a dix ans. Le télescope CHIME en détectera sans doute beaucoup plus chaque jour. Un véritable trésor de données qui mettra le Canada à l’avant-scène de la recherche dans ce domaine », a ainsi confirmé l'astronome Victoria Kaspi, de l'Université McGill, dans un communiqué.



Un télescope à bas coût

CHIME a l’avantage de n’avoir coûté que 16 millions de dollars (contre 1,4 milliard de dollars pour ALMA par exemple).

Le secret ? « Pour traiter les monceaux de données qui arrivent chaque seconde (13 Tbits/s, soit l’équivalent de plus d'un disque dur par seconde), l’équipe utilise 256 ordinateurs équipés de cartes utilisées pour les jeux vidéo. Ce sont des processeurs puissants mais pas trop chers, utilisés pour les calculs graphiques, que l’on a détournés pour faire fonctionner le « corrélateur », le super-calculateur qui combine toutes les données captées par le télescope », explique M. Cliche, qui a conçu les cartes qui numérisent les signaux.

Le long de chaque demi-cylindre sont réparties 256 petites antennes, qui collectent au total 2048 signaux. Le tout fonctionne comme un interféromètre, c'est-à-dire combine ces signaux pour reconstituer la carte du ciel.

« Le télescope CHIME voit tout à fait autrement que les autres télescopes. Un superordinateur traite les ondes électromagnétiques captées et assemble une image numérique du ciel, une pièce à la fois. Cette puissance de calcul nous permet aussi de faire des choses que l’on croyait irréalisables jusqu’ici : regarder dans de nombreuses directions à la fois, par exemple, ou effectuer plusieurs expériences en même temps et exploiter la puissance de l’instrument de façons entièrement inédites », a précisé Keith Vanderlinde, de l'université de Toronto, dans le communiqué.

FAITS ET CHIFFRES

• Le télescope CHIME est constitué de quatre cylindres en U de 100 mètres de longueur faits d’un treillis métallique, ce qui lui donne l’aspect d’un tronçon de parcours en demi-lune pour planche à neige. L’espace qu’il occupe équivaut à celui de cinq patinoires de la LNH.
• Le télescope CHIME capte les ondes électromagnétiques de 37 à 75 centimètres, similaires à celles employées par les téléphones cellulaires.
• La plupart des signaux captés émanent de la Voie lactée, notre galaxie, mais une infime partie a été émise quand l’Univers n’avait que six à onze milliards d’années.
• Les signaux radio émanant du jeune univers sont extrêmement faibles, aussi faut-il un appareil ultrasensible pour les détecter. En un an, le télescope CHIME captera autant d’énergie qu’un trombone attache-feuilles en acquiert lorsqu’il tombe d’un bureau pour atterrir sur le sol.
• Autant de données traverseront le télescope CHIME qu’il y a d’informations en circulation dans les réseaux mobiles de la planète. Le volume est si colossal qu’on ne peut sauvegarder les données sur un disque. Elles doivent d’abord être traitées puis comprimées 100 000 fois.
• Les ordinateurs du télescope CHIME effectuent sept quadrillions d’opérations par seconde.



Image principale :  Andre Renard, Dunlap Institute of Astronomy & Astrophysics, U of Toronto; CHIME.

Seconde image: CHIME



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