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L’interférométrie, ou comment construire des télescopes géants

09-04-2019

Site du VLT, au sommet du Mont Paranal, au Chili, avec les 4 télescopes de 8 m. Le VLT peut fonctionner comme un interféromètre (Very large telescope interferometer), équivalent à un télescope virtuel de 130 m de diamètre. Photo: ESO.

L’interférométrie est une technique qui permet de « bâtir » d’immenses télescopes virtuels.

En astronomie, plus on veut voir loin et nettement, plus le diamètre des télescopes doit être gros. Il y a toutefois une limite technique et financière aux outils qu’il est possible de bâtir.

Pour s’affranchir de cette limite, les astronomes utilisent l’interférométrie. Le concept : recombiner la lumière de plusieurs télescopes, éloignés les uns des autres, qui agissent alors de concert, comme un unique télescope géant. « La résolution angulaire est alors donnée par la distance entre les télescopes, et non plus par le diamètre de l’instrument », indique Guy Perrin, astronome à l’Observatoire de Paris.

L’interférométrie a été inventée au 19e siècle. À l’époque, le grand défi était de connaître la dimension réelle des étoiles, qui avaient l’air de simples points. Aujourd’hui, plusieurs interféromètres gigantesques scrutent la voûte céleste, comme ALMA, au Chili, ou encore l’Event Horizon Telescope, qui regroupe huit radiotélescopes situés sur plusieurs continents et qui a permis de visualiser le trou noir supermassif de M87.

Ces interféromètres opèrent dans le domaine des ondes radio ou millimétriques, c’est-à-dire à des grandes longueurs d’ondes.

« Plus la longueur d’ondes est petite, plus on est sensible aux vibrations, à la turbulence atmosphérique. Dans le domaine radio, on collecte les faisceaux au foyer des antennes et on les transporte informatiquement jusqu’à un corrélateur. Par contre, dans le visible, en infrarouge par exemple, il faut transporter les faisceaux depuis les télescopes d’entrée jusqu’au point de recombinaison en direct, ce qui demande une succession de miroirs sur des centaines de mètres », explique Guy Perrin, qui est le responsable français de l’instrument Gravity.

Cet interféromètre, qui regroupe les 4 télescopes du Very Large Telescope du Chili, est un bijou de technologie. Car il opère justement dans l’infrarouge, offrant l’équivalent d’un télescope de 140 m de diamètre.

Le signal est partiel, bien sûr : en interférométrie, chaque télescope recueille des données sur un petit bout de ciel. En les recombinant, on a l’équivalent d’un télescope immense, mais avec beaucoup de trous, précise Guy Perrin. « Pour combler les trous, on tire parti de la rotation de la Terre : les télescopes bougent par rapport à l’objet qu’on est en train d’observer. Avec la rotation, ils vont se retrouver à diverses positions, comme plusieurs paires de sous-pupilles dans la grande pupille », dit-il.

Ces interféromètres, incroyablement puissants, permettent de détecter des objets trop lointains ou trop compacts pour être vus autrement, dont les fameux trous noirs supermassifs, comme Sagittarius A* au coeur de la Voie Lactée ou celui de la galaxie M87.

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