L'émission radio naturelle du ciel fut découverte par hasard, au début des années trente, par l'ingénieur américain Karl Guthe Jansky. Le développement prodigieux de la radioastronomie, qui a pour objet l'étude de cette émission, a été d'abord le fait d'ingénieurs ; il s'y est adjoint des physiciens, puis des astronomes « classiques ». La radioastronomie est aujourd'hui un des principaux moyens d'étude de l'Univers, qui a abouti à de nombreuses découvertes. La radioastronomie est l'étude de l'Univers à partir de l'observation de ses émissions radio naturelles. Les ondes radio qui parviennent sur le sol terrestre ont des longueurs d'onde comprises entre 0,7 mm et quelques dizaines de mètres : on parle d'ondes millimétriques, centimétriques, métriques et décamétriques, et donc de radioastronomie millimétrique, centimétrique, etc. L'observation en dehors de ce domaine s'effectue à partir de véhicules spatiaux. Les antennes qui servent à la radioastronomie sont appelées radiotélescopes. Le rayonnement radio des astres peut comporter un rayonnement continu (dont l'intensité varie lentement avec la longueur d'onde) et des émissions à des longueurs d'onde particulières que l'on appelle raies spectrales, par analogie avec la spectroscopie et l'astronomie optique. Les mécanismes du rayonnement radio Émission thermique et émission synchrotron. Le rayonnement radio continu des astres peut avoir deux origines différentes. D'une part, tous les corps émettent des ondes électromagnétiques, en particulier des ondes radio, selon la loi de Planck ; cette émission, dite thermique, n'est détectable en radio que pour certains corps : surface des planètes et de leurs satellites, gaz chauds et ionisés qui forment l'atmosphère du Soleil et de certaines étoiles, les nébuleuses gazeuses et les nébuleuses planétaires. Les poussières interstellaires ont aussi une émission radiothermique détectable en ondes millimétriques. L'étude du rayonnement thermique permet, selon les cas, de mesurer la température du corps émetteur (surface des planètes et des satellites) ou la quantité de gaz ou de poussières qui émettent. D'autre part, les électrons de haute énergie (de quelques centaines de millions à plusieurs milliards d'électronvolts) émettent des ondes radio lorsqu'ils circulent dans un champ magnétique : c'est le rayonnement synchrotron, du nom des accélérateurs d'électrons de laboratoire où cette émission a été observée pour la première fois. Ce mécanisme de rayonnement (non thermique) est le plus répandu dans l'Univers : il est responsable de l'essentiel du rayonnement radio des sursauts d'activité liés aux éruptions solaires, de la magnétosphère de la Terre, de Jupiter et de Saturne, de différents types d'étoiles, des restes d'explosion des supernovae, des pulsars, de notre galaxie et des autres galaxies, des quasars. Son observation met en évidence l'existence à la fois d'un champ magnétique et d'électrons de très haute énergie, ce qui montre qu'une grande variété d'astres sont des accélérateurs naturels de particules chargées. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats accélérateur de particules - Utilisations des accélérateurs astres électron émission étoile - 1.ASTRONOMIE galaxie magnétosphère nébuleuse Planck Max Karl Ernst Ludwig planète poussières cosmiques pulsar quasar rayonnement - Le rayonnement électromagnétique rayonnement - Le rayonnement thermique Soleil - Le Soleil, tel qu'il est observé supernova Raies atomiques et raies moléculaires. Les émissions radio à des fréquences déterminées peuvent être dues soit à des atomes (raies atomiques), soit à des molécules (raies moléculaires). La raie atomique la plus importante, à la longueur d'onde de 21 cm, est émise par l'atome d'hydrogène ; elle montre que l'hydrogène sous la forme d'atomes est le constituant essentiel de la matière interstellaire dans l'Univers, et permet la cartographie de cette matière dans notre galaxie et les galaxies extérieures. La mesure de son décalage en longueur d'onde dû à l'effet Doppler-Fizeau permet la mesure de la vitesse d'éloignement des galaxies et de leur cinématique interne. Certaines raies atomiques sont émises par les nuages de gaz ionisé et se superposent à leur rayonnement continu thermique : dans ce gaz, la recombinaison des ions les plus abondants (hydrogène, hélium, carbone...) avec les électrons libres produit les atomes correspondants dans des états excités ; leur désexcitation conduit à l'émission de raies dites raies de recombinaison. Leur étude renseigne sur l'abondance des éléments émetteurs et sur les conditions physiques dans le gaz. Les raies moléculaires sont produites par la rotation des molécules sur elles-mêmes. Ces raies sont extrêmement nombreuses dans le domaine centimétrique et surtout millimétrique. Elles ont permis de découvrir environ quatre-vingts molécules différentes dans le milieu interstellaire et dans les enveloppes qui entourent les étoiles géantes froides. Les molécules interstellaires sont très répandues et certains nuages de matière interstellaire sont presque entièrement composés de molécules, et non d'atomes comme le reste de la matière interstellaire. Ces nuages moléculaires, difficiles à détecter et à étudier autrement que par la radioastronomie, sont le lieu où se forment les étoiles. Certaines molécules interstellaires, par exemple l'eau (H2O), l'hydroxyle (OH), le monoxyde de silicium (SiO) et l'acide cyanhydrique (HCN), peuvent donner des raies moléculaires très intenses et variables : ce sont des masers naturels. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats décalage spectral Doppler (effet) galaxie hydrogène maser molécules interstellaires plasma - 2.PHYSIQUE raie [1] rayonnement - Le rayonnement électromagnétique rayonnement - Le rayonnement thermique spectre Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats Soleil - Le Soleil, tel qu'il est observé - Introduction Le développement de la radioastronomie L'existence d'émissions radio naturelles a été découverte fortuitement en 1931 par un ingénieur radio américain, Karl Jansky. Il s'agissait de l'émission de la Voie lactée (notre galaxie) en ondes métriques. Pendant la Seconde Guerre mondiale, les utilisateurs des radars ont découvert, également par hasard, l'émission radio du Soleil qui brouillait les radars dirigés vers lui. Après 1945, des physiciens et des ingénieurs radio ont développé la radioastronomie, au début indépendamment des astronomes classiques. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats Voie lactée Les radiosources. La découverte dans le ciel de sources d'ondes radio (les radiosources), qui ne pouvaient être identifiées aux objets classiques les plus brillants - étoiles et galaxies proches -, fut une grande surprise. Deux des radiosources les plus intenses du ciel furent identifiées au début des années cinquante à des restes d'explosion de supernovae, notamment la nébuleuse du Crabe, dont l'explosion date de 1054. C'est dans le cas de la nébuleuse du Crabe que fut démontré pour la première fois le mécanisme d'émission synchrotron, donc l'existence de particules de très haute énergie que l'on ne connaissait auparavant que dans le rayonnement cosmique reçu sur Terre. D'autres radiosources furent identifiées à des galaxies très lointaines. Leur émission radio continue a le plus souvent un aspect complètement différent de leur image visible : elle se compose en général de deux régions extrêmement étendues d'émission synchrotron qui paraissent alimentées en électrons de haute énergie par un objet central. En 1963, on découvrit une autre classe de radiosources, assez semblables par leur aspect radio, mais différentes optiquement : le correspondant visible de ces radiosources est un point, d'où leur nom de quasars (pour quasi stellar astronomical radio sources en anglais, quasi-étoiles en français). Les quasars sont intrinsèquement très lumineux et sont pour cette raison les objets les plus lointains qu'on puisse voir dans l'Univers. On sait aujourd'hui qu'un quasar n'est que le noyau devenu temporairement très lumineux d'une galaxie, et qu'il n'y a pas de différence profonde entre galaxies et quasars. Pendant ce temps, la radioastronomie se développait dans d'autres directions. La plus importante est certainement l'étude de la matière interstellaire dans la Voie lactée et des galaxies proches par la raie à 21 cm de longueur d'onde, découverte en 1951. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats cosmiques (rayons) galaxie quasar supernova Le rayonnement cosmique. En 1965, une découverte parfaitement fortuite fut faite en radioastronomie : celle du rayonnement radio de l'Univers. L'Univers, en effet, est à la source d'une émission radio qui a les caractéristiques du rayonnement d'un corps noir à 2,7 degrés Kelvin, et qui est la même dans toutes les directions. Cette émission est une relique de l'état primitif de l'Univers ; sa découverte est une des découvertes majeures de la cosmologie observationnelle. Elle permit de confirmer l'idée du big-bang initial. Les étoiles ne sont pas des sources radio spectaculaires, à l'exception du Soleil du fait de sa proximité. Cependant, en 1967, on découvrit par hasard l'existence des pulsars, sources d'onde radio qui émettent des impulsions très régulières avec une période pouvant aller de quelques secondes à quelques millièmes de seconde. On eut tôt fait de comprendre qu'il s'agissait d'étoiles à neutrons, extrêmement denses et petites (10 km de rayon). Ces objets ne sont qu'exceptionnellement visibles dans les télescopes optiques ; aussi, presque tout ce que l'on sait d'eux vient de la radioastronomie. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats big-bang corps noir pulsar rayonnement - Le rayonnement thermique - Le rayonnement fossile de l'Univers La chimie interstellaire. La radioastronomie a permis, dans les années soixante, une autre découverte encore plus riche de conséquences : celle des molécules interstellaires et circumstellaires. On pensait jusqu'alors que le gaz très ténu qui baigne les étoiles était surtout formé d'atomes ; on sait aujourd'hui que la moitié du gaz interstellaire de notre galaxie se trouve sous forme de molécules, et que c'est dans les nuages moléculaires que se forment les étoiles. Une nouvelle branche de la chimie, la chimie interstellaire, très différente de la chimie des laboratoires, est en plein essor : on aimerait ainsi comprendre comment se forment les étoiles. Il est très difficile cependant d'assister à la naissance d'une étoile, qui correspond à la contraction d'une masse de gaz dans les profondeurs de ces nuages ; le peu que l'on sait de ce phénomène donne l'impression d'une très grande complexité, tant la structure elle-même des nuages moléculaires est fragmentaire, turbulente et chaotique. Cependant, il n'y a pas de doute que les efforts considérables déployés aujourd'hui pour observer et comprendre ce phénomène finiront par porter leurs fruits : il s'agit là d'un des domaines majeurs de l'astronomie. La radioastronomie est un exemple remarquable d'une sous-discipline née en dehors de l'astronomie traditionnelle, mais qui en est aujourd'hui un des principaux éléments. La tendance actuelle est à l'observation des mêmes objets par différentes techniques : à ce titre, l'observation radioastronomique est complémentaire de l'observation optique, spatiale, etc. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats étoile - 1.ASTRONOMIE molécules interstellaires nucléosynthèse Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats astronomie astrophysique observatoire radiotélescope Les livres radioastronomie - aspect du ciel en ondes radio, à 75 cm de longueur d'onde, page 4222, volume 8 radioastronomie - aspect du ciel visible, page 4222, volume 8 radioastronomie - aspect du ciel en radio dans la raie de l'hydrogène atomique, à 21 cm de longueur d'onde, page 4222, volume 8 radioastronomie - la radiosource Cygnus A, page 4223, volume 8 radioastronomie - reste de la supernova Cassiopeia, page 4223, volume 8 Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats astres astronomie astrophysique observatoire radiotélescope Univers - Les différentes conceptions de l'Univers - Naissance des idées modernes Les livres radioastronomie - un outil de la radioastronomie : l'interféromètre millimétrique, page 4220, volume 8 radioastronomie - le radiotélescope Markl, page 4220, volume 8 radioastronomie - salle de commande du radiotélescope Markl, page 4220, volume 8 radioastronomie - le radiotélescope de Parkes, en Australie, page 4221, volume 8 radioastronomie - l'interféromètre millimétrique, page 4221, volume 8 radioastronomie - le radiotélescope de 100 m d'Effelsberg, près de Bonn (Allemagne), page 4221, volume 8 radioastronomie - un nuage moléculaire obscur près de l'amas d'étoiles NGC 6520, page 4223, volume 8 Les indications bibliographiques Ph. de La Cotardière, Astronomie, Larousse, Paris, 1991. Le Grand Atlas de l'Astronomie, Encyclopaedia Universalis, Paris, 1990 (1985). K. Lippincott, T. Chambers et C. Streeter, l'Astronomie : des étoiles et des hommes, Gallimard, Paris, 1995. Naissance de la radioastronomie, les Cahiers de Science et Vie, no 8, hors série, Paris, 1992.
