HERSCHEL. Nébuleuse de l Aigle, prise dans le domaine. Herschel. Début 2009, en même temps que Planck Surveyor, par Ariane 5 depuis Kourou en Guyane

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1 12:25 Page 122 HERSCHEL Naissance d étoiles et de galaxies NFRAROUGE : LE MOT EST BIEN CONNU. Des télécommandes d appareils ménagers aux jumelles Ide visée nocturne utilisées par les militaires, la lumière infrarouge a de nombreuses applications pratiques. Elle fut découverte par William Herschel à la fin du XVIII e siècle. On savait décomposer la lumière par des prismes, et Herschel voulut déterminer quelle était la couleur qui contenait le plus d énergie. Pour cela, il projeta la lumière solaire sur un prisme et plaça un thermomètre à alcool successivement devant chacune des couleurs de l arc-en-ciel, depuis le violet, jusqu au rouge. Il constata que la température du thermomètre augmentait continuellement lorsqu on le déplaçait du violet au rouge. Déplaçant son thermomètre au-delà du rouge, là où on ne voyait plus de lumière, il constata que le thermomètre continuait à grimper. Herschel démontra que cette radiation inconnue avait exactement les mêmes propriétés que la lumière visible. L infrarouge était né, se situant entre 0,7 et microns. Faute de détecteurs sensibles, il faut attendre les années pour que l on exploite les propriétés remarquables de l infrarouge. Les ondes électromagnétiques sont absorbées dans des milieux dont les constituants ont des tailles supérieures à leur longueur d onde. Les nuages atmosphériques sont composés de grains de glace submicroniques qui absorbent la lumière visible, mais sont transparents aux infrarouges. Cette propriété fut la première à être exploitée, surtout par les militaires. Le processus d émission le plus Herschel Mission Lancement Masse Dimensions Orbite Durée de mission ESA Début 2009, en même temps que Planck Surveyor, par Ariane 5 depuis Kourou en Guyane 3250 kg 7 x 4,3 m Point de Lagrange L2 à 1,5 million de km de la Terre Nominale 3 ans p Nébuleuse de l Aigle, prise dans le domaine infrarouge par le satellite Spitzer de la NASA. La nébuleuse de l Aigle est située à années-lumière de nous dans la constellation du Serpent. La couleur verte provient des régions remplies de poussière où l on voit trois colonnes appelées les «piliers de la création» qui ont été photographiées dans le visible par le télescope spatial Hubble en 1995 (encart). La couleur rouge représente la poussière la plus chaude, poussière ayant été chauffée par l explosion d étoiles massives il y a à ans. Les piliers de la création ont été «sculptés» par le vent et les radiations produites par une vingtaine d étoiles massives lors de leurs formations. Ce processus a très probablement enclenché la formation d une nouvelle génération d étoiles

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3 12:26 Page 124 usuel est l émission thermique d un corps. Plus un objet est chaud, plus il émet une lumière à courte longueur d onde. Le corps humain, à 37 C, émet vers 10 microns. Une caméra thermographique sensible à 10 microns permet de voir directement l émission d un corps humain. On peut donc le voir même la nuit. Là encore, cet aspect n a pas échappé à l intérêt des militaires. Et ces deux propriétés expliquent également l intérêt de l infrarouge en astronomie. On savait depuis longtemps que le milieu entre les étoiles n était pas vide, mais rempli d un mélange de gaz et de poussières. Cela s est vu d abord par l absorption de la lumière visible, puis par les émissions dans les domaines visibles et radio. Dans les années 1970, grâce à la radioastronomie millimétrique, on découvrit des grands nuages remplis de molécules. On savait alors que les étoiles s y forment, mais étant enfouies dans ces nuages opaques, et étant froides, elles ne peuvent être observées que dans l infrarouge. Observer le ciel en infrarouge nécessite deux conditions : disposer de détecteurs sensibles et donc refroidis à très basse température, et disposer d un observatoire embarqué sur un satellite pour s affranchir de l opacité de l atmosphère terrestre aux infrarouges. Ce défi technologique a été relevé avec le satellite IRAS (InfraRed Astronomical Satellite) lancé en 1983 (États-Unis, Royaume-Uni et Pays-Bas). Les premiers résultats d IRAS dépassent les attentes des astronomes. On découvre l ampleur des nuages interstellaires, on voit les étoiles se former et, plus inattendu, on découvre une nouvelle classe de galaxies qui émettent plus d énergie dans l infrarouge que dans le visible. Presque 100 % de la lumière des étoiles de ces galaxies est absorbée par les poussières interstellaires et réémise dans l infrarouge par le rayonnement thermique des poussières. Les satellites ISO (Infrared Space Observatory), lancé en 1995 par l ESA, et Spitzer en 2003 par la NASA, ont permis une étude fine et détaillée des objets découverts par IRAS, principalement dans les domaines de l infrarouge moyen, entre 3 et 100 microns. Au tout début de leur formation, les protoétoiles sont encore très froides, une centaine de degrés Kelvin (K) seulement, et le pic de leur émission se situe vers 150 microns. Dans les premières étapes de leur évolution, les galaxies passent par des épisodes intenses de formation d étoiles, qui ne s observent que dans l infrarouge avec un pic d émission entre 60 et 100 microns. Mais le décalage vers le rouge dû à l expansion de l Univers fait que, pour les galaxies lointaines, ce pic est repoussé au-delà de 200 microns. Herschel, un observatoire spatial qui sera lancé par l ESA au début 2009, est optimisé pour l infrarouge lointain et devrait permettre des avancées significatives dans ces deux domaines scientifiques. Avec un télescope de 3,5 mètres de diamètre, Herschel sera le plus grand observatoire spatial jamais lancé. Il embarque trois instruments : deux instruments d imagerie et de spectroscopie à moyenne résolution, PACS (Photodetector Array Camera and Spectrometer) entre 60 et 200 microns, et SPIRE (Spectral and Photometric Imaging REceiver) entre 200 et 600 microns ; ainsi qu un spectrographe à très haute résolution HIFI (Heterodyne Instrument for the Far Infrared). Les programmes scientifiques de PACS et SPIRE concernent principalement la formation des étoiles, la physique des galaxies et l étude des galaxies les plus lointaines. HIFI est surtout destiné à des études physico-chimiques du milieu interstellaire, et plus particulièrement à l étude de la vapeur d eau, qui se trouve en abondance dans la plupart des objets de l Univers. Les industriels et les laboratoires français ont eu une contribution très importante pour ce projet. Thales Alenia Space est le maître d œuvre du satellite. Astrium a fabriqué le télescope, en utilisant du carbure de silicium (SiC) pour la première fois sur un télescope de cette taille. 124

4 i 12:26 Page 125 La structure support du miroir primaire de «5 mètres de diamètre» de Herschel. 125

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