Des ingénieurs américains recalibrent des radiotélescopes pour mettre en évidence l’énergie noire

Micaela Morrissette

Des recherches menées par l’Université de Virginie occidentale mettent en lumière le monde mystérieux de l’énergie noire.

Les scientifiques savent que l’énergie noire représente environ 70 % de l’univers et qu’elle est responsable de l’accélération de son expansion. Au-delà de cela, peu de choses sont certaines à son sujet. C’est pourquoi Kevin Bandura, ingénieur à la WVU, améliore l’étalonnage des radiotélescopes qui peuvent fournir aux astronomes des informations sur l’énergie noire en mesurant l’« hydrogène neutre » dans l’univers, une forme simple d’hydrogène sans charge électrique nette.

Expert en conception d’instruments de radioastronomie, M. Bandura est professeur associé au département Lane d’informatique et de génie électrique du Benjamin M. Statler College of Engineering and Mineral Resources de la WVU et membre du Center for Gravitational Waves and Cosmology du département de physique et d’astronomie du Eberly College of Arts and Sciences de la WVU.

Ses recherches portent sur l’expérience canadienne de cartographie de l’intensité de l’hydrogène, un radiotélescope sur mesure connu sous le nom de « CHIME », et sur l’observatoire canadien de l’hydrogène et le détecteur de transitoires radio, un radiotélescope actuellement en construction connu sous le nom de « CHORD ».

« Nous développons une nouvelle technique pour mesurer la réponse des télescopes au ciel et réduire les incertitudes, afin de mieux mesurer l’énergie noire », indique M. Bandura. « Nous essayons également d’obtenir de meilleures données du télescope et de réanalyser les données dont nous disposons afin d’essayer d’obtenir pour la première fois une mesure de l’énergie noire. »

Il utilise des technologies avancées de traitement du signal et de détection pour améliorer la capacité des radiotélescopes à détecter les ondes radio produites par les atomes d’hydrogène neutre, appelées « signaux de 21 centimètres ».

Les informations détectées par les radiotélescopes sur les signaux de 21 centimètres permettent aux astronomes de comprendre les modèles et les formations des structures à grande échelle dans l’univers, telles que les longs filaments ou les amas denses de galaxies, ou encore les vides dépourvus de galaxies. Ensemble, ces structures gigantesques forment une toile d’araignée cosmique à travers l’univers. L’hydrogène neutre s’accumule comme des gouttes de rosée le long de ses fils, et lorsque les astronomes mesurent la distribution de l’hydrogène neutre dans l’univers au cours des millénaires, ils observent les changements de forme de cette toile et recueillent des preuves sur la manière dont l’énergie noire entraîne l’expansion de l’univers.

En réduisant la contamination de premier plan provenant de sources d’ondes radio proches telles que la Voie lactée, M. Bandura a déclaré que son équipe pouvait aider CHIME et d’autres radiotélescopes à détecter des structures à grande échelle au sein de la toile cosmique en utilisant uniquement le signal de 21 centimètres.

Pour ce faire, M. Bandura déploiera une puce qu’il a mise au point sur des radiotélescopes et des drones, produisant un rapport signal/bruit suffisamment puissant pour permettre l’étalonnage précis dont les astronomes ont besoin pour détecter et analyser les ondes radio émises par l’hydrogène neutre.

Auparavant, en collaboration avec des chercheurs de l’université de Yale et des astronomes canadiens, M. Bandura avait mis au point une source d’étalonnage radio utilisant une nouvelle puce rapide pouvant être embarquée sur un drone avec un rapport signal/bruit suffisant pour un étalonnage précis. Il va maintenant mettre à jour cette source d’étalonnage radio pour obtenir une bande passante plus large et une stabilité améliorée, « en développant la capacité d’utiliser plusieurs de ces sources simultanément et de les installer sur des drones pour étalonner de nouveaux réseaux de télescopes », a-t-il ajouté.

Son équipe créera également des outils pour étudier les signaux de 21 centimètres, notamment des modèles plus précis de la façon dont les radiotélescopes reçoivent les signaux, des techniques améliorées de traitement du signal pour éliminer le bruit et de nouvelles méthodes robustes pour filtrer le bruit.

L’objectif, selon M. Bandura, est que CHIME détecte de manière indépendante les motifs dans la structure à grande échelle de l’univers, y compris les « signaux d’oscillation acoustique baryonique », qui mettent en lumière le motif des espaces vides entre les galaxies et détiennent des indices sur les secrets de l’énergie noire.

Les étudiants de premier cycle participant à la recherche dirigeront le développement d’un laboratoire de sensibilisation aux récepteurs radio qui comprendra un instrument similaire aux récepteurs utilisés par CHIME et CHORD, mais suffisamment robuste pour être utilisé lors d’une tournée éducative dans les salles de classe des lycées et des collèges communautaires de Virginie-Occidentale. L’équipe développera également des récepteurs radio à vocation éducative qui seront utilisés dans les programmes STEM de premier cycle à la WVU et à Yale.

Source : WVU