infrarouge, astronomie - astronomie.

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infrarouge, astronomie - astronomie.
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PRÉSENTATION

infrarouge, astronomie, branche de l'astronomie qui a pour objet la détection et l'étude des rayonnements infrarouges émis par les corps célestes.

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CARACTÉRISTIQUES DU RAYONNEMENT INFRAROUGE

Le rayonnement infrarouge correspond à la partie du spectre électromagnétique située entre la lumière visible et les ondes radio, c'est-à-dire au domaine des longueurs
d'onde comprises entre 0,8 µm et 100 µm (le micromètre ou micron, de symbole µm, équivaut à un millionième de mètre, soit 1 µm = 10-6 m). On distingue les domaines
du proche infrarouge (1 à 10 µm), de l'infrarouge moyen (10 à 20 µm) et de l'infrarouge lointain (au-delà de 20 µm).

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PRINCIPAUX DOMAINES D'ÉTUDE DE L'ASTRONOMIE INFRAROUGE

Le rayonnement infrarouge provient d'objets célestes relativement froids, de températures absolues typiques comprises entre 30 et 3 000° K (degrés Kelvin). Ainsi, les
domaines d'étude privilégiés de l'astronomie infrarouge sont : les atmosphères planétaires (voir planétologie), les objets de très faibles masses comme les naines brunes et
les exoplanètes , les nuages de poussières interstellaires et plus particulièrement les sites de formation d'étoiles, ainsi que la formation des galaxies.

4 TECHNIQUES D'OBSERVATION ET INSTRUMENTATION
4.1 Observatoires terrestres
À la température ambiante de 0° C (température absolue de 273° K), l'environnement (atmosphère terrestre, télescope et instruments) émet un rayonnement infrarouge
parasite très important dont il convient de s'affranchir au mieux pour la détection des signaux cosmiques. En premier lieu, les récepteurs sont placés dans des enceintes
hermétiques (appelées cryostats) refroidies à l'hélium liquide à quelques degrés au-dessus du zéro absolu (- 273,15° C). À ces températures, le rayonnement infrarouge
intrinsèque du détecteur devient négligeable. Excepté dans l'espace, il n'est en général pas envisageable de refroidir le télescope lui-même à des températures aussi basses.
Au sol, des techniques de refroidissement partiel sont utilisées. Les télescopes UKIRT (United Kingdom InfraRed Telescope) et IRTF (InfraRed Telescope Facility),
respectivement anglais et américain, installés sur le site d'observation du Mauna Kea à Hawaii, sont les premiers télescopes à avoir été optimisés pour l'observation en
infrarouge dès le début des années 1980.
En outre, la vapeur d'eau présente dans l'atmosphère terrestre absorbe une partie du rayonnement infrarouge en provenance des objets célestes dans des domaines de
longueurs d'onde bien précis, appelés fenêtres atmosphériques). L'observation au sol n'est donc possible que dans quelques fenêtres de longueurs d'onde. Afin d'optimiser
la transparence du ciel en infrarouge, les sites d'observation au sol sont sélectionnés en altitude et dans des endroits secs. Au-delà de 20 µm (infrarouge lointain), seules les
observations depuis l'espace s'avèrent possibles.
L'essor de l'astronomie infrarouge apparaît intimement lié au progrès technologique. L'avènement dans les années 1970 des détecteurs infrarouges basés sur la technologie
des semi-conducteurs marque le début de l'astronomie infrarouge moderne. La taille et surtout la résolution des récepteurs sensibles dans l'infrarouge proche (1 à 2 µm)
évoluent alors très rapidement : de 32 × 32 pixels dans les années 1980 à 2 000 × 2 000 pixels en 2002. Ces détecteurs grand format permettent la cartographie au sol de
grandes régions du ciel et fournissent des données essentielles sur les théories d'évolution des galaxies, ainsi que sur les populations d'étoiles de très faibles masses.

4.2

Observatoires spatiaux

Parallèlement à l'essor de l'observation infrarouge terrestre, le début des années 1980 marque l'entrée de l'astronomie infrarouge dans l'ère du spatial. Pendant longtemps,
l'atmosphère terrestre a constitué un frein à l'exploration du ciel dans le domaine de l'infrarouge, notamment lointain. La situation change en 1983, avec la mission spatiale
IRAS (InfraRed Astronomical Satellite) développée par les États-Unis, le Royaume-Uni et les Pays-Bas. Ce télescope spatial de 60 cm de diamètre, refroidi à l'hélium liquide
à environ - 271° C afin d'éliminer tout rayonnement parasite, effectue un relevé de 96 p. 100 du ciel dans quatre bandes spectrales centrées autour de 12, 25, 60 et
100 µm. Les observations d'IRAS augmentent le nombre de sources infrarouges connues de 70 p. 100, avec quelque 350 000 sources détectées, et fournissent des données
très précieuses, encore utilisées de nos jours, pour la cosmologie, la formation des galaxies, le milieu interstellaire et l'évolution stellaire.
Douze ans plus tard, en novembre 1995, est lancé le premier observatoire infrarouge spatial (IRAS n'observait pas en mode pointé) : le satellite européen ISO (Infrared
Space Observatory) de l'Agence spatiale européenne (ESA). Le télescope de 60 cm de diamètre, refroidi à l'hélium liquide comme son prédécesseur, est équipé de quatre
instruments : une caméra, un photomètre et deux spectromètres. Les performances de cette instrumentation permettent d'obtenir un gain en sensibilité d'un facteur 1 000
et en résolution spatiale jusqu'à 100, par rapport à IRAS : les astrophysiciens parlent de « révolution ISO «. Bien que l'exceptionnelle moisson de données recueillies par
ISO, jusqu'à sa fin de vie en avril 1998, soit encore en cours d'analyse, les premiers résultats obtenus à partir des données ISO témoignent du succès technologique et
scientifique de la mission.
La relève d'IRAS et d'ISO est d'ores et déjà assurée : le satellite SIRTF (Space InfraRed Telescope Facility) de la NASA, lancé le 25 août 2003, embarque un télescope de
85 cm et des instruments (une caméra, un spectrographe et un photomètre) dix fois plus sensibles que ceux d'ISO. Son espérance de vie (de 2 à 5 ans) est limitée par la
quantité de liquide cryogénique (hélium liquide) embarquée pour refroidir l'ensemble de l'instrumentation. À plus long terme, à l'horizon 2007, est prévu le lancement de
Herschel, satellite de l'ESA comportant un miroir de 3,5 m de diamètre et couvrant les domaines de l'infrarouge lointain et du submillimétrique encore largement inexplorés.
Ces deux satellites devraient révolutionner nos conceptions actuelles sur la formation des étoiles et des galaxies.
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