Des astronomes ont directement détecté de l’hydrogène neutre dans l’univers lointain grâce au radiotélescope MeerKAT en Afrique du Sud. Cette avancée, publiée dans The Astrophysical Journal Letters, permet de cartographier la structure à grande échelle du cosmos sur une période de quatre à cinq milliards d’années.
Une détection directe d’hydrogène neutre à des milliards d’années-lumière
Une équipe internationale d’astronomes a utilisé le radiotélescope MeerKAT pour détecter directement de faibles émissions radio provenant d’hydrogène neutre à travers de vastes distances cosmiques. L’étude, menée par des chercheurs de l’University of the Western Cape en Afrique du Sud et de l’University of Manchester au Royaume-Uni, a permis d’isoler un signal lumineux ayant voyagé entre quatre et cinq milliards d’années avant d’atteindre la Terre.
L’hydrogène neutre émet naturellement un signal radio de faible intensité connu sous le nom de raie à 21 centimètres. En raison de l’expansion de l’univers, cette longueur d’onde est étirée, un phénomène physique appelé décalage vers le rouge ou « redshift ». L’analyse de cet étirement permet aux scientifiques de remonter le temps et d’identifier la période exacte de l’histoire cosmique d’où provient le gaz.
Les observations proviennent d’environ 96 heures de données collectées par l’instrument sud-africain. Elles correspondent à des périodes de l’univers situées à des redshifts d’environ 0,32 et 0,44, fournissant un aperçu précieux de la distribution de la matière sur des échelles de plusieurs millions d’années-lumière.
Sourabh Paul, auteur principal de l’étude, a indiqué via News que le signal est extrêmement faible et difficile à isoler des émissions d’avant-plan, des interférences radioélectriques d’origine humaine et des effets instrumentaux.
Le défi technique de la cartographie par intensité d’hydrogène
Traditionnellement, l’observation de l’hydrogène lointain nécessitait de croiser des données radio avec des relevés optiques de galaxies. Cette nouvelle recherche s’affranchit de cette contrainte en s’appuyant uniquement sur les ondes radio captées par l’installation sud-africaine.
La technique, appelée cartographie par intensité d’hydrogène, mesure l’émission combinée d’un grand nombre de galaxies non résolues individuellement. Cette approche globale se compare à l’écoute d’un brouhaha de foule plutôt qu’à la distinction de voix séparées, ce qui permet d’analyser d’immenses volumes d’espace avec une efficacité redoutable.
Isoler un signal aussi ténu comporte des obstacles considérables. Les interférences radio d’origine humaine, le bruit instrumental et les émissions d’avant-plan menacent constamment de noyer les données recherchées.
Le professeur Mario Santos a souligné via Yahoo qu’il est particulièrement remarquable que les données utilisées dans cette étude aient été prises en 2018, alors que MeerKAT venait tout juste de débuter ses opérations scientifiques, et qu’il existe désormais une mine de données MeerKAT qui n’attendent que d’être explorées avec cette méthode.
Exploiter des archives aussi anciennes démontre la robustesse de l’instrumentation dès son entrée en service, ouvrant la perspective d’analyser une masse importante d’informations déjà enregistrées.
Le télescope MeerKAT et la préparation du futur SKAO
Implanté dans la région isolée du Karoo dans la province du Cap-Nord en Afrique du Sud, le réseau MeerKAT comprend 64 antennes radio. L’installation fonctionne sous l’égide du National Research Foundation’s South African Radio Astronomy Observatory et s’affirme comme l’un des observatoires les plus performants au monde pour l’étude de l’hydrogène cosmique.
Les retombées de cette percée scientifique dépassent le cadre de l’instrument actuel. Le réseau sert de précurseur technologique et scientifique majeur pour le projet international du Square Kilometre Array Observatory, actuellement en construction entre l’Australie occidentale et l’Afrique du Sud.
L’équipe scientifique prévoit maintenant d’étendre ses observations sur des portions de ciel plus vastes et sur des durées prolongées. Ces programmes futurs visent à préciser la manière dont les immenses structures filamenteuses de l’univers ont pris forme au cours des derniers milliards d’années.