Des astronomes ont détecté directement un signal radio extrêmement faible d’hydrogène neutre âgé de plusieurs milliards d’années grâce au radiotélescope MeerKAT en Afrique du Sud. Cette méthode de cartographie par intensité d’hydrogène ouvre une nouvelle ère pour l’étude de l’univers sans nécessiter de relevés optiques préalables.
Un murmure d’hydrogène ayant traversé l’espace pendant des milliards d’années a été extrait directement d’observations radio, offrant aux astronomes une nouvelle approche pour tracer les structures cosmiques qui entourent les galaxies. En exploitant le radiotélescope MeerKAT, un groupe international de chercheurs a détecté le rayonnement radio collectif d’hydrogène neutre à deux périodes de l’histoire de l’univers, comme le détaille l’actualité scientifique récente.
Les observations du télescope MeerKAT en 2018
L’étude repose sur environ 96 heures de données collectées lors de la période de mise en service de l’instrument en 2018.
L’hydrogène neutre émet naturellement une onde radio à une longueur d’onde précise de 21 centimètres, produite lorsqu’un électron change d’orientation dans son atome. Au cours de son trajet dans un univers en expansion, ce signal subit un étirement qui agit comme un véritable repère temporel. La publication parue dans The Astrophysical Journal Letters souligne que ces mesures permettent d’observer l’hydrogène à des échelles de plusieurs millions d’années-lumière, comparables à l’espace séparant notre galaxie de la galaxie d’Andromède.
L’apport de la cartographie par intensité d’hydrogène
Contrairement aux relevés traditionnels qui tentent d’identifier chaque galaxie de manière individuelle, la cartographie par intensité mesure la lueur radio combinée de millions de galaxies non résolues. Cette technique s’affranchit du besoin de repérer chaque structure séparément, fournissant une vue tridimensionnelle de la répartition de la matière.
L’auteur principal a également rappelé la difficulté de la tâche en soulignant que la cartographie de l’intensité d’hydrogène a longtemps été perçue comme une méthode efficace pour cartographier l’univers, mais que le signal demeure extrêmement faible et délicat à isoler face aux interférences et aux effets instrumentaux. Les propos tenus par les chercheurs mettent en relief les obstacles surmontés par l’équipe.
Sourabh Paul, auteur principal de l’étude, a indiqué que la cartographie de l’intensité d’hydrogène a longtemps été considérée comme une méthode prometteuse pour cartographier efficacement l’univers, mais 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, ajoutant que sa détection directe avec MeerKAT montre que cette technique devient un outil pratique pour la cosmologie.
Auparavant, l’obtention de mesures fiables à ces distances nécessitait de combiner les données de radiotélescopes avec des relevés optiques de galaxies pour valider la provenance du signal. Les travaux menés par l’équipe internationale démontrent qu’il est désormais possible d’identifier directement ce signal uniquement à partir des observations radio de MeerKAT.
Éliminer les interférences et préparer le futur avec le SKAO
L’extraction de cette faible signature a nécessité un travail analytique rigoureux pour écarter les émissions de la Voie lactée, les interférences radio d’origine humaine et les artéfacts instrumentaux. L’équipe a séparé les observations en échantillons temporels indépendants tout en appliquant des stratégies spécifiques pour éliminer les données contaminées par des paires d’antennes problématiques ou des modes de bruit anormalement forts.
Professeur Santos a indiqué qu’il s’agissait d’un processus d’analyse exigeant, nécessitant une compréhension approfondie de toutes les sources de contamination susceptibles d’altérer une mesure aussi ténue. Il a également rappelé que l’exploitation de données issues d’une période où le télescope venait tout juste de débuter ses opérations scientifiques en 2018 laisse entrevoir un vaste réservoir de données inexploitées.
Cette réussite confirme le rôle de MeerKAT en tant que précurseur pour le futur Square Kilometre Array Observatory (SKAO). Les chercheurs estiment que des observations portant sur des portions de ciel plus vastes et menées sur de plus longues périodes permettront d’affiner encore la cartographie de l’hydrogène neutre à travers l’espace et le temps.
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