radioastronomie (suite)

Les sources galactiques

Le rayonnement de la Voie lactée, découvert par Jansky, provient de l’émission synchrotron des électrons à grande vitesse dans le champ magnétique galactique. L’hydrogène neutre du disque galactique a aussi une forte émission, mais seulement dans la raie 21 cm. À ce fond continu se superposent des radiosources discrètes : les régions H II, nuages d’hydrogène ionisé comme la nébuleuse d’Orion, sont des sources thermiques intenses où des raies de recombinaison sont détectables. Fort différents sont les restes de supernova : lorsqu’une étoile explose et devient une supernova, elle éjecte une grande partie de sa masse. Cette matière forme une enveloppe sphérique dont le diamètre augmente jusqu’à dilution dans le milieu interstellaire, et ce reste de supernova est le siège d’une émission synchrotron. La radioastronomie a permis de découvrir de nombreux objets de ce type, mais trois seulement correspondent à des supernovae historiquement observées : celle de la nébuleuse du Crabe, notée dans les archives chinoises de 1054, et celles qui furent découvertes d’une part par Tycho Brahe* en 1572 et d’autre part par Kepler* en 1604. Les restes de supernova sont parfois des sources de rayonnement X. C’est peut-être lors des explosions de supernovae que sont éjectées les particules ionisées de hautes énergies qui constituent les rayons cosmiques et les électrons à grande vitesse responsables du rayonnement synchroton.

Les étoiles doivent avoir un rayonnement radio semblable à celui du Soleil, qui est une étoile typique, mais elles sont trop éloignées pour pouvoir être observables. Seules quelques étoiles ayant des sursauts particulièrement forts ont pu être détectées. Certaines étoiles, probablement des étoiles en cours de formation, sont entourées d’une enveloppe de gaz et de poussières qui ne laissent passer que les rayonnements rouge et infrarouge. Il est alors parfois possible d’observer l’émission thermique radio de l’enveloppe. Des émissions dans la raie OH ont aussi été détectées dans la direction de certaines étoiles infrarouges.

Un nouveau type d’astre a été découvert par la radioastronomie, les pulsars, qui sont la manifestation des « étoiles à neutrons » prévues depuis 1930 par les astrophysiciens.

Les radiosources extragalactiques

Très tôt, des radiosources ponctuelles furent découvertes en dehors de la Galaxie. Des premières cartes furent dressées, mais il fallut attendre la construction de radiotélescopes dotés de meilleurs pouvoirs séparateurs pour pouvoir associer des objets visibles à certaines radiosources. Actuellement, plusieurs dizaines de milliers de radiosources sont cataloguées ; les positions d’une partie d’entre elles ont été mesurées avec précision par des interféromètres, ce qui a permis d’en identifier certaines avec des objets visibles sur des clichés poussés du Ciel. Ce travail fastidieux et délicat a abouti, jusqu’à présent, à un millier environ d’identifications proposées. Pour de nombreuses radiosources aux positions bien connues, aucun équivalent optique n’a pu être trouvé ; cela signifie non pas que ces équivalents n’existent pas, mais que ces sources sont trop éloignées pour être visibles ou que leur rayonnement optique est absorbé par des nuages de poussière. Les identifications portant sur un échantillon de 270 sources du catalogue 3 CR (le troisième catalogue de Cambridge révisé, catalogue de radiosources relativement fortes sur ondes métriques) ont donné 54 p. 100 des sources associées à des galaxies et 22 p. 100 à des quasars. On connaît actuellement trois classes de radiosources extragalactiques.
1. Les galaxies normales sont de faibles émetteurs radio ; la Galaxie en est une. L’émission étant due au rayonnement synchrotron du disque galactique, les dimensions de la source radio correspondent à celles de la galaxie optique.
2. Les radiogalaxies sont des radiosources bien plus puissantes que les précédentes et associées à des galaxies elliptiques. La radiosource ne coïncide pas avec la galaxie optique, mais est généralement constituée de deux composantes disposées symétriquement de part et d’autre de l’objet visible.
3. Les quasars ont un aspect stellaire, mais les raies de leur spectre optique présentent un décalage vers le rouge souvent très important. Si, selon la théorie généralement admise, ce décalage est dû à l’expansion de l’Univers, les quasars sont situés à des distances énormes, plusieurs milliards d’années de lumière, et ils sont les objets intrinsèquement les plus brillants de l’Univers.

Il est possible que quasars et radiogalaxies soient des étapes particulièrement actives dans l’évolution des galaxies.

La radioastronomie et la cosmologie

La radioastronomie permet d’observer des astres comme les quasars, qui sont les plus lointains connus ; elle peut « voir » plus loin que l’astronomie classique, et l’on a vu en elle l’outil le plus approprié pour étudier la géométrie de l’Univers. Une méthode d’étude est le comptage des radiosources ; elle consiste à chercher le nombre N de radiosources dans le Ciel dont le flux radio est supérieur à S, et l’on porte en coordonnées logarithmiques le nombre N en fonction de S ; la méthode est aussi appelée test log N-log S. On calcule que, si l’Univers a une géométrie euclidienne et est peuplé uniformément de radiosources semblables, N est proportionnel à S^–1,5 et la courbe log N-log S est une droite de pente – 1,5. Les modèles d’Univers de la relativité générale correspondent à des courbes qui s’infléchissent au-dessous de la droite précédente. Mais les comptages réels de radiosources ont donné des courbes log N-log S inattendues, avec des pentes voisines de – 1,8. Cet écart est dû à l’évolution des radiosources : les objets lointains observés sont plus jeunes que les objets proches et n’ont pas les mêmes propriétés. Il est très difficile de distinguer les influences respectives de la géométrie de l’Univers et de l’évolution des radiosources sur les courbes log N-log S observées ; les comptages de radiosources n’ont pas permis de discerner si l’Univers est ouvert ou fermé. Mais ils réfutent l’hypothèse d’un Univers stationnaire, partout (dans l’espace et dans le temps) semblable à lui-même.