SKA

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Vue d’artiste de la partie centrale du Square Kilometre Array. ©SKA

Le Square Kilometre Array (SKA) est le projet d’un futur télescope géant radio qui sera pleinement opérationnel vers 2020. Il sera le plus grand télescope au monde, avec une surface collectrice effective de 1 km2. SKA va opérer aux fréquences radio entre 0.3 GHz et 30 GHz et sera installé dans une region désertique en Afrique du Sud ou bien en Australie. Les thématiques scientifiques privilégiées du SKA concerneront l’évolution des grandes structures cosmologiques et du gaz lors des Ages Sombres de l’Univers, la formation et l’évolution des galaxies, de la matière sombre et de l’énergie sombre, l’origine et l’évolution du magnétisme cosmique, l’évolution des systèmes d’exo-planètes et enfin les champs forts de gravité et les tests de la relativité générale grâce aux observations des objets compatcs tels que les pulsars et les trous noirs.

 Pourquoi un télescope si grand ?

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Vue du Very Large Array Telescope, le plus grand telescope radio actuel, constitué de 27 antennes. Credits : NRAO/AUI

La raison principale de développer un si grand télescope radio repose sur la volonté des chercheurs d’observer le signal radio de sources galactiques ou extragalactiques très faibles, telles que des galaxies distantes. Les radiotélescopes actuels n’ont pas la sensibilité suffisante pour mesurer des signaux si faibles. Pour ce faire, il convient notamment d’accroître la surface collectrice effective totale du radiotélescope, mais aussi de développer des antennes plus sensibles. Ainsi, le SKA sera 50 fois plus sensible que le plus grand des radiotélescopes actuels, le Very Large Array localisé aux États-Unis.

 Le SKA, pour faire quoi ?

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Galaxies distantes et jeunes vues par le télescope spatial Hubble. credits : NASA, STScI

Un des objectifs scientifiques principaux du SKA et qui intéresse particulièrement les chercheurs du GEPI est de contraindre les scenarii de formation et d’évolution des galaxies. En effet, le SKA permettra pour la première fois de suivre l’évolution de leur contenu en gaz hydrogène, qui est l’élément le plus abondant dans l’Univers, en mesurant l’émission de l’hydrogène neutre HI (émise au repos à 21 cm de longueur d’onde soit à 1.42 GHz) en fonction de l’âge de l’Univers. On estime qu’on pourra mesurer la masse de gaz HI des galaxies les plus massives jusqu’à une période où l’Univers n’était agé que de 1.5 milliards d’années (soit un décalage spectral z 4), c’est-à-dire il y a 12.2 milliards d’années. Par ailleurs, SKA permettra de mesurer très précisément l’évolution des propriétés dynamiques des galaxies (notamment la vitesse de rotation du gaz autour du centre des galaxies) et ainsi la répartition de leur masse (matière sombre et matière baryonique lumineuse).

Un autre objectif fondamental du SKA est déterminer l’origine des sources qui ont rendu l’Univers entièrement ionisé, c’est-à-dire tel qu’on le connaît actuellement. Il y eut une période de l’histoire de l’Univers où celui-ci était complement opaque aux rayonnements visibles (c’est-à-dire que ceux-ci étaient absorbés par le gaz neutre primordial qui baignait l’Univers), lorsque l’Univers était plus jeune que 1 milliard d’années (soit pour des décalages spectraux z > 6). Cette période est appelée les « Ages sombres de l’Univers ».Puis, au fur et à mesure de la formation des premières étoiles et structures, l’Univers s’est ionisé et devenu transparent aux rayonnements visibles. Ainsi, il n’est pas possible d’observer les astres distants avec les télescopes optiques actuels (et futurs) qu’à partir pour de cette époque de réiniosation (z < 6). En revanche, le rayonnement électromagnétique radio peut être observé au-delà de ce décalage spectral car l’Univers était transparent aux longueurs d’ondes radio. Le SKA pourra alors détecter très facilement le rayonnement radio des grandes structures primordiales et étudier l’origine des premières sources ionisantes. Le SKA pourra dater précisément la période de réinionisation de l’Univers et donc apporter des contraintes plus fortes sur les scénarii retraçant l’histoire de l’Univers. Plus d’informations sur tous les objectifs scientifiques du SKA sont disponibles .

 À quoi ressemblera le SKA ?

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Schéma de la configuration générale du SKA

Le SKA sera composé de plusieurs centaines d’antennes paraboliques orientables mécaniquement et réparties dans région circulaire d’un diamètre de 5 km. Au coeur de cette région seront disposées d’autres types d’antennes figées qui seront pilotées grâce à l’électronique (antennes appelées réseaux phasés). Plusieurs stations aussi composées de dizaines d’antennes paraboliques partiront de la région région centrale du SKA et seront étendus sur plusieurs milliers de kms autour de celle-ci. Plus la distance entre des antennes est importante, plus le pouvoir de résolution spatiale du télescope sera important. Le SKA pourra alors détecter des sources infiniment petites en projection sur le ciel, telles que les galaxies distantes ou les diques proto-planétaires. Ces longues distances nécessaires pour l’obtention d’une très grande résolution spatiale sont à l’origine du choix d’installation du SKA dans le désert sud-africain ou australien.

 Qui participe à cette aventure ?

SKA est un projet d’envergure internationale car il fait intervenir des pays tels que l’Afrique du Sud, l’Allemagne, l’Australie, le Canada, la Chine, les États-Unis, la France, l’Inde, les Pays-Bas, le Royaume-Uni, etc...

Les radioastronomes de l’Observatoire de Paris et les ingénieurs de la station de radioastronomie de Nançay participent activement à la préparation du SKA dans le cadre de projets financés par la Communauté Européenne, tels que le projet SKA Design Studies. Notamment, les chercheurs du GEPI sont investis dans le développement scientifique des réseaux phasés, tels que le projet actuel SKADS-EMBRACE (Electronic Multi Beam Radio Astronomy ConcEpt) qui permettra de reconstituer plusieurs faisceaux digitaux et d’observer pour la première fois au monde une quinzaine de sources radio indépendantes simultanément. EMBRACE est en cours d’installation à la station de radioastronomie de Nançay. Des antennes de type EMBRACE sont prévues pour équiper le coeur du SKA.