Du fin fond de l’univers aux récepteurs d’Alma. Par Rémy Decourt

Du fin fond de l’univers aux récepteurs d’Alma

En quelques lignes, découvrez comme l’observatoire Alma transforme les signaux émis par des sources observées dans les domaines millimétrique et submillimétrique en données exploitables pour les scientifiques.

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Le cryostat avant son installation sur l'instrument. Des trappes occultent les fenêtres sur lesquelles seront fixés les récepteurs.

L’observatoire Alma est conçu pour capter les émissions millimétriques et submillimétriques, de longueur d’onde comprise entre 0,3 mm et 3 mm, provenant des régions les plus lointaines, les plus anciennes et les plus froides de l’univers. En d’autres termes, cet instrument collecte la « lumière » qu’émettent les objets observés aux ondes millimétriques et submillimétriques.

Pour obtenir des données utilisables par les scientifiques, les signaux de ces sources ont tout un cheminement à suivre. Lorsqu’une source est observée, les signaux qu’elle émet sont captés par les antennes. Ils sont focalisés par le miroir primaire (ou la parabole primaire) puis le miroir secondaire vers un point focal à l'intérieur de la cabine de l'antenne. C'est là que ces signaux sont admis par une fenêtre à l'intérieur d’un récepteur, où ils seront puissamment amplifiés. Provenant de sources très lointaines, typiquement plusieurs milliards d’années-lumière, ils sont en effet très faibles.

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Le cryostat bleu (à droite) à l’intérieur duquel sont logés les récepteurs. Le caisson gris, juste en dessous (à gauche), contient la première phase de mélangeur (changement de fréquence vers des fréquences plus basses) et d'amplification. Il est ici installé à l'intérieur d'une des antennes de l'observatoire Alma.

Les récepteurs, un des cœurs d’Alma

Et ce n’est pas peu dire. Si l’on avait pu collecter l’énergie d’une galaxie sur une durée égale à l’âge de l’univers (soit 13,7 milliards d’années), on aurait recueilli assez d’énergie pour allumer une ampoule ordinaire pendant... dix secondes. Ces récepteurs (également appelés radiomètres) produisent au final un signal électrique.

On en trouve à l’intérieur de chacune des 66 antennes de l’observatoire Alma. Pour fonctionner, ils ont besoin d’être refroidis à -269 °C (environ 4 K, ou quatre degrés au-dessus du zéro absolu). Ils sont donc logés dans un cryostat qui les maintient à cette température très basse. Chaque cryostat est conçu pour abriter jusqu’à dix récepteurs, qui fonctionnent chacun dans une longueur d’onde bien spécifique. Aujourd’hui, seuls quatre emplacements sont occupés. Trois bandes supplémentaires sont prévues fin 2014, et deux autres à l’horizon 2016.

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Sur la partie haute de ce récepteur, on aperçoit les miroirs tertiaires et le miroir dichroïque. Ils travaillent ensemble pour séparer les deux polarisations de la lumière.

Un supercalculateur à 17 pétaflops pour analyser les données

Pour éviter que de la lumière visible ou infrarouge soit réceptionnée, dix trous plus ou moins grands se trouvent en face de chacun de ces récepteurs sur le dessus des cryostats. Ces trous sont bien hermétiques à l'air grâce à une fenêtre composée de plastique de type polyéthylène ou d’un autre matériau qui laisse passer uniquement les ondes millimétriques et submillimétriques.

Converties en signaux électriques, les données en provenance de tout ou partie des 66 antennes du réseau sont ensuite dirigées vers le corrélateur qui les réunit. Ce corrélateur, situé sur le site des antennes, est l’un des superordinateurs les plus puissants au monde. Capable d’effectuer quelque 17 millions de milliards d'opérations par seconde (soit 17 pétaflops), il a pour fonction de synchroniser les antennes, compiler et analyser les données récoltées. Ce n'est qu'à partir de ces données que les spectres et les images des sources observées peuvent être reconstruits et exploités par les chercheurs, grâce à des traitements numériques.

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