Expérience Pilot: les poussières interstellaires étudiées depuis un ballon

Publié par Adrien le 16/04/2017 à 00:00
Source: CNRS
L'expérience d'astrophysique Pilot sera lancée dans quelques jours sous un ballon stratosphérique depuis Alice Springs, au centre de l'Australie. Le but est d'observer la polarisation de l'émission des grains de poussières présents dans le milieu interstellaire (En astronomie, le milieu interstellaire est le gaz raréfié qui, dans une galaxie, existe entre les étoiles et leur environnement proche. Ce gaz est habituellement extrêmement...) de notre Galaxie (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la suite de...) et des galaxies proches. Avec une masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du...) de près d'une tonne ( La tonne représente différentes unités de mesure ; Une tonne est un grand et large tonneau ; Une tonne-pompe est un fourgon d'incendie ; En zoologie, la tonne cannelée est un mollusque gastéropode. ), Pilot utilise les plus gros ballons lancés par le CNES. Elle a été développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme l'enveloppe de la famille des droites normales à la...) par l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne...) en astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des...) et planétologie (La planétologie est la science de l'étude des planètes. La discipline recouvre de nombreuses branches de la science ; son domaine d'étude s'étend des grains microscopiques jusqu'aux planètes géantes gazeuses.) (CNRS/CNES/Université Paul Sabatier) et l'Institut d'astrophysique spatiale (CNRS/Université Paris-Sud) et l'Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) (CEA-Irfu). Pilot a déjà volé une première fois en septembre 2015 depuis le Canada: il s'agira (Agira est une commune italienne de la province d'Enna dans la région Sicile en Italie.) donc de son premier vol (Le premier vol ou vol inaugural d'un avion est la première occasion pour celui-ci de prendre les airs par ses propres moyens. C'est l'équivalent en aéronautique du voyage inaugural pour un bateau.) sous le ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) de l'hémisphère sud (L'hémisphère sud ou hémisphère austral est la moitié du globe terrestre qui s'étend entre l'équateur et le pôle Sud. En astronomie, ce terme désigne la partie du ciel située au sud de...), plus riche en sources d'intérêt pour Pilot.


L'instrument scientifique PILOT en fin d'intégration dans le hall de la NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace ») plus connue sous son abréviation NASA, est...) à Alice Springs (Australie). Le baffle avant permet d'atténuer les lumières parasites dues à l'émission thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des...) de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive...) et de l'enveloppe du ballon stratosphérique.
© Sébastien Chastanet - OMP / IRAP / UT3 / CNES / CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).)

L'émission des grains de poussières présents dans le milieu interstellaire de notre Galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir supermassif en son...) et des galaxies proches est faiblement polarisée car les grains de poussière sont allongés et alignés avec le champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par la...) qui baigne le milieu interstellaire. Les mesures de Pilot renseigneront les scientifiques sur la nature des grains de poussière et les processus qui les alignent ainsi. Elles permettront également de cartographier la géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et, depuis le...) du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique, qui joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les mâchoires. On appelle aussi joue le muscle qui sert principalement à ouvrir et fermer la bouche et à...) un rôle fondamental dans la contraction du gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à occuper tout...) présent dans le milieu interstellaire conduisant à la formation de nouvelles étoiles.

Cette émission étant par ailleurs une nuisance pour les expériences qui mesurent précisément la polarisation ( la polarisation des ondes électromagnétiques ; la polarisation dûe aux moments dipolaires dans les matériaux diélectriques ; En électronique, la polarisation est...) du fond diffus cosmologique (Le fond diffus cosmologique est un rayonnement électromagnétique provenant de l'Univers, et qui frappe la Terre de façon quasi uniforme dans toutes les directions.), les mesures de Pilot permettront également une meilleure connaissance de cette émission, et ainsi de mieux interpréter les résultats obtenus par ces expériences.


L'expérience PILOT sous le ciel australien, lors de tests nocturnes du senseur stellaire Estadius. L'instrument PILOT observera certaines des régions de la Voie Lactée (La Voie lactée (appelée aussi « notre galaxie », ou parfois simplement « la Galaxie », avec une majuscule) est le nom...) visibles sur cette photo.
© Sébastien Chastanet - OMP / IRAP / UT3 / CNES / CNRS

L'expérience Pilot observera cette émission dans l'infra-rouge lointain. Elle est équipée de 2048 détecteurs individuels, refroidis à une température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux...) de 300 millikelvins, soit proche du zéro (Le chiffre zéro (de l’italien zero, dérivé de l’arabe sifr, d’abord transcrit zefiro en italien) est un symbole marquant une position vide dans l’écriture des nombres en notation positionnelle.) absolu. La polarisation est mesurée grâce à une lame rotative et à un polariseur séparant deux polarisations orthogonales sur les deux plans focaux de l'expérience. A l'exception du miroir (Un miroir est un objet possédant une surface suffisamment polie pour qu'une image s'y forme par réflexion et conçu à cet effet. C'est souvent une couche métallique fine, qui, pour être...) primaire du télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique permettant d'augmenter la...), l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être...) de l'optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) est maintenu à une température cryogénique (2°Kelvin ou -271°C) à l'intérieur d'un cryostat refroidi à l'hélium (L'hélium est un gaz noble ou gaz rare, pratiquement inerte. De numéro atomique 2, il ouvre la série des gaz nobles dans le tableau périodique des éléments. Son point d'ébullition est le plus bas parmi...) liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.), de façon à limiter l'émission propre de l'instrument.

L'expérience a été imaginée et réalisée par les scientifiques et ingénieurs du CNRS à l'Institut de recherche en astrophysique et planétologie (CNRS/CNES/Université Paul Sabatier) et à l'IAS (CNRS/Université Paris-Sud) avec des contributions importantes de la division (La division est une loi de composition qui à deux nombres associe le produit du premier par l'inverse du second. Si un nombre est non nul, la fonction "division par...) ballon du CNES (Toulouse), de l'ESA, du CEA (Saclay), qui a développé le plan focal et son électronique de lecture, et des universités de La Sapienza à Rome (Italie) et de Cardiff (Royaume-Uni). L'ensemble du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de contribution, et...) est soutenu par les laboratoires du CNRS et par le financement du CNES.

Pilot sera lancé dans quelques jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début...) par le CNES dans le cadre d'une campagne (La campagne, aussi appelée milieu rural désigne l'ensemble des espaces cultivés habités, elle s'oppose aux concepts de ville,...) comportant trois vols de nacelles différentes depuis Alice Springs, au centre de l'Australie (L’Australie (officiellement Commonwealth d’Australie) est un pays de l’hémisphère Sud dont la superficie couvre la plus grande partie de l'Océanie. En plus de l’île-continent du même nom, le pays...). La masse de Pilot approche la tonne et devra atteindre une altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et biogéographique qui explique la...) de presque 40 km, ce qui nécessite d'utiliser un ballon stratosphérique ouvert d'environ 100 m de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le...) (le plus gros ballon ouvert lancé par le CNES), et une chaine de vol aussi haute que la tour Eiffel (La tour Eiffel, initialement nommée tour de 300 mètres, est une tour de fer puddlé construite par Gustave Eiffel et ses collaborateurs pour l'Exposition universelle de Paris de 1889. Situé à...).

Le vol aura lieu durant l'une des deux inversions annuelles des vents stratosphériques, condition nécessaire pour espérer réaliser des observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude...) pendant plus de 30 heures (L'heure est une unité de mesure  :) au plafond (Par extension, un plafond représente le maximum de quelque chose :). Si Pilot a déjà été lancé une première fois depuis le Canada en septembre 2015, ce vol depuis l'hémisphère sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.) permettra d'observer cette fois des sources astrophysiques exceptionnelles comme les nuages de Magellan, galaxies satellites (Satellite peut faire référence à :) de la nôtre, ou les régions internes de la Voie lactée, inaccessibles depuis l'hémisphère nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.).
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