jeudi 27 octobre 2016

L'hydrogène atomique de notre galaxie se met à nu


Des astronomes viennent de produire une carte complète du ciel dans une longueur d'onde particulière : 21 cm, la longueur d'onde d'émission de l'hydrogène atomique neutre. Ce relevé, nommé HI4PI est la première carte du genre traçant sur tout le ciel en détail l'hydrogène contenu dans notre galaxie.




Cette cartographie de grande ampleur a été effectuée à l'aide de deux radiotélescopes, celui de 100 m de diamètre de Effelsberg en Allemagne et celui de 64 m de Parkes en Australie et a mobilisé plus d'un million d'observations individuelles pour environ 10 milliards de points sur tout le ciel.
L'hydrogène atomique neutre (un seul atome, formé d'un proton et d'un électron), a des propriétés différentes de celles de l'hydrogène moléculaire (H2). Il est considéré être un excellent traceur quantitatif de la matière interstellaire dans la galaxie, sa distribution spatiale est donc couramment utilisée pour corriger des observations allant des rayons gamma aux infra-rouges.
La raie à 21 cm (soit 1420 MHz), qui est appelée la raie de structure hyperfine, et qui correspond à la transition de l'électron de l'atome d'hydrogène d'une orientation "up" à une orientation "down" de son spin, a été prédite en 1945 par le néerlandais Hendrick Van de Hulst et découverte en provenance de la Voie Lactée 6 ans plus tard par Oort et Muller. Le même Van de Hulst déduisit en 1954, grâce à l'observation de cette raie de l'hydrogène, que notre galaxie avait une forme spirale.

Mais la mesure de l'intensité des ondes radios de 21 cm est rendue plus difficile  aujourd'hui que dans les années 1950 du fait des nombreux parasites produits par l'activité humaine. Les données doivent ainsi être traitées pour être débruitées avec des algorithmes avancés. Le temps de traitement des données brutes de HI4PI a duré plus longtemps que les milliers d'heures d'observation nécessaires pour les produire.
Cette nouvelle carte améliore le précédent relevé du même type vieux de 20 ans par un facteur 2 en sensibilité et par un facteur 4 en résolution angulaire. Elle permet notamment de distinguer pour la première fois de fins détails de structures se trouvant entre des étoiles de la Voie Lactée. Des structures en forme de filaments n'avaient encore jamais été  vues et des petits nuages qui paraissent nourrir la formation stellaire depuis plusieurs milliards d'année apparaissent désormais clairement.
L'obtention d'une image plus claire de la répartition de l'hydrogène atomique dans la Voie Lactée va aider les astronomes dans l'exploration des galaxies éloignées. En effet, tous les photons que nous recevons des sources extragalactiques doivent traverser l'hydrogène de notre galaxie avant de parvenir sur nos détecteurs ou dans nos pupilles. La nouvelle carte de HI4PI permettra d'apporter des corrections plus précises sur ces données.


La collaboration HI4PI publie son travail dans la revue Astronomy and Astrophysics. Il ne s'agit pas simplement d'une seule carte recensant la quantité d'hydrogène atomique rencontré, mais aussi de la répartition de la vitesse de cet hydrogène. Les mesures sont en effet couplées à des mesures spectroscopiques qui fournissent la variation de l'émission HI autour de sa longueur d'onde de référence (21 cm). 
L'effet Doppler produit un décalage spectral vers les petites longueurs d'ondes pour le gaz qui s'approche de nous et vers les grandes longueurs d'ondes pour celui qui s'éloigne, proportionnellement à la vitesse. On obtient alors une vue multidimensionnelle de l'hydrogène du ciel. 
Les grosses taches en bas à droite de la carte ne sont pas des artefacts, mais il s'agit simplement des deux galaxies naines satellites de la Voie Lactée : le petit et le grand nuage de Magellan, car il y a aussi de l'hydrogène neutre dans les galaxies naines, bien sûr...


Source : 

HI4PI: A full-sky Hi survey based on EBHIS and GASS
N. Ben Bekhti et al.
Astronomy and Astrophysics vol 594 (October 20th, 2016)


Illustration : 

1) La carte de l'hydrogène à 21 cm (émission HI) de HI4PI (Benjamin Winkel et the HI4PI collaboration)

2) Le radiotélescope de Effelsberg (Max Planck Institute für Radioastronomie)

3) Le radiotélescope de Parkes (CSIRO)

3 commentaires :

sixenligne atmo a dit…

Bonjour,

Je suis allé voir l'image originale et j'ai remarqué de petites zones noires en plein milieu sur l'axe de la Voie Lactée, est-ce des objets particuliers ou juste des artefacts?

Dr Eric SIMON a dit…

Je ne connais pas la réponse à cette question !

sixenligne atmo a dit…

Ok, tant pis je resterai dans mon abîme d'ignorance :D