Contribution du Canada

Le Canada a participé au projet de l'Observatoire spatial Herschel en prenant part au développement de deux des trois instruments embarqués à bord du satellite. En ce qui concerne HIFI (Instrument hétérodyne pour l'observation dans l'infrarouge lointain), le Canada a fourni l'unité source de l'oscillateur local (LSU), c'est-à-dire le dispositif donnant le signal de référence nécessaire au bon fonctionnement de l'appareil. Quant à SPIRE (Récepteur d'imagerie spectrale et photométrique), le Canada a produit un spectromètre à transformée de Fourier (FTS) servant à tester et à étalonner l'instrument ainsi que les logiciels de traitement de données. SPIRE a permis de dresser des cartes d'une vaste région du ciel grâce à son grand champ de vision tandis qu'HIFI a rendu possible l'observation d'un point précis. Des scientifiques canadiens avaient d'ailleurs fait voler un prototype de l'instrument SPIRE, connu sous l'appellation BLAST (Télescope-ballon à large ouverture submillimétrique), à bord d'un ballon-sonde. Cela avait permis de valider la performance de l'instrument et de pousser le développement des logiciels d'analyse de données.

Le professeur Michel Fich de l'Université de Waterloo (anglais seulement) est le chercheur principal du projet HIFI au Canada. Le professeur David Naylor de l'Université de Lethbridge (anglais seulement) agit en tant que chercheur principal pour la contribution canadienne à SPIRE. COM DEV (anglais seulement) est l'entrepreneur principal responsable de l'unité LSU. Grâce au financement de l'Agence spatiale canadienne (ASC), Blue Sky Spectroscopy (anglais seulement) constitue l'un des centres d'expertise du projet du spectromètre SPIRE. Elle a développé des logiciels de traitement de données et d'analyse scientifique pour le spectromètre FTS.

Les trois instruments scientifiques d'Herschel

Image des trois instruments scientifiques d'Herschel

Les trois instruments à bord d'Herschel (Source : Agence spatiale européenne)

L'Observatoire spatial Herschel comprenait trois instruments permettant de recevoir et d'analyser le rayonnement infrarouge provenant des confins de l'Univers. Les trois spectromètres, dont deux étaient couplés à des caméras infrarouges, fonctionnaient dans différentes longueurs d'ondes et couvraient des régions distinctes du ciel. Ces instruments servaient à séparer les composantes de base du spectre lumineux pour en faciliter l'analyse. Les équipes européennes chargées d'HIFI et de SPIRE ont eu recours à l'expertise canadienne en astronomie submillimétrique pour améliorer la performance de ces appareils.

Instrument hétérodyne pour l'observation dans l'infrarouge lointain (HIFI)

HIFI en laboratoire

Préparation d'HIFI en vue des essais (Source : SRON)

Des scientifiques canadiens ont développé un synthétiseur de fréquence d'une précision et d'une stabilité inégalées pour l'instrument HIFI qui nous a permis d'approfondir nos connaissances sur la chimie interstellaire. (Source : Michel Fich)

Grâce à sa haute résolution spectroscopique et à sa grande sensibilité, HIFI a fait progresser nos connaissances sur la chimie interstellaire. Cet instrument était conçu pour détecter et analyser les émissions d'une multitude de molécules. Pour ce faire, il utilisait la gamme d'ondes de l'infrarouge lointain et submillimétrique pour observer les molécules entrant en jeu dans divers processus chimiques et environnements astrophysiques.

L'instrument HIFI faisait appel à un oscillateur local pour générer le signal de référence essentiel au bon fonctionnement du système hétérodyne. L'oscillateur local agissait comme le diapason qu'on utilise pour accorder un instrument de musique. Lorsque ce signal de référence était combiné au signal de l'objet source, capté par le télescope et transmis à HIFI, on obtenait un signal à une fréquence beaucoup plus basse que le signal d'origine et beaucoup plus facile à traiter électroniquement.

Les musiciens connaissent bien ce principe de l'hétérodyne puisqu'ils y font appel lorsqu'ils accordent leurs instruments pour obtenir la fréquence de battement. La radio AM est un autre exemple. En effet, les signaux de radio AM sont diffusés dans une fréquence trop élevée pour l'oreille humaine. Les fréquences de la radio AM sont généralement à 1000 kHz tandis que l'humain peut seulement entendre les fréquences avoisinant 1 kHz. Quand on règle sa radio AM, on change la fréquence de l'oscillateur local de la radio, ce qui le combine au signal AM. On entend alors la différence entre l'oscillateur de la radio et le signal AM. En ce qui concerne HIFI, le signal de référence devait être très stable et pur. C'est ici que le Canada est intervenu en fournissant l'unité source de l'oscillateur local. L'unité fournie par le Canada était d'une précision et d'une stabilité inégalées. L'unité source contenait un bon nombre de composantes de secours.

Le chercheur principal du projet HIFI au Canada est le professeur Michel Fich de l'Université de Waterloo. Pour obtenir des renseignements techniques sur HIFI, veuillez consulter le site Web Herschel-HIFI (anglais seulement) de l'Université de Waterloo.

Récepteur d'imagerie spectrale et photométrique (SPIRE)

Photo de SPIRE

L'instrument SPIRE (Source : Consortium SPIRE)

SPIRE a étudié les processus liés à la formation des galaxies et des structures cosmiques dans l'Univers naissant. Il a examiné les toutes premières phases de la formation des étoiles qui résultent de la fragmentation et de l'effondrement du cœur très dense des nuages interstellaires. Ces énormes nuages de poussières absorbent le rayonnement ultraviolet émis par les étoiles de leur voisinage. La poussière chaude se refroidit en émettant un rayonnement dans le spectre infrarouge. Pour comprendre tous les processus en cause, les astronomes doivent quantifier l'énergie totale émise dans toutes les longueurs d'ondes.

Étant donné que la majeure partie de la lumière émise par les premières galaxies ne peut être détectée que dans le spectre infrarouge lointain, l'instrument SPIRE effectuait des observations spectrales et photométriques dans le domaine des infrarouges lointains et des ondes submillimétriques. Il a mesuré le flux du rayonnement infrarouge émis dans plusieurs longueurs d'ondes. Il a produit des cartes du ciel à grande échelle et à haute résolution angulaire. On pourra ainsi en apprendre davantage sur la distribution de l'énergie spectrale des étoiles et des galaxies ainsi que sur leur formation.

Le Canada a fourni des logiciels d'analyse de données, du personnel en appui aux équipes d'essais ainsi qu'un spectromètre à transformée de Fourier qui a servi à tester les modèles d'instruments. Des scientifiques canadiens ont également contribué aux travaux du Centre de contrôle de l'instrument SPIRE. L'Université de Lethbridge a mis au point des logiciels qui permettaient aux chercheurs de traiter les énormes quantités de données recueillies dans le cadre des observations et de transformer les données brutes en résultats intelligibles, comme des images et des spectres.

Le chercheur principal du projet SPIRE au Canada est le professeur David Naylor de l'Université de Lethbridge (anglais seulement). Pour obtenir de plus amples renseignements sur l'instrument SPIRE, visitez le site Web de l'Université de Lethbridge consacré au projet Herschel-SPIRE (anglais seulement).

Photodétecteur et spectromètre à grand champ (PACS)

Image de PACS

Vue d'artiste de l'instrument PACS. (Source : Agence spatiale européenne - C. Carreau)

L'instrument PACS était constitué d'une caméra et d'un spectromètre de moyenne à haute résolution. Il permettait de sonder une petite zone du ciel et de prendre des photos en trois couleurs différentes. L'Institut Max Planck pour la physique extraterrestre dirige le consortium chargé de l'instrument PACS (anglais seulement).