RADIOASTRONOMIE
Mécanismes d'émission
Le but de la radioastronomie, comme celui de l'astronomie en général, est de déterminer les conditions physiques existant à l'intérieur des sources de rayonnement (température, densité, champ magnétique, etc.), de manière à mieux comprendre les phénomènes qui s'y déroulent. Pour cela, il faut essentiellement comprendre, qualitativement et quantitativement, les mécanismes par lesquels les ondes radio y prennent naissance. Ces mécanismes sont nombreux, et la difficulté sera souvent, après avoir déterminé par l'observation les caractéristiques d'une source, de préciser lequel d'entre eux intervient dans chaque cas particulier.
En ce qui concerne le rayonnement continu (sans fréquences privilégiées), les mécanismes d' émission des ondes radio sont, en général, très différents de ceux qui donnent naissance aux ondes lumineuses. Ces dernières proviennent surtout de milieux relativement denses. En revanche, ce sont les gaz dilués et fortement ionisés, appelés également « plasmas », qui constituent le plus souvent les sources d'ondes radio (cf. plasmas).
Les mécanismes naturels de rayonnement se groupent en deux types :
– Les émissions thermiques, dans lesquelles l'énergie rayonnée est empruntée à l'énergie d'agitation thermique des particules du milieu, surtout des électrons. Tous les corps solides, liquides et gazeux émettent ainsi des ondes radio : on a ainsi observé l'émission thermique du Soleil, de la Lune, des planètes et de certains satellites naturels, des astéroïdes et de certaines étoiles. Si le corps émetteur est opaque aux ondes radio, sa surface émet en général en radio comme un corps noir s'il n'est pas réfléchissant (métal), et l'intensité du rayonnement est donnée par la loi de Planck (cf. Émission thermique des solides et des gaz). Si le corps n'est pas opaque (c'est souvent le cas des gaz interstellaires), l'intensité du rayonnement est inférieure à celle qui est donnée par cette formule.
– Les émissions non thermiques, dans lesquelles l'énergie provient d'une autre source qui est soit l'énergie de certains électrons, accélérés au préalable jusqu'à des vitesses voisines de celle de la lumière (électrons « suprathermiques » et relativistes ; cf. Émissions de freinage magnétique [gyromagnétique et synchrotron]), soit l'énergie cinétique contenue dans un jet d'électrons, soit encore l'énergie cinétique d'ensembles d'électrons oscillant dans le plasma. Dans ces cas, l'énergie rayonnée sous forme d'ondes n'est plus limitée par la température de la source mais par la source de l'énergie : elle peut donc être beaucoup plus grande. Les émissions non thermiques sont particulièrement intéressantes à observer, car elles renseignent sur les sources de l'énergie elles-mêmes, telles que particules de haute énergie, jets de matière, oscillations de plasma, par exemple.
Émission thermique des solides et des gaz
Un corps solide porté à une température T (mesurée en kelvins) émet un rayonnement électromagnétique dont l'intensité est donnée par la loi de Planck (émission dite du corps noir, cf. thermodynamique) :
Dans le domaine radio, on a presque toujours hf ⪡ kT, et la formule de Planck peut prendre la forme simplifiée (celle de Rayleigh-Jeans) déjà citée :
Le rayonnement thermique est maximal de l'ultraviolet à l'infrarouge lointain pour les températures généralement rencontrées dans l'Univers, mais son intensité dans le domaine radio n'est pas négligeable. Si l'on connaît les dimensions de la source, il est possible, en inversant la formule précédente, de déduire[...]
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Écrit par
- André BOISCHOT : astronome titulaire à l'Observatoire de la Côte d'Azur
- James LEQUEUX : astronome émérite à l'Observatoire de Paris
Classification
Médias
Radiotélescopes
VMGROUP
Spectre des ondes électromagnétiques
Encyclopædia Universalis France
Marin Ryle et la radioastronomie
Ron Case/ Hulton Archive/ Getty Images
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