Astronomie infrarouge

Nébuleuse de la Carène prise par Hubble

L’astronomie infrarouge est la branche de l’astronomie et de l’astrophysique qui étudie les objets astronomique visibles dans l’infrarouge (IR). La gamme de longueur d’onde de l’infrarouge se situe entre 0,75 et 300 micromètres. Cette gamme se trouve entre la lumière visible (300 à 750 nanomètres) et les ondes submillimétriques.

La lumière infrarouge est en partie absorbée par la vapeur d’eau contenue dans l’atmosphère terrestre. La plupart des télescopes à infrarouge sont situé à des altitudes élevées ou en orbite tel que le télescope spatial Spitzer, IRAS (Infrared Astronomical Satellite) ou l’observatoire spatial Herschel.

Les scientifiques classifient l’astronomie infrarouge en tant qu’élément de l’astronomie optique car les composants optiques utilisé sont identiques (miroirs, objectifs, détecteur).

Histoire

Le rayonnement infrarouge a été découvert en 1800 par l'astronome britannique William Herschel^[1]. Celui-ci, en déplaçant un thermomètre le long d'un spectre, obtenu en décomposant la lumière visible du Soleil par un prisme, nota qu'un échauffement continuait à se produire au-delà du rouge. Il interpréta ce phénomène par la présence de lumière invisible, obéissant aux lois de l'optique et transportant de la chaleur, il qualifia se rayonnement de « rayons calorifiques », il montra qu’il pouvait être réfléchi, transmis et absorbé tous comme la lumière visible.

L’astronomie infrarouge commença dans les années 1830, mais les progrès en la matière ne furent pas très importants : Les radiations de la Lune furent détectées pour la première fois en 1873 par William Parsons. Ernest Fox Nichols utilisa un radiomètre de Crookes modifié dans le but de détecter le rayonnement infrarouge de Arcturus et Vega, mais Nichols juga les résultats peu concluants.

Il fallut attendre le 20^e siècle pour que Seth Barnes Nicholson et Edison Pettit développent un détecteur thermopile assez sensible pour permettre l’observation d’une centaine d’étoiles. Jusqu’aux années 1960, le domaine fut négligé par les astronomes.

Le spectre de l’infrarouge

Le domaine infrarouge couvre toute la gamme de longueurs d'onde comprises entre 0,75 et 200 micromètres^[2]. Ce domaine est si vaste que les astronomes distinguent l'infrarouge proche (de 0,75 à 5 micromètres)^[2], l'infrarouge moyen (de 5 à 25 micromètres)^[2] et l'infrarouge lointain (de 25 à 200 micromètres)^[2], auxquels ils adjoignent souvent le domaine submillimétrique (de 200 à 1 000 micromètres)^[2]. Le ciel infrarouge change d'aspect selon la longueur d'onde à laquelle on l'observe : ainsi, vers 2 µm, l'étoile la plus brillante du ciel est Bételgeuse, supergéante rouge de la constellation d'Orion, alors que vers 10 µm ce titre revient à l'étoile Êta de la constellation de la Carène. Dans l'infrarouge lointain, les sources deviennent angulairement étendues : ce sont surtout des nuages de matière interstellaire et des galaxies.

L’astronomie dans l’infrarouge

L'aspect du ciel en infrarouge est très différent de celui que révèle la lumière visible. Les étoiles se forment dans de grands nuages denses où le gaz est intimement mêlé à des grains de poussières. Ces nuages sont complètement opaques à la lumière visible : sur des cartes du ciel ordinaires, ils apparaissent sous l'aspect de grandes taches sombres. En infrarouge, au contraire, ce sont des régions très brillantes. Le rayonnement des étoiles en formation est absorbé par les poussières, qui, ainsi chauffées, émettent dans l'infrarouge. On peut aussi observer directement les étoiles en formation grâce à leur rayonnement infrarouge propre et mesurer le taux de formation d'étoiles d'une galaxie en fonction de sa luminosité dans l'infrarouge.

Ainsi les objets avec des températures de quelques centaines de Kelvin émettent le maximum de leur énergie thermique dans l'infrarouge. C’est pourquoi les détecteurs infrarouges doivent être tenus refroidis sinon le rayonnement du détecteur lui-même éclipse le rayonnement de la source céleste. Cela est particulièrement important dans les régions de l'infrarouge moyen et lointain infrarouge du spectre.

Technologie de l’astronomie infrarouge

Le rayonnement infrarouge qui a des longueurs d'onde proche de celles de la lumière visible se comporte d'une manière très semblable à la lumière visible, et peut être détecté en utilisant des dispositifs électroniques semblables. Pour cette raison, la région infrarouge proche du spectre est généralement incorporée en tant qu'élément du spectre « optique », avec l'ultra-violet proche (la plupart des instruments scientifiques comme les télescopes optiques couvrent le proche-infrarouge aussi bien que l'évident).

Les observations dans le domaine de l'infrarouge proche (entre 700 et 2500 nm) peuvent être conduites sur Terre, à l'aide d'un télescope optique muni d'un détecteur sensible à l'infrarouge type CCD. La détection d'ondes de longueur supérieure à 2500 nm est quant à elle fort compliquée : elle nécessite, non seulement une atmosphère sèche - c'est en effet la vapeur d'eau présente dans l'atmosphère terrestre qui est responsable de l'absorption des photons IR -, mais également de refroidir tout objet en contact avec le télescope et le détecteur lui-même. L'observation de l'infrarouge lointain (au-delà de 40 000 nm) nécessite de placer le télescope en orbite autour de la Terre. L'un des plus connus est IRAS (Infrared Astronomical Satellite), dont le lancement date de 1983, il est muni de détecteurs sensibles aux longueurs d'onde de 10 000, 25 000, 60 000 et 100 000 nm, il réalisa la première carte infrarouge du ciel, répertoriant plus de 200 000 sources.

Voir aussi

• Rayonnement infrarouge
• Spectroscopie infrarouge

Références

Liens externes

• (en) Space News Last-minute Reprieve Extends WISE Mission, 5 October, 2010
• (en) IR Atmospheric Windows

• Portail de l’astronomie
• Portail de la physique