Projets

Vous trouverez sur cette page des informations sur les principaux instruments et projets de l'équipe ASTRO.

NRT

Construit au milieu des années 1960, le radiotélescope décimétrique de Nançay (RTN ou NRT), équivalent en sensibilité à une parabole de 94 m de diamètre, est le seul radiotélescope européen à antenne unique entièrement dédié à la bande décimétrique (1.1-3.5 GHz). L’instrument fonctionne en continu, 24/24h, 365 jours par an. Il permet de mener des programmes à long terme, et/ou de grande ampleur, et offre la possibilité d’observer sur alerte (suivi de l’explosion d’une supernova, émission radio associée à un sursaut gamma ou un événement gravitationnel, nouvelle comète). Le NRT a par exemple produit le plus grand nombre de mesures de galaxies à 21cm de longueur d’onde après le radiotélescope d’Arecibo, et il fournit actuellement à la communauté mondiale les séries de chronométrie de pulsars millisecondes les plus denses et les plus précises au niveau européen.

Ismaël Cognard est le responsable scientifique de l’instrument. Il coordonne son exploitation et sa maintenance avec les équipes d’ingénieurs et techniciens de la Station de Radioastronomie de Nançay. Gilles Theureau est le responsable du Service d’Observation associé à l’instrument, qui assure le retour vers la communauté au sein de l’Institut National de Sciences de l’Univers du CNRS (INSU).

NenuFAR

NenuFAR (New Extension in Nançay Upgrading LOFAR) est le dernier né des instruments de radioastronomie implantés à Nançay. Sa construction a commencé en 2014 et s’échelonnera jusqu’en 2020, avec un démarrage des observations en 2019 avec 75% de sa surface collectrice nominale. Ce radiotélescope observe aux plus basses fréquences radio accessibles depuis le sol, soit entre 10 et 85 MHz. C’est un réseau compact de 1938 antennes, regroupées en 96+6 mini réseaux de 19 antennes. Les 96 mini-réseaux du cœur constituent un réseau phasé d’une grande sensibilité (supérieure à celle du cœur de LOFAR aux Pays-Bas) permettant des études spectro-dynamiques de sources radio variables telles que les pulsars, les exoplanètes magnétisées, les éclairs d’orages dans l’atmosphère des planètes géantes du Système Solaire, les étoiles à éruption ou autres phénomènes transitoires, tels que les sursaut radio rapides (FRB pour Fast Radio Burst) ou l’émission radio associée aux phénomènes de gerbes atmosphériques provoquées par des particules ou du rayonnement de très haute énergie. En mode imagerie, un des sujets les plus excitants de l’instrument est la cartographie du spectre de puissance du signal 21-cm produit par le milieu intergalactique au cours des âges sombres de l’univers, au moment de la formation des toutes premières étoiles et des toutes premières galaxies.

L’équipe ASTRO du LPC2E est fortement impliquée dans deux programmes scientifiques clés de l’instrument : 1) l’étude de la population de pulsars et de leurs mécanismes d’émission multi-longueurs d’onde, et l’étude de la turbulence dans le milieu interstellaire à partir des variations de la dispersion du signal ; 2) la recherche d’exoplanètes géantes par l’interaction de leur champ magnétique avec le vent issu de leur étoile hôte. L’équipe a également fortement contribué à la recette de l’instrument et à la conception de son analyseur spectral et dédisperseur cohérent UnDySPuTeD.

LOFAR

LOFAR est un interféromètre radio Européen piloté par les Pays-Bas, qui se déploie sur l’ensemble du continent. Il est constitué actuellement de 51 stations, chacune hébergeant 192 antennes couvrant le domaine de fréquence de 15 à 250 MHz. La station française FR-606 est implantée sur le site de Nançay et apporte les plus longues bases interférométriques, notamment pour de l’imagerie radio à haute résolution spatiale de l’ordre d’une fraction de seconde d’arc.

L’équipe ASTRO du LPC2E utilise la station FR-606 en mode autonome pour le suivi à long terme de pulsars, afin d’étudier des variations de flux et de profil du faisceau de rayonnement, ainsi que des variations de la dispersion et de la scintillation du signal imprimées par la traversée du milieu interstellaire. Ces mesures permettent d’étudier la physique de l’émission des étoiles à neutrons, ainsi que la turbulence et le champ magnétique dans le milieu interstellaire. Le groupe est aussi investi dans des programmes d’observation avec l’instrument dans son ensemble (ILT pour LOFAR International Telescope), notamment pour la recherche de nouveaux pulsars, pour la recherche d’exoplanètes en radio, ou pour l’étude des éclairs d’orages dans les planètes géantes du système solaire. Jean-Mathias Griessmeier est le responsable du Service d’Observation associé à l’instrument, qui assure le retour vers la communauté au sein de l’Institut National de Sciences de l’Univers du CNRS (INSU).

Fermi

Le satellite Fermi a été lancé en 2008 avec à son bord deux instruments d’observation du ciel en rayons gamma. Le LAT (Large Area Telescope) a permis de détecter plus de 250 pulsars émetteurs gamma dans la gamme d’énergie située entre 20 MeV et 300 GeV. Ces découvertes ont été en grande partie possibles grâce à l’apport des observations radio réalisées au NRT à Nançay. Celles-ci ont en effet permis, grâce à un monitoring régulier et l’obtention d’éphémérides précises, d’empiler les rares photons gamma en phase avec la rotation des pulsars. La confrontation des faisceaux d’émission radio et gamma a par ailleurs apporté de nouvelles réponses quant aux mécanismes d’émission à l’oeuvre dans les magnétosphères des étoiles à neutrons.

Lucas Guillemot coordonne les observations de chronométrie des pulsars gamma avec Fermi et le NRT et assure la mise à disposition des données vers la communauté nationale et internationale. Cette activité constitue un Service d’Observation de l’Institut National de Sciences de l’Univers du CNRS (INSU).

LISA

LISA (Laser Interferometer Space Antenna, lancement prévu en 2034) est un projet de l’Agence Spatiale Européenne (ESA) pour mettre en orbite héliocentrique une constellation de trois satellites, dans le but de mesurer des ondes gravitationnelles dans le domaine du milli-Hertz. Les sources astrophysiques visées sont les binaires d’objets compacts de masses stellaires (couples de deux étoiles à neutrons ou de deux naines blanches, binaires étoile-à-neutrons/naine-blanche ou étoile-à-neutrons/trou-noir), l’interaction d’objets stellaires sur un trou noir massif (extreme mass ratio inspiral – EMRI) ou la fusion de trous noirs super massifs lors de la formation hiérarchique des galaxies.

Les programmes de chronométrie radio ultra précise des pulsars sont complémentaires des futures observations LISA, puisqu’elles permettent de caractériser l’émission gravitationnelle des binaires d’étoiles à neutrons et couples étoiles-à-neutrons/naine-blanche à partir de l’évolution des éléments orbitaux (avance du périastre, variation de la période et du demi-grand-axe). Elles permettent ainsi de sélectionner des sources d’intérêt pour LISA et d’augmenter leur possibilité de détection par l’observation directe de leur émission gravitationnelle ou bien à l’inverse, de rechercher une émission pulsée en ondes radio dans des nouvelles sources LISA, et la confirmation de leur nature de pulsar binaire. Par ailleurs, les binaires de trous noirs supermassifs, que l’on espère détecter par la chronométrie d’un réseau de pulsars millisecondes (programmes PTA) dans leur phase spiralante, seront des sources LISA quelques décennies après à l’instant de leur fusion. L’équipe ASTRO du LPC2E participe ainsi au groupe LISA France, pour le support apporté par la radioastronomie et pour des développements théoriques sur l’émission gravitationnelle des EMRI.

PTA – Pulsar Timing Array

Le programme Pulsar Timing Array est un projet international qui se décline à plusieurs échelles. Son objectif est la détection d’ondes gravitationnelles dans le domaine du nanoHertz au moyen de la chronométrie d’un réseau de pulsars stables répartis sur l’ensemble du ciel et observés avec une cadence de quelques jours. À l’échelle nationale, Ce programme est financé par l’ANR (PTA-France, 2019-2023, P.I. G.Theureau) et regroupe des chercheurs de l’équipe ASTRO du LPC2E et des chercheurs de l’équipe Gravitation du laboratoire parisien Astroparticules et Cosmologie (APC). À l’échelle européenne, l’European Pulsar Timing Array (EPTA) est constitué d’équipes issues de dix instituts : Max Planck Institut for Radio Astronomy, Max Planck Institut for Gravitational Physics et Université de Bielefeld (Allemagne), Institut ASTRON (Pays-Bas), Université de Manchester, Université de Birmingham et Université de Norwich (Royaume-Uni), Observatoire de Cagliari (Italie), Observatoire de Paris et Université d’Orléans (France). À l’échelle mondiale, l’EPTA est rejoint par les consortia Nord-Américain (NANOGrav), Australien (PPTA), Indien (InPTA), Chinois (CPTA) et Sud-Africain (MeerKAT), pour former l’International Pulsar Timing Array (IPTA – http://ipta4gw.org/). Au total dix grands radiotélescopes de 64 m à 300 m de diamètre effectif participent à ce programme : Jodrell Bank (Royaume Uni, 76 m), Westerbork (Pays-Bas, 97 m), SRT (Italie, 64 m), Effelsberg (Allemagne, 100 m), NRT (France, 94 m), GBT (États Unis, 100 m), Arecibo (États Unis, 200 m), FAST (Chine, 300 m), GMRT (Inde, 120 m), MeerKAT (Afrique du Sud, 110 m).