octobre 1, 2022

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Un astrophysicien aide à cartographier les origines de l’univers

Josh Gundersen, professeur de physique au Collège des arts et des sciences, fait partie d’une équipe internationale d’astronomes qui étudient des milliards d’années-lumière dans le passé pour étudier la naissance des galaxies en formation d’étoiles.



Pas plus gros qu’un four à micro-ondes, un appareil conçu et construit par un astrophysicien de l’Université de Miami qui aide une équipe internationale d’astronomes à obtenir une quantité massive de données sur la façon dont les soi-disant âges sombres de l’univers se sont terminés environ 400 millions d’années après le Big Bang.

Le refroidisseur de 125 livres de Josh Gundersen, construit en partie sur le campus Coral Gables de l’université, refroidit le réseau de récepteurs du radiotélescope de haute technologie à 15 degrés au-dessus du zéro absolu, garantissant que la parabole pourra capturer la lumière émise par les galaxies il y a des milliards d’années. .

Le cryostat de Gundersen et l’étudiant en ingénierie Hugo Medrano ont mis 18 mois à concevoir et un ingénieur six mois à assembler, installer et calibrer à l’observatoire radio Owens Valley de Caltech (OVRO). Il s’agit d’un élément essentiel du nouveau projet de réseau de cartographie du dioxyde de carbone, ou COMAP, une initiative qui aide à résoudre le mystère de la montée en flèche de la production d’étoiles dans l’univers primitif.

Dirigé par le California Institute of Technology, COMAP étudie l’origine des structures de l’univers primitif qui ont donné naissance aux galaxies que nous observons aujourd’hui, y compris les galaxies faibles ou cachées par la poussière. À l’aide d’une parabole radio Leighton de 10,4 mètres, le projet mesure les émissions de monoxyde de carbone (CO) à environ 11,5 milliards d’années-lumière.

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« Le dioxyde de carbone est la deuxième molécule la plus abondante dans l’univers, l’hydrogène moléculaire étant la première », a déclaré Gundersen, professeur de physique au Collège des arts et des sciences, dont les recherches vont de la Voie lactée à l’univers en passant par le Big Bang. . « Mais il s’avère que les molécules d’hydrogène sont très difficiles à observer », a-t-il déclaré. Par conséquent, nous utilisons les mesures de CO2 comme approximation pour mesurer de grandes accumulations de matériaux. Relativement facile à observer, il suit la matière moléculaire froide qui agit comme un réservoir pour la formation d’étoiles dans les galaxies nouvellement formées.

« Dans un sens très réel, nous utilisons ces observations pour remonter dans le temps à une époque où l’univers était un peu plus simple, où la première génération d’étoiles a commencé à briller et où les galaxies ont commencé à apparaître toutes ensemble », a poursuivi Gundersen.

Gundersen a noté que le processus revient à regarder un arbre de Noël la nuit avec des lumières allumées. Les lumières sur l’arbre ressemblent à la lumière directe et retraitée des étoiles, car le télescope spatial James Webb est très efficace pour voir, tandis que les branches sombres et fraîches de l’arbre ressemblent au matériau moléculaire que COMAP est conçu pour étudier. « Chacun d’entre eux est une manière complémentaire d’étudier l’univers primitif », a-t-il déclaré.

« La plupart des instruments peuvent voir la pointe d’un iceberg lorsqu’ils regardent des galaxies de cette période », a déclaré Kieran Cleary, chercheur principal à COMAP et codirecteur d’OVRO. « Mais COMAP verra ce qui se cache en dessous, à l’abri des regards. »

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Grâce au financement du Keck Institute for Space Studies et de la National Science Foundation, COMAP a récemment annoncé sa première année d’observations dans sept revues scientifiques. Bien que le projet n’ait pas encore détecté de signal de monoxyde de carbone, les résultats préliminaires montrent que l’étude devrait produire une détection robuste des émissions de dioxyde de carbone d’ici la fin de l’enquête actuelle en 2024-25, fournissant finalement l’image la plus complète. histoire de l’univers. Les étoiles se forment, selon Gundersen.

En raison des capacités spectrales du projet, il fournira cette image dans un format 3D « un peu comme un appareil IRM peut prendre des tranches de votre genou », a déclaré Gundersen. « La véritable excitation derrière cette approche de la cartographie de la densité des lignes est qu’elle ouvre une toute nouvelle voie pour étudier l’univers primitif, et nous sommes sur le point de saigner. »

Gundersen, qui a assisté à des spectacles de planétarium en tant qu’élève du primaire et a découvert une « erreur de cosmologie » au collège lorsque la légendaire série télévisée de Carl Sagan « Cosmos » est sortie et mise sous forme de livre, restera avec le projet COMAP jusqu’à sa fin, et peut-être même pour un moment.

« Nous sommes en train de rédiger des propositions pour étendre nos efforts en construisant des systèmes récepteurs supplémentaires de type Pathfinder ainsi que d’autres systèmes récepteurs qui peuvent explorer davantage l’univers », a-t-il déclaré. « Plus précisément, les instruments proposés devraient être capables d’explorer l’époque dite de réionisation lorsque les premières étoiles ont été allumées et ont ionisé la matière neutre de l’univers. »

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Parmi les autres institutions impliquées dans le projet figurent l’Institut canadien d’astrophysique théorique, le Jet Propulsion Laboratory, l’Université de New York, l’Université de Princeton, l’Université de Stanford, l’Université de Genève, l’Université d’Oslo, l’Université de Manchester et l’Université du Maryland.