Le détecteur infrarouge lointain KID atteint la sensibilité la plus élevée possible

L’astronomie a un angle mort dans le domaine du rayonnement infrarouge lointain par rapport à la plupart des autres longueurs d’onde. Un télescope spatial infrarouge lointain ne peut utiliser sa pleine sensibilité qu’avec un miroir activement refroidi à des températures inférieures à 4 Kelvin (-269 ℃). Un tel télescope n’existe pas encore, c’est pourquoi il y a eu peu d’investissements mondiaux dans le développement de détecteurs correspondants.

En 2004, SRON a décidé de briser ce cycle et d’investir dans le développement de détecteurs à inductance cinétique (KID). Désormais, des chercheurs du SRON et de la TU Delft ont atteint la sensibilité la plus élevée possible, comparable à la sensation de la chaleur d’une bougie sur la lune depuis la Terre. Leur étude paraît dans Astronomie & Astrophysique le 6 septembre.

Ces dernières années, nous avons été gâtés par les plus belles images des télescopes fonctionnant avec les rayons X, l’infrarouge, la radio et la lumière visible. Pour n’en citer que quelques-uns : l’image du trou noir dans M87, le Hubble Extreme Deep Field ou l’image bébé d’un système planétaire. Mais dans un domaine de longueur d’onde, l’astronomie est relativement aveugle : l’infrarouge lointain, notamment aux longueurs d’onde comprises entre 300 μm et 10 μm.

L’atmosphère terrestre bloque la majeure partie de ce rayonnement pour les télescopes au sol, tandis que les télescopes spatiaux ont souvent une température telle qu’ils aveuglent leurs détecteurs avec le rayonnement infrarouge lointain qu’ils émettent eux-mêmes. Avec autant de bruit, il n’y a guère d’incitation à consacrer de grosses sommes d’argent au développement de détecteurs infrarouges lointains plus sensibles. Et avec un manque de détecteurs sensibles, les gouvernements n’alloueront pas de fonds aux télescopes silencieux super refroidis.

Percée

Au début de ce siècle, SRON a décidé de briser le schéma et d’investir dans le développement de détecteurs à inductance cinétique (KID). Cette décision porte désormais ses fruits. En collaboration avec la TU Delft, les chercheurs du SRON ont presque perfectionné la technologie en la rendant suffisamment sensible pour voir le rayonnement de fond permanent de l’univers.

« Une sensibilité encore plus élevée n’aurait aucune utilité », déclare Jochem Baselmans (SRON/TU Delft). « Parce que vous serez toujours limité par le bruit du rayonnement de fond de l’univers. Ainsi, notre technologie fournit aux constructeurs de télescopes tels que la NASA et l’ESA des détecteurs d’infrarouge lointain aussi sensibles que possible. Nous voyons déjà deux propositions soumises à la NASA pour un super-refroidi télescope. Ceux-ci sont beaucoup plus chers que les télescopes relativement chauds, mais nos KID en valent la peine. »

Écart térahertz

Les KID aident l’astronomie à combler l’écart térahertz, nommé d’après la fréquence de la lumière infrarouge lointaine. Les astronomes passent maintenant à côté de la lumière produite par les étoiles dans le lointain et jeune univers, laissant un vide dans notre connaissance de l’évolution stellaire. De plus, le fossé térahertz est une occasion unique pour les astronomes aventureux de plonger dans l’inconnu.

« Vous ne savez pas ce que vous ne savez pas. Le champ profond de Hubble a été créé en pointant le télescope Hubble sur un morceau de ciel d’un noir absolu avec apparemment rien dedans. Par la suite, des milliers de galaxies ont émergé, d’une zone plus petite moins d’un pour cent de la pleine lune », explique Baselmans.

La sensibilité que les chercheurs ont obtenue avec leurs KID peut être mieux décrite par une bougie hypothétique sur la lune. Imaginez-vous debout sur Terre – ou flottant juste au-dessus de l’atmosphère – et levez la main pour sentir la chaleur de la bougie. Cela vous semble un exercice futile ? Pas pour un ENFANT. C’est même dix fois plus sensible que ça. Avec un temps d’intégration d’une seconde, un KID peut détecter aussi peu que 3*10-20 watts.