NenuFAR

Entre l'émission du rayonnement de fond cosmologique à 3K, environ 400 000 ans après le Big Bang, et l'apparition des premières galaxies, quelques centaines de millions d’années plus tard, se trouvent les âges sombres de l'Univers, puis l'aube cosmique quand apparaissent les premières étoiles. La théorie[5] prédit que l’interaction entre matière noire, hydrogène et rayonnement doit produire un signal correspondant à la raie à 21 cm (soit 1420 MHz) de l’hydrogène atomique décalée vers le rouge à des redshifts z entre 15 et 30, soit des fréquences comprises entre 50 et 100 MHz. Ce signal est détectable de 2 manières : une bande d’absorption large dans le spectre plein ciel vers 60-80 MHz, et un spectre de fluctuations angulaires aux mêmes fréquences. La détection du signal plein ciel a été annoncée en 2018 par l’expérience australienne EDGES [6], et reste à confirmer. Pour mesurer le spectre des fluctuations, avec des fluctuations d'échelle typique 10' à 1° dans le ciel[7], le mode imageur de NenuFAR, qui combine grande aire effective et compacité, est adapté.

Une fraction au moins des plus de 3800 exoplanètes connues aujourd'hui[8] est probablement magnétisée et interagit électromagnétiquement avec son étoile hôte[9] - [10] - [11]. La détection du rayonnement radio correspondant apportera des informations uniques sur le champ magnétique et la structure interne des exoplanètes détectées, leur période de rotation, le couplage spin-orbite et l'inclinaison orbitale, leur type d'interaction avec l'étoile hôte (dont les éruptions peuvent elles-mêmes donner lieu à des émissions radio détectables) et les énergies en jeu[12]. Il fournira des contraintes sur l'habitabilité des planètes concernées[13].  Elle ouvrira un nouveau champ thématique: l'étude comparée des magnétosphères et des plasmas exoplanétaires. NenuFAR couvrira les fréquences au-dessous de 85 MHz, particulièrement bien adaptées à cette recherche: par exemple, Jupiter produit un tel rayonnement, très intense uniquement aux fréquences inférieures à 40 MHz.

La haute sensibilité instantanée et le grand champ de vue de NenuFAR sont bien adaptés à la recherche et l'étude de pulsars aux basses fréquences. On en attend de nouvelles détections, des contraintes nouvelles sur la magnétosphère des pulsars et leur mécanisme d'émission radio (aujourd'hui mal compris), et l'étude approfondie des effets de propagation qui affectent le signal radio lors de sa traversée du milieu interstellaire (et en conséquence une possible amélioration du chronométrage du temps d'arrivée des impulsions, cruciale pour la recherche d'ondes gravitationnelles et l'étude de la gravité en champ fort). Le mode Beamformer est très bien adapté, pourvu que les données enregistrées alimentent un pipeline logiciel destiné à la détection de ces signaux particuliers. C’est ce que fait le calculateur dédié UnDySPuTeD développé par le Laboratoire de Physique et Chimie de l'Environnement et de l'Espace à Orléans (LPC2E) et la Station de Radioastronomie de Nançay. Les premières données ont déjà permis la détection de nombreux pulsars[14].

Outre les pulsars, exoplanètes et étoiles, NenuFAR conduira en mode radio-imageur un programme de recherche systématique à grand champ d'émissions radio transitoires avec une sensibilité de 0.1-1 Jansky en mode rapide et 1-10 mJy en mode lent. Les émissions attendues incluent la contrepartie radio cohérente impulsive prédite en association avec les émissions d'ondes gravitationnelles ou de sursauts gamma causés par des événements catastrophiques lointains (par exemple la coalescence d'étoiles à neutrons), les pulses géants de pulsars extragalactiques et les mystérieux Fast Radio Bursts (FRB) connus depuis 2007[15] - [16] - [17].

En mode superstation, la grande sensibilité et la haute résolution angulaire de LOFAR + NenuFAR permettront pour la première fois d'aborder aux fréquences inférieures à 100 MHz l'étude (morphologie, polarisation, statistique) des galaxies et galaxies à noyau actif et de leur environnement diffus, clé de leur évolution.

En mode superstation LOFAR, les mesures par effet Faraday de la structure fine du champ magnétique interstellaire (qui peuvent être combinées aux mesures des effets de propagation sur les pulsars) donneront accès à l'étude de la turbulence du plasma interstellaire.

(en) Site officiel