L'Observatoire européen austral (ESO) a signé un accord avec le CNRS pour doter le radiotélescope ALMA d'un processeur nouvelle génération. Une pièce maîtresse dans la plus grande refonte technique jamais entreprise sur ce géant de l'astronomie.

Les antennes d'ALMA, dans le désert chilien de l'Atacama, sous un ciel étoilé traversé par la Voie lactée. © ESO
Les antennes d'ALMA, dans le désert chilien de l'Atacama, sous un ciel étoilé traversé par la Voie lactée. © ESO

Perché à plus de 5 000 mètres d'altitude dans le désert d'Atacama au Chili, ALMA scrute l'univers depuis plus de dix ans avec ses 66 antennes ultra-sensibles. Mais la technologie d'origine, conçue au début des années 2000, commence à faire son âge au regard des ambitions actuelles des astronomes. C'est dans ce cadre que l'ESO, partenaire européen d'un consortium international qui réunit aussi le Canada, le Japon, les États-Unis, Taïwan et la Corée du Sud, s'est engagé dans la Wideband Sensitivity Upgrade, un chantier titanesque dont le nouveau processeur officialisé la semaine dernière avec le CNRS doit transformer les capacités d'observation du télescope d'ici la fin de la décennie.

Comment l'ESO prépare la plus grande mise à niveau du télescope ALMA

C'est la semaine dernière, lors d'une cérémonie virtuelle, que l'ESO a officialisé son partenariat avec le CNRS pour développer le WIFP, un processeur de fréquence intermédiaire à large bande. Cette pièce technologique doit numériser les signaux captés par les antennes d'ALMA avant leur acheminement vers le corrélateur, le supercalculateur qui combine toutes les données. Éric Villard, Martin Zwaan et Elizabeth Humphreys représentaient l'ESO à la signature, aux côtés de l'équipe bordelaise portée par Sean Raymond, Benoit Lavraud et Benjamin Quertier-Dagor, et d'Álvaro González, directeur adjoint du développement d'ALMA, basé au Chili.

On sait que les antennes du radiotélescope ALMA captent des ondes millimétriques et submillimétriques, qui correspondent à des fréquences allant de dizaines de gigahertz jusqu'au terahertz. Ces signaux, bien trop rapides pour être traités tels quels, doivent d'abord être convertis en fréquences dites « intermédiaires », plus faciles à manipuler. C'est exactement le rôle qu'aura le WIFP, qui devra préparer ces données brutes avant leur grand voyage numérique vers le corrélateur. Au passage, le processeur assurera aussi le traitement numérique du signal, l'horodatage ultra-précis et la mesure de puissance totale, pour chacune des 66 antennes.

Un mot des performances. Le futur système échantillonnera, autrement dit il « photographiera » les signaux captés par les antennes beaucoup plus souvent, à savoir 40 milliards de fois par seconde, soit dix fois plus qu'aujourd'hui. Plus on prend de mesures par seconde, plus l'image finale de l'univers est précise et riche en détails. Selon l'ESO, le gain d'efficacité sera comparable à l'ajout de six antennes supplémentaires, sans qu'il y ait besoin de construire la moindre nouvelle parabole. Notons que le WIFP est développé avec le Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux, et qu'il doit être achevé d'ici mi-2028.

Un kit de développement Agilex 9 d'Altera, utilisé pour prototyper le futur processeur WIFP d'ALMA. © ESO
Un kit de développement Agilex 9 d'Altera, utilisé pour prototyper le futur processeur WIFP d'ALMA. © ESO

Une refonte totale pour repousser les limites de l'univers observable

Le WIFP n'est qu'une pièce du puzzle, nous fait comprendre l'ESO. En réalité, il s'inscrit dans la Wideband Sensitivity Upgrade (WSU), la plus grande refonte jamais menée sur ALMA depuis sa conception, dans les années 2000. Concrètement, presque tout le télescope va être modernisé. Cela comprend les récepteurs, qui captent les ondes venues de l'espace ; les convertisseurs, qui transforment ces ondes en données numériques ; les câbles à fibre optique, qui les transportent ; et le corrélateur, qui les assemble pour reconstituer l'image finale du cosmos.

Une fois terminée, la mise à niveau doublera la largeur de bande observable dans un premier temps, avant de la quadrupler à terme. Le corrélateur, le supercalculateur qui fusionne les données des 66 antennes, traitera donc bientôt plus de 40 fois plus d'informations par seconde. Les récepteurs de la bande 2, pilotés par l'ESO, seront les premiers à passer sous le bistouri. Et autre nouveauté notable, la résolution spectrale complète sera disponible sur toute cette bande passante élargie, ce qui aidera à observer des dizaines de raies spectrales en même temps, le tout à haute résolution.

Les astronomes pourront sonder les disques protoplanétaires plus vite et plus finement, ou explorer l'univers lointain jusqu'à trois fois plus rapidement qu'aujourd'hui avec, en prime, une sensibilité accrue pour détecter des objets plus faibles et plus distants. De quoi mieux comprendre la formation des toutes premières galaxies. Priorité absolue de la feuille de route ALMA 2030, présentée dès 2018, ce chantier gigantesque doit être en grande partie achevé d'ici la fin de la décennie, nous le disions. Selon l'ESO, il ne devrait pas interrompre les observations en cours.