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Ancien lauréat
Bourse commémorative E.W.R. Steacie de 2008

Barth Netterfield

Physique

University of Toronto


Barth Netterfield
Barth Netterfield

Barth Netterfield aime bien s’amuser avec des ballons, mais pas n’importe lesquels! Portant des noms tels que BOOMERANG, BLAST et Spider, ses jouets s’envolent jusqu’à la stratosphère en transportant des télescopes complexes conçus pour recueillir des données au sujet des origines de l’Univers, qui remontent à près de 14 milliards d’années.

En collaboration avec des collègues du monde entier, M. Netterfield étudie, à l’aide de son ballon, des phénomènes tels que la formation des étoiles et les caractéristiques du rayonnement de fond cosmologique (RFC) – l’empreinte laissée par les rayonnements émis lors du big bang. Il est l’un des plus grands spécialistes de la cosmologie expérimentale. Ses travaux sur ce genre de phénomènes astronomiques lui ont valu une Bourse commémorative E.W.R Steacie du CRSNG.

M. Netterfield explique que l’étude de l’Univers est en fait une leçon d’histoire. La lumière qui se rend jusqu’à nous donne des renseignements non pas sur ce que sont les choses aujourd’hui, mais sur ce qu’elles étaient lorsque cette lumière a été émise d’une galaxie éloignée. Pour étudier le RFC, qui date d’environ 300 000 ans après le big bang, il faut donc observer les confins de l’Univers connu.

M. Netterfield ajoute que bien que le RFC ait pris naissance sous forme d’une lumière générée par le plasma (des gaz incandescents d’une température d’environ 3 000 °C), il n’est pas perçu actuellement comme une lumière visible en raison du décalage Doppler. Ce phénomène est similaire à celui qui se produit lorsque le son d’une sirène s’intensifie quand il s’approche et s’affaiblit quand il s’éloigne. Lorsque la source des ondes sonores ou lumineuses s’éloigne de l’observateur, les ondes s’allongent et leur fréquence diminue.

Comme les plus lointaines galaxies s’éloignent de nous presque à la vitesse de la lumière, le rayonnement qu’elles émettent est décalé par effet Doppler à une longueur d’onde beaucoup plus grande que les infrarouges, soit le domaine des micro-ondes. De fait, lorsque les scientifiques ont été en mesure de détecter pour la première fois le RFC en 1964, ils ont découvert qu’il émettait une énergie équivalente à un corps dont la température n’est que de quelques degrés supérieure au zéro absolu, c’est à dire environ 270 °C au-dessous de zéro.

M. Netterfield a joué un rôle majeur dans plusieurs initiatives entreprises récemment pour percer d’autres secrets de l’Univers, notamment le projet BOOMERANG (Balloon Observatory of Millimetric Extragalactic Radiation and Geophysics). Ce projet a permis entre autres de déterminer la densité énergétique et les caractéristiques géométriques de l’Univers; de calculer, avec plus de précision que jamais, l’âge de l’Univers; ainsi que de confirmer, de nombreuses façons, la théorie selon laquelle l’Univers est principalement composé de matière noire et d’énergie sombre.

Pour faire de la recherche de pointe sur le RFC, on a besoin d’observatoires terrestres et de satellites ainsi que des télescopes transportés par les ballons de M. Netterfield. Celui-ci est reconnu, à l’échelle internationale, comme un expert de la conception et de la fabrication de ces ballons. En plus de travailler au matériel, il conçoit des logiciels de gestion et contribue à l’élaboration de nouvelles techniques d’analyse.

M. Netterfield s’intéresse aux ballons notamment parce qu’ils sont relativement peu coûteux et réutilisables et qu’ils peuvent être fabriqués rapidement. « Les satellites seront meilleurs, mais les ballons seront les premiers », affirme-t-il. Les ballons comportent un autre avantage : ils permettent d’obtenir des résultats assez rapidement pour que les étudiants des cycles supérieurs puissent participer à chaque étape d’un projet de recherche. « Dans un cadre universitaire, les ballons sont fantastiques, ajoute-t-il. Ils constituent l’outil de formation idéal aux fins des projets scientifiques axés sur l’étude de l’espace. »

Même si les ballons sont moins coûteux que de nombreux autres instruments utilisés pour les projets d’astrophysique, de nombreux établissements et chercheurs doivent apporter leur contribution pour les amener jusqu’au décollage. Et ce travail d’équipe se poursuit une fois les données recueillies. M. Netterfield souligne qu’à la suite d’un vol récent du ballon BLAST (Balloon-borne Large Aperture Sub-millimetre Telescope), on a obtenu plus de données que l’équipe de recherche ne pouvait traiter. On a notamment fait la découverte fascinante de centaines de noyaux protostellaires, qui vont finir par s’écrouler pour former de grosses étoiles. « Nous avons hâte de diffuser les données pour que les gens puissent les utiliser, déclare-t-il. Mais nous voulons aussi être les premiers à publier. C’est toujours une question d’équilibre. Il s’agit d’excellentes données avec lesquelles il sera possible de réaliser beaucoup de travaux scientifiques. »

Il est bien connu que M. Netterfield accepte volontiers de partager l’information, même s’il reconnaît que dans le milieu concurrentiel des sciences d’aujourd’hui, la communication des connaissances comporte des risques. « Je veux aborder cette question en évaluant ce qu’il est mieux de faire dans l’intérêt de la science, déclare-t-il. À la fin de la journée, nous voulons que nos travaux aient des retombées. Pour cela, il faut diffuser les connaissances. » Sa générosité l’amène même à mettre à la disposition des autres les logiciels qu’il conçoit pour la réalisation d’expériences, s’il a l’impression qu’ils peuvent leur être utiles.

Dans le cadre de ses travaux à titre de boursier Steacie, M. Netterfield relèvera un autre défi : essayer de résoudre le prochain mystère du RFC. Selon la théorie de l’inflation, une amélioration de la théorie du big bang, l’expansion initiale de l’Univers a été plus rapide que la vitesse de la lumière. Il devrait donc être possible de détecter une onde de gravité cosmique en raison d’une polarisation particulière du RFC. Le ballon Spider (appelé ainsi en raison de sa forme originale), que M. Netterfield espère lancer en 2009, transportera de l’équipement extrêmement complexe qui cherchera ce signal.

Si l’expérience réalisée à l’aide du ballon Spider est concluante, les astronomes pourront remonter encore plus loin dans l’histoire et découvrir des événements qui se sont produits une minuscule fraction de seconde après le big bang. Bien sûr, cela aura pour effet de soulever encore plus de questions au sujet de la formation de l’Univers, mais M. Netterfield est prêt à relever le défi.