Reinhard Genzel et les instruments sur mesure qui ont révélé le centre galactique

À l'âge de seize ans à Fribourg, en Allemagne, Reinhard Genzel a construit un spectromètre optique à partir de composants de base sur un établi avec son père, en l'ajustant jusqu'à ce qu'il puisse séparer nettement le doublet D du sodium. Né à Bad Homburg près de Francfort en 1952, Genzel avait passé sa petite enfance dans un appartement situé juste au-dessus des laboratoires de physique universitaire où son père enseignait. Selon le récit biographique de Genzel, cette leçon précoce sur la fabrication d'instruments sur mesure a jeté les bases de son approche de l'astrophysique expérimentale tout au long de sa vie.

Prismes, javelots et télescope de l'Eifel

En dehors du laboratoire, Genzel s'est illustré comme un lanceur de javelot junior de haut niveau, s'entraînant avec l'équipe nationale ouest-allemande pour les Jeux olympiques de Munich en 1972. Lorsqu'une grave blessure au coude a brutalement mis fin à sa carrière sportive au début des années 1970, il a réorienté son énergie vers des études de physique à l'université. Son père, lui conseillant d'éviter les domaines très convoités comme la physique nucléaire, la physique des particules et la physique de l'état solide, lui a suggéré la radioastronomie. Il a orienté Genzel vers le tout nouveau Max-Planck-Institut pour la radioastronomie de Bonn, qui exploitait un puissant télescope mono-parabole de 100 mètres dans les montagnes de l'Eifel.

Interféromètres et observatoires embarqués

Genzel a fait ses débuts en radioastronomie au moment même où la spectroscopie moléculaire révélait de nouveaux détails sur l'espace interstellaire. Pour ses travaux de thèse de doctorat menés de 1976 à 1978, Genzel a étudié les masers à vapeur d'eau interstellaires — des émissions micro-ondes naturelles et intenses provenant de nuages denses de gaz cosmique. Pour résoudre ces petits nuages de masers très compacts, Genzel et ses collaborateurs ont relié la parabole de 100 mètres de Bonn à un réseau intercontinental via l'interférométrie à très longue base, démontrant que ces masers étaient comprimés par des chocs supersoniques à proximité d'étoiles massives en formation.

En 1980, Genzel a rejoint le groupe de recherche de Charles Townes à l'université de Californie à Berkeley, devenant enseignant-chercheur titulaire à l'âge de 29 ans. À Berkeley, l'équipe a mis au point des instruments expérimentaux pour observer les émissions infrarouges et sous-millimétriques de l'espace profond. Ils ont embarqué un spectromètre Fabry-Pérot à haute résolution à bord de l'observatoire aéroporté Kuiper de la NASA, effectuant des observations au plus haut de la stratosphère. Élément marquant de cet héritage technique, le spectromètre utilisait des filtres à grille métallique tendue conçus à partir d'une technologie que le père de Genzel avait inventée des années plus tôt.

Construire du matériel pour négocier du temps de télescope

En 1986, Genzel est retourné en Allemagne pour prendre la direction du Max-Planck-Institut pour la physique extraterrestre (MPE) à Garching. Au MPE, il a hérité d'un groupe de recherche modeste de douze personnes et a entrepris de développer des projets d'ingénierie matérielle ambitieux. Les grandes installations astronomiques autorisant rarement des instruments visiteurs non validés sur leurs miroirs primaires, Genzel a adopté un mécanisme d'échange : son équipe a concouru pour concevoir et fabriquer des instruments complexes destinés à ces observatoires, troquant son travail d'ingénierie contre du temps de télescope garanti.

Grâce à cette stratégie, l'équipe de Genzel a construit 25 instruments astronomiques distincts en l'espace de trois décennies. Parmi les premiers projets figurait la caméra à tavelures SHARP destinée au New Technology Telescope de l'Observatoire européen austral, qui corrigeait les turbulences atmosphériques pour capturer des images infrarouges très nettes. Plus tard, le MPE a dirigé le développement du combineur de faisceaux GRAVITY pour l'interféromètre du Very Large Telescope, combinant la lumière de quatre télescopes géants de huit mètres pour atteindre une résolution spatiale sans précédent.

Conserver le contrôle des machines

En conservant un contrôle direct sur les équipements physiques — depuis les premiers filtres à grille métallique jusqu'aux combineurs de faisceaux optiques —, le groupe de recherche de Genzel s'est affranchi de la compétition habituelle pour obtenir de courts créneaux d'observation. Le temps de télescope garanti obtenu en construisant ces instruments a offert à ses équipes d'importants créneaux pluriannuels, indispensables pour suivre l'orbite des étoiles autour du trou noir supermassif au centre de la Voie lactée.

Illustration éditoriale générée par IA ; ce n’est pas une photographie documentaire.

Source: Nobel Prize Reinhard Genzel