La mission du Centre de recherche en astrophysique du Québec (CRAQ) est d’assurer une recherche scientifique de pointe dans le domaine de l’astronomie et de l’astrophysique au Québec, et de faire rayonner l’astronomie québécoise sur la scène mondiale. Pour ce faire, les chercheurs du CRAQ se sont rassemblés autour d’une thématique commune afin de se donner une vision d’ensemble pour « Comprendre l’Univers ».

Pour mener à bien cette tâche colossale nous nous intéressons tout autant aux processus astrophysiques microscopiques qu’à la formation des grandes structures dans l’Univers. Le CRAQ couvre ainsi les grands axes de recherche de l’astrophysique moderne, autant du point de vue théorique qu’observationnel: l’astrophysique stellaire (naines blanches, étoiles à neutrons, étoiles massives, systèmes binaires, physique solaire), les naines brunes et les planètes extrasolaires, l’astronomie galactique et extragalactique (milieu interstellaire, formation stellaire, trou noir super massif, évolution des galaxies) et la cosmologie (matière sombre, formation des grandes structures dans l’Univers). Les travaux de chercheurs du CRAQ s’articulent autour des thèmes suivants :

Formation, structure, évolution et mort des étoiles
Cet axe de recherche porte sur l’étude des étoiles, tant du point de vue théorique à l’aide de modèles calculés sur des supers ordinateurs, que du point de vue observationnel où nous utilisons des données obtenues à l’aide d’une panoplie de télescopes au sol et dans l’espace, dans tous les domaines de longueur d’onde. Nous nous intéressons à plusieurs étapes de l’évolution stellaire, allant du processus de formation des étoiles jusqu’à leur mort sous la forme de naines blanches, d’étoiles à neutrons et de trous noirs stellaires. Le CRAQ représente un pôle majeur de l’astrophysique stellaire au Canada.

Physique solaire
Le cycle d’activité magnétique du Soleil fournit l’énergie et module la fréquence de tous les phénomènes éruptifs ayant des impacts sur la Terre, que ce soit au niveau de la météo spatiale, des dommages aux infrastructures technologiques, ou de l’influence sur les variations à long terme du climat. Les travaux de recherche du groupe visent à améliorer notre compréhension des mécanismes physiques à l’origine des importantes fluctuations observées dans l’amplitude et la durée de ce cycle d’activité. Nos approches novatrices dans l’étude des effets structurants du champ magnétique solaire permettent maintenant d’envisager le couplage des modèles du cycle d’activité à ceux décrivant les variations de l’irradiance spectrale et de la luminosité solaire au cours du cycle d’activité, étape essentielle dans le but de mieux comprendre le rôle possible de l’activité solaire sur l’évolution du climat terrestre à long terme.

Exoplanètes et naines brunes
Plusieurs milliers de planètes extrasolaires ont été identifiées à ce jour. Ces découvertes nous ont révélé la diversité des systèmes planétaires. Des propriétés statistiques intéressantes émergent et devraient contribuer à notre compréhension des mécanismes de formation de ces systèmes. De même, de nombreuses naines brunes découvertes dans le voisinage solaire partagent plusieurs caractéristiques avec les planètes géantes récemment imagées et permettent de mieux comprendre ces dernières. Par le développement d’instruments astronomiques dans le domaine infrarouge, les astronomes du CRAQ sont à la recherche active de nouvelles planètes extrasolaires (ou exoplanètes) et de nouvelles naines brunes, dans le but de mieux établir les propriétés statistiques de ces objets sous-stellaires.

Physique du milieu interstellaire
Le milieu interstellaire est constitué de trois états gazeux (ions, atomes et molécules), d’une composante solide (grains de poussière) et de rayonnement. Toutes ces composantes sont en interrelations étroites et en constante évolution. Les étoiles, sources principales du rayonnement, se forment à partir de ce milieu, évoluent et meurent en y retournant des éléments chimiques plus lourds et en y ajoutant une énergie mécanique souvent importante. Le tout forme un vaste cycle évolutif, imbriqué, qui assure le développement d’une galaxie. De par la nature variée du milieu interstellaire, notre approche couvre, du point de vue des observations, une large étendue de longueurs d’onde, du visible au centimétrique.

Structure stellaire et gazeuse, dynamique et évolution des galaxies
Ce thème regroupe les recherches portant sur l’étude des étoiles avec celles sur la physique du milieu interstellaire afin de comprendre la formation et l’évolution des galaxies, que ce soit la nôtre (la Voie lactée) ou les autres galaxies dans l’Univers. Nous tentons ici de mieux comprendre l’interaction entre les différentes échelles d’organisation de la matière dans les galaxies et entre les galaxies, incluant la matière sombre qui constitue de 50 à 90% de la masse totale des galaxies, afin d’apporter de nouvelles contraintes dans l’étude de l’origine et de l’évolution des galaxies. Notre approche est autant observationnelle, impliquant de nombreux instruments que nous développons au sein du Centre, que théorique avec nos simulations numériques.

Astrophysique des hautes énergies
Nous étudions l’origine des rayons cosmiques et des rayons gammas de haute énergie grâce à l’analyse du rayonnement Cherenkov (créé par l’interaction des rayons cosmiques avec l’atmosphère terrestre) reçu au sol. Les chercheurs du CRAQ tentent de confirmer que ce rayonnement provient principalement des galaxies à noyau actif, possiblement les objets les plus énergétiques de l’Univers. Les chercheurs se servent entre autres des résultats obtenus à partir du projet VERITAS (Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System). Nous nous intéressons également à l’étude des objets les plus extrêmes de l’Univers dont les étoiles à neutrons et les trous noirs. Nous menons, entres autres, plusieurs projets de recherche sur les trous noirs supermassifs, incluant celui qui se trouve au centre de notre Galaxie. Afin d’atteindre ces objectifs, nous utilisons des données de plusieurs grands télescopes incluant Chandra, NuSTAR et le Very Large Array (VLA).

Cosmologie
Les chercheurs du CRAQ s’intéressent à l’étude de l’organisation de la matière à grande échelle dans l’Univers. Du point de vue des observations, nous contribuons à des expériences telles que le projet du South Pole Telescope et le nouveau télescope CHIME à grand champ afin de mesurer les distorsions dans le rayonnement fossile cosmologique qui provient des amas de galaxies. Ces expériences permettent de mesurer avec grande précision le taux d’expansion de l’Univers de même que l’importance du rôle qu’y joue l’énergie sombre. Nous développons aussi des modèles théoriques semi-analytiques, et des techniques de visualisation pour des projets spécifiques telles que la formation et l’évolution d’amas de galaxies ainsi que la réionisation de l’Univers et son effet sur la formation des galaxies.

Conception et fabrication d’instruments astronomiques
L’astrophysique expérimentale constitue un autre axe majeur du CRAQ qui vise la conception et la fabrication de nombreux instruments astronomiques de pointe. Ainsi, non seulement nos chercheurs utilisent une gamme d’instruments dans tous les domaines de longueurs d’onde (rayons-gamma, rayons-X, ultraviolet, visible, infrarouge, submillimétrique, radio), mais ils participent activement à la conception de plusieurs de ces instruments, dont certains pour les grandes missions terrestres et spatiales, présentes et futures (p.ex. le Thirty Meter Telescope et le James Webb Space Telescope). Les activités de développement impliquent des collaborations majeures avec l’industrie locale et nationale (INO, ABB-Bomem, ImmerVision, Photon etc., NüVü, Telops et ComDev). Les instruments conçus dans nos laboratoires rehaussent les performances des infrastructures nationales et internationales (p.ex. TCFH, Gemini, OMM, VERITAS, SPT, NuSTAR) utilisées par la communauté scientifique de même que celles qui le seront bientôt (p.ex. CHIME, JWST, TMT). C’est grâce à la capacité de nos membres, à coordonner l’ensemble des développements d’instruments, que le CRAQ peut s’enorgueillir d’être le meneur de l’instrumentation astronomique en milieu universitaire au Canada. Nous contribuons grandement à l’avancement de domaines de recherche prioritaires, avec des retombées technologiques importantes pour le Québec et le Canada. Dans ce contexte, l’Observatoire du Mont-Mégantic (OMM) constitue un outil précieux de développement, de recherche et de formation. Muni d’une demi-douzaine d’instruments (en grande partie développés par nos chercheurs), le télescope de l’OMM constitue une plateforme idéale de test pour l’instrumentation en plus de fournir des observations pour alimenter l’axe astrophysique.

Les activités scientifiques des membres du CRAQ contribuent non seulement à l’avancement des connaissances en astrophysique sur la scène mondiale, mais les chercheurs sont également impliqués dans des activités de rayonnement auprès du grand public québécois qui répondent aux grandes questions fondamentales que l’être humain se pose sur l’univers qui l’entoure et sur la place qu’il occupe à l’intérieur de cet univers.