Les Enjeux de l'Instrumentation Optique pour l'Astrophysique

Les Enjeux de
l’Instrumentation Optique
pour l’Astrophysique
Pierre Kern
Instrumentation Optique pour l’Astrophysique - Le Bourget du Lac, 18 Octobre 2011, Journée Optique Régionale Rhône-Alpes
jeudi 20 octobre 11QUELS ENJEUX ?
L’astrophysique se base de manière centrale sur des
techniques d’observation.
Des outils spécifiques vont être nécessaires pour
adresser chaque grandes questions posées :
L’évolution de l’Univers ?•
Comment étoiles et planètes se forment ? •
Sommes nous seuls dans l’univers, y a t il de la vie •
ailleurs ?
Est ce que les lois de la physique, telles qu’observées •
sur terre sont toujours valides dans des conditions
extrêmes ailleurs dans l’univers ?
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jeudi 20 octobre 11Quelles moyens d’investigation ?
Par exemple :
Les grands relevés, nécessitent de faire des images grand champ sur une •
partie du ciel aussi large que possible : l’enjeu est dans la surface des récepteurs
Pour des relevés profonds, il est nécessaire de gagner en sensibilité en •
augmentant la surface collectrice, les temps d’exposition
L'osculation des étoiles naissantes et la formation de planètes à leur périphérie •
nécessitent une très grande résolution angulaire (optique adaptative,
interférométrie) et une très grande dynamique (coronographie, transit).
L’analyse de l’influence d’un objet massif sur son environnement nécessite une très •
grande précision angulaire (astrométrie, spectroscopie par vitesse
radiale extrêmement précise) comme dans le cas d’un trou noir, ou d’un système
étoile/planètes.
L’analyse de la fuite des galaxies les plus lointaines pour valider les lois d’expansion •
de l’univers, nécessite de la spectroscopie multi-objet
Suivant les phénomènes observés à des température différentes il sera nécessaires •
d’observer à des longueurs d’onde différentes
...•
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jeudi 20 octobre 11LES ENJEUX DE L’INSTRUMENTATION OPTIQUE
POUR L’ASTROPHYSIQUE
Les instruments existants sur des télescopes au sol•
Trouver et analyser des Exo-planètes•
Variation sur le thème de l’Optique Adaptatives•
Spectroscopie Multi Objet, l’exemple de MUSE•
Futur très grand télescope : E-ELT•
A plus long terme ...•
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jeudi 20 octobre 11LES TÉLESCOPES OPTIQUES FRANÇAIS EN OPÉRATION
LEURS INSTRUMENTS RÉCENTS OU EN COURS DE CONSTRUCTION
le VLT / VLTi ESO✓
instruments simple pupille : MUSE, SPHERE, KMOS, ...•
instruments interférométriques: PRIMA, PIONIER, GRAVITY, MATISSE•
le CHFT✓
MEGACAM, WIRCAM, SPIROU•
le TBL✓
NARVAL•
l’OHP✓
SOPHIE•
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jeudi 20 octobre 11QUELS OUTILS POUR LA RECHERCHE ET
L’ANALYSE DES EXO-PLANÈTES
A ce jour 693 planètes
détectées
Vitesses Radiales
•. Masse minimum 527 systèmes planétaires
• 643 planètes. P, a, e, ω, T
0 • 76 systèmes planétaires multiples
Astrométrie
. Masse minimum
. 8 systèmes planétairesChronométrage . P, a, e, ω, T • 12 planètes0
• 3 systèmes planétaires multiples
. Masse
• 12 systèmes planétairesMicro-lentille gravitationnelle . P, a (Un seul événement) • 13 planètes
• 1 systèmes planétaires multiples
Transit planétaire . Rayon
. 171 systèmes planétaires
. P, a, i, T • 184 planètes(Eclipse secondaire) 0
• 14 systèmes planétaires multiples

Imagerie . Masse
•. P, a, e, i, ω, T 22 systèmes planétaires0
• 25 planètes
• 1 systèmes planétaires multiplesInterférométrie
. Masse
. P, a, e, ω, T
0
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jeudi 20 octobre 11
directes IndirectesL’ANALYSE DES EXO-PLANÈTES
Stars&'&BDs
Grands relevés
BDs&'&Planets
Vitesses Radiales
Images à haute
Transits résolution et haut
contraste
lentilles gravitationnelles
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jeudi 20 octobre 11MESURE DE VITESSES RADIALES : SOPHIE / OHP
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jeudi 20 octobre 11


MESURE DE VITESSES RADIALES : / CFHT Cassegrain Module
System Description• Injection Module
Spectro-polarimètre proche IR 0,98 - 2,4 µm• – Atmospheric dispersion correction (ADC) up to air mass 2.7 (i.e. zenith to 70°)
Résolution spectrale > 70 000 (2 km/s/pixel)• – Tip tilt stability injection at the entrance aperture ~ 0.03" RMS
– Entrance pinhole within mirror & camera should provide viewing in a 100” field• Cassegrain Unit
• Polarization– Injection/Calib
Module – Simultaneous observation of orthogonal polarizations – Polarimeter
– Crosstalk in polarization < 1% Module
• Throughput in spectral range [0.98 m - 2.4 m] > 60% • RV reference &
Calibration • Thermal background < telescope or sky emission @2.4 m
Modules
• Compatible with the allowed budget (weight & volume) at telescope bonnette • Fibres link (&
slicer)
• Cryogenic
Chamber
Les Saddlemyer and Yoan Micheau – Spectograph
– Science
Detector
• Instrument
Control
• Data Reduction
Software

Les Saddlemyer and Yoan Micheau
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jeudi 20 octobre 11OPTIQUE ADAPTATIVE
Corriger les effets de la turbulence atmosphérique, une
technologie maintenant arrivée à maturité pour les
applications standard:
Premières images en 1989 / Come-On•
Premier instrument sur le VLT, NAOS 2001•
Standard sur les instrument VLT de seconde génération : •
SPHERE, GRAVITY, MUSE, AOF
C’est maintenant une instrumentation de base pour tout
télescope et une spécialisation est poussée pour s’adapter à
chaque besoin
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