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Posté par Adrien le Samedi 05/08/2017 à 00:00
Un dispositif d'optique adaptative de pointe capte sa première lumière
MUSE  VLT  ESO 
Le quatrième télescope (Yepun) du Very Large Telescope (VLT) de l'ESO vient d'être changé en un télescope totalement adaptatif. Après plus d'une décennie de planification, de construction et de test, le nouveau dispositif d'optique adaptative (AOF) a capturé sa première lumière (L'expression première lumière désigne le moment où un télescope astronomique nouvellement installé reçoit et enregistre ses premiers photons venus du ciel. Les astronomes utilisent ce terme pour...) grâce à l'instrument MUSE, offrant des images incroyablement résolues de nébuleuses planétaires et de galaxies (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la suite de deux...). Le couplage de l'AOF et de MUSE forme un système parmi les plus avancés et les plus puissants, technologiquement parlant, jamais construits pour les besoins de l'astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs...) sol.


L'installation d'optique adaptative (L'optique adaptative est une technique qui permet de corriger en temps réel les déformations évolutives et non-prédictives d'un front d'onde grâce à un miroir déformable.) (AOF) est un projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de...) à long-terme destiné à doter d'un système d'optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) adaptative les instruments du quatrième télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique permettant...) (UT4) du Very Large Telescope (VLT) de l'ESO - le premier d'entre eux à en bénéficier est MUSE, l'explorateur spectroscopique à unités multiples (1). L'optique adaptative vise à compenser le brouillage des images généré par l'atmosphère de la Terre (L'atmosphère terrestre est l'enveloppe gazeuse entourant la Terre solide. L'atmosphère sèche est constituée de 78,11 % d'azote, 20,953 % d'oxygène et de 0,934 %...), et donc à permettre à MUSE d'acquérir des images bien plus nettes et contrastées qu'auparavant. A présent, MUSE peut étudier les objets les plus faibles de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.).

"Désormais, même lorsque les conditions météorologiques ne sont pas parfaites, les astronomes peuvent acquérir des images de qualité exceptionnelle grâce à l'AOF", explique Harald Kuntschner, scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) du projet AOF à l'ESO.

Après avoir effectué quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un groupe de choses.) de tests sur le nouveau système, l'équipe d'astronomes et d'ingénieurs s'est vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) récompensée par l'obtention d'une série d'images spectaculaires. Les astronomes ont pu observer les nébuleuses planétaires IC 4406 dans la constellation (Une constellation est un ensemble d'étoiles dont les projections sur la voûte céleste sont suffisamment proches pour qu'une civilisation les relie par des lignes imaginaires, traçant ainsi une figure sur la voûte...) du Loup (Canis lupus, est l'espèce de loups de la famille des Canidés la plus répandue. Elle a plusieurs noms vernaculaires : Loup gris, Loup commun, Loup...) et NGC 6369 dans la constellation d'Ophiuchus. Grâce à l'AOF, les images acquises par MUSE se sont révélées bien plus nettes que celles obtenues par le passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble des configurations successives du monde et s'oppose au futur sur une échelle des temps centrée sur le présent. L'intuition du...). Des structures en forme de coquille  sont ainsi apparues sur les clichés de IC 4406 (2).

L'AOF, qui a permis ces observations, est composé de nombreux éléments travaillant de concert. Parmi ceux-ci figurent l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme l'énonçait...) de quatre étoiles guides laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le...) (4LGSF) et le miroir (Un miroir est un objet possédant une surface suffisamment polie pour qu'une image s'y forme par réflexion et conçu à cet effet. C'est souvent une couche...) secondaire déformable très mince de l'UT4 (3) (4). L'ensemble 4LGSF émet quatre faisceaux laser de 22 watts destinés à exciter les atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec...) de sodium (Le sodium est un élément chimique, de symbole Na et de numéro atomique 11. C'est un métal mou et argenté, qui appartient aux métaux alcalins. On ne le trouve pas à l'état de...) présents dans la haute atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :), et donc à générer des étoiles artificielles dans le ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.). Les capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure, une intensité, la déviation d'une...) du module d'optique adaptative GALACSI (Correcteur Adaptatif de Basse Couche Atmosphérique pour l'Imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la main, soit par...) Spectroscopique) utilisent ces étoiles guides artificielles pour déterminer les conditions atmosphériques au moment de l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir...).

Chaque millième de seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure...), le système AOF calcule la distorsion à appliquer au miroir secondaire déformable du télescope pour compenser les perturbations atmosphériques locales. GALACSI corrige notamment des effets de la turbulence (La turbulence désigne l'état d'un fluide, liquide ou gaz, dans lequel la vitesse présente en tout point un caractère tourbillonnaire : tourbillons dont la taille, la localisation...) régnant au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du...) de la couche atmosphérique de mille mètres d'épaisseur surplombant le télescope. Selon les conditions, la turbulence atmosphérique peut varier avec l'altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et biogéographique qui explique la...). Toutefois, les études ont montré que la majorité des perturbations atmosphériques se produisent dans cette basse couche de l'atmosphère.

"Adopter le système AOF revient à élever le VLT de quelque 900 mètres - et donc à le maintenir au-dessus de la couche atmosphérique la plus turbulente" précise Robin Arsenault, chef du projet AOF. "Par le passé, acquérir des images d'une plus grande netteté supposait de trouver un site plus approprié ou d'utiliser un télescope spatial (Un télescope spatial est un télescope placé au delà de l'atmosphère. Le télescope spatial présente l'avantage par rapport à son homologue terrestre de ne pas être...). Aujourd'hui, grâce à l'AOF, nous sommes en mesure de créer de meilleures conditions d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique...) à l'emplacement même où nous nous trouvons, et ce, à un coût nettement plus abordable !"

Les corrections apportées par l'AOF rapidement et de manière continue améliorent la qualité de l'image en concentrant la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement...) pour former des images plus fines permettant ainsi à MUSE d'acquérir des détails mieux résolus et de détecter des étoiles plus faibles qu'auparavant. La correction qu'apporte GALACSI s'applique actuellement à un champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de vision étendu. Elle ne constitue qu'une première étape. Une évolution de GALACSI est prévue pour 2018. Ce second mode, doté d'un champ de vision étroit, permettra de corriger des effets de la turbulence à toute altitude, et donc d'observer de plus petites régions du ciel avec une résolution encore accrue.

"Voici seize ans, lorsque nous avons proposé de construire l'instrument révolutionnaire MUSE, nous avions l'intention de le coupler à un autre système très avancé, l'AOF", explique Roland Bacon, responsable du projet MUSE. "Le potentiel de découverte de MUSE, déjà important, se trouve désormais augmenté. Notre rêve devient réalité."

L'un des principaux objectifs scientifiques du système est d'observer des objets peu lumineux de l'Univers lointain avec la meilleure qualité d'image possible, ce qui nécessitera de nombreuses heures (L'heure est une unité de mesure  :) d'exposition. Joël Vernet, responsable scientifique des projets MUSE et GALACSI à l'ESO, précise: "Nous souhaitons tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) particulièrement observer les galaxies les plus petites et les moins brillantes situées aux distances les plus lointaines. Ces galaxies en cours de formation - encore au stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι istêmi, « se tenir droit et ferme ») est un équipement sportif.) de l'adolescence - offrent les clés de compréhension de la formation des galaxies."

MUSE n'est pas le seul instrument à bénéficier de l'AOF. Dans un futur proche, un autre système d'optique adaptative baptisé GRAAL sera connecté à l'instrument HAWK-I opérant dans l'infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que celle des micro-ondes.), dans le but d'affiner sa vision de l'Univers. S'ensuivra la mise en service d'ERIS, un nouvel instrument doté d'une grande puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :).

"L'ESO pilote le développement de ces systèmes d'optique adaptative, tel l'AOF qui ouvre la voie à l'Extremely Large Telescope de l'ESO" ajoute Robin Arsenault. "Travailler sur l'AOF a permis aux scientifiques, ingénieurs et industriels que nous sommes d'acquérir une expérience et une expertise inestimables, qui nous seront fort utiles pour relever les défis de la construction de l'ELT".

Notes

(1) MUSE est un spectrographe intégral de champ, un instrument puissant qui génère des cubes de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) de l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être...) ciblé. Chaque pixel (Le pixel, souvent abrégé px, est une unité de surface permettant de mesurer une image numérique. Son nom provient de la locution anglaise picture...) de l'image correspond à un spectre de lumière en provenance de l'objet. Cela présuppose que l'instrument acquière, à chaque instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas intervalle de temps. Il ne peut donc être considéré comme une durée.), des milliers d'images de l'objet à des longueurs d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière. Une onde transporte aussi...) toutes différentes, ce qui constitue une mine d'informations.

(2) IC 4406 a déjà été observée avec le VLT (eso9827a).

(3) Doté d'un diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la...) légèrement supérieur au mètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international (SI). Il est défini, depuis 1983, comme la distance parcourue par la...), ce miroir d'optique adaptative est le plus grand jamais construit, ce qui a exigé l'utilisation de technologies de pointe. Il fut installé sur l'UT4 en 2016 (ann16078), se substituant ainsi au miroir secondaire originel et conventionnel du télescope.

(4) Afin d'optimiser le fonctionnement de l'AOF, d'autres outils ont été développés et sont d'ores (ORES, l'Opérateur des Réseaux Gaz & Électricité est le l'opérateur des réseaux de distribution d'électricité et de gaz pour les 8 gestionnaires du secteurs mixte en région wallonne...) et déjà opérationnels. Parmi ces outils figure une extension du logiciel (En informatique, un logiciel est un ensemble d'informations relatives à des traitements effectués automatiquement par un appareil informatique. Y sont inclus les instructions de traitement,...) de monitoring du site astronomique qui surveille l'atmosphère puis détermine l'altitude à laquelle la turbulence se produit, et le système de contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) des faisceaux laser (LTCS) qui empêche les autres télescopes de suivre les faisceaux laser ou de pointer en direction des étoiles laser, ce qui pourrait affecter leurs observations.


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Source: ESO