Un hologramme pour cartographier l'Univers

Publié par Isabelle le 01/06/2021 à 13:00
Source: CNRS IN2P3

L'hologramme conçu à l'IJCLab décompose et focalise la lumière des sources lumineuses.
Image IJCLab
À partir de 2023, l'Observatoire Vera C. Rubin effectuera une vaste cartographie de l'Univers: le "Legacy Survey of Space and Time" (LSST). Afin de minimiser les effets indésirables de l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) sur les images, l'observatoire teste depuis février un système holographique installé sur son télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant...) auxiliaire. Avec ce dispositif très innovant, conçu par l'IJCLab, l'amélioration des mesures issues du télescope principal pourrait être équivalente à celle attendue avec un télescope deux fois plus grand.

En cours de construction au Chili, sur le mont Cerro Pachon, l'Observatoire Rubin permettra d'observer la voûte (Une voûte (ou voute) est un élément architectural de couvrement intérieur d'un...) céleste à une profondeur inégalée. Ses caractéristiques techniques devraient permettre de détecter une énorme quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) d'objets lointains et d'approfondir nos connaissances de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) en mesurant notamment avec une excellente précision les quantités physiques associées à l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) noire.

Comme pour tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) télescope terrestre, l'atmosphère agit comme un filtre (Un filtre est un système servant à séparer des éléments dans un flux.) qui altère la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) en provenance des étoiles et des galaxies (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec...). Il est dès lors nécessaire de mesurer cette absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise...) afin de corriger les flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments...) reçus par le télescope et remonter aux flux dits "hors atmosphère". Dans le cas de l'Observatoire Rubin, cette tâche est effectuée par le télescope auxiliaire. Ce télescope, équipé d'un spectromètre (Un spectromètre est un appareil de mesure permettant de décomposer une quantité...), comparera en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) réel les spectres d'étoiles standards parvenant au sol avec leurs spectres avant leur traversée de l'atmosphère, connus par les observatoires spatiaux tels que Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en...) ou GAIA.

Un hologramme pour cumuler les fonctions de dispersion (La dispersion, en mécanique ondulatoire, est le phénomène affectant une onde dans un...) et de focalisation

L'élément disperseur du spectromètre initialement prévu, dont la fonction est de décomposer les couleurs des étoiles comme le ferait un prisme, présentait l'inconvénient de produire des images floues dans les régions rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait...) et infra-rouge du spectre. C'est pourquoi une équipe du Laboratoire de Physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) des 2 Infinis Irène Joliot Curie (IJCLab) a proposé d'utiliser un hologramme. La technique de l'holographie (L'holographie du visible est un procédé de photographie en trois dimensions utilisant les...), surtout connue pour sa capacité à restituer la vision en 3 dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce...), a permis ici de cumuler les fonctions de dispersion et de focalisation en un seul élément optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement...), ce qui a fait disparaître le problème de netteté.

Après une phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) de tests prometteurs, l'IJCLab a conçu l'hologramme en collaboration avec le Laboratoire de physique nucléaire (La physique nucléaire est la science qui étudie non seulement le noyau atomique en tant...) et de hautes énergies (LPNHE) et le Laboratoire des Matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) Avancés de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) de Physique des 2 Infinis de Lyon (LMA / IP2I). Il est maintenant installé depuis février 2021 sur le télescope auxiliaire de l'Observatoire Rubin et a permis d'extraire des spectres de qualité très supérieure à ceux obtenus avec le dispositif initialement prévu. Au-delà de son application à l'observatoire Rubin, cette première expérimentation (L'expérimentation est une méthode scientifique qui consiste à tester par des expériences...) pourrait aboutir à une nouvelle manière de transformer très simplement un imageur en spectromètre.


Photo de l'observatoire Rubin au Chili (Mai 2020). Le télescope auxiliaire, à droite, est équipé d'un spectromètre pour mesurer l'absorption par l'atmosphère de la lumière des objets célestes.
Image Observatoire Vera C. Rubin

Contacts:
- Vincent Poireau (Poireau est un terme qui désigne plusieurs plantes du genre Allium dont Allium polyanthum, le...) - DAS Astroparticules et cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système...) - vincent.poireau at in2p3 (L'Institut national de physique nucléaire et de physique des particules (IN2P3) est un institut de...).fr
- Marc Moniez - Chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la...) à IJCLab - moniez at lal.in2p3.fr
- Gaëlle Shifrin - Responsable communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle,...) LSST France - gshifrin at in2p3.fr
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