Accueil du projet de télescope dilué (LDT)

PRESENTATION DU PROJET

Nouvelle publication A&A sur la métrologie : voir ArXiv

Préambule:

L'équipe de l'observatoire de Haute-Provence recherche de nouvelles solutions pour augmenter la puissance (sensibilité et capacité à voir des détails) des futures générations de télescopes et d'interféromètres.

Photos S. Dumont & V. Ruffe
  • Photos S. Dumont & V. Ruffe


Historique:

Depuis la lunette de Galilée d’un diamètre de quelques centimètres, la taille des télescopes n’a cessé d’augmenter et avec elle leur capacité à voir des détails dans l’univers. Ainsi, à chaque fois qu’un instrument de plus grande taille a été mis en service, des découvertes importantes ont été réalisées. Quelques exemples caractéristiques : en 1610 Galilée découvrit les satellites de Jupiter, en 1890 Michelson mesura leur diamètre avec une lunette de 30 cm (méthode d’interférométrie Fizeau), puis en 1920 avec une poutre de 7 m pour augmenter la résolution du télescope du Mont Wilson de 2 .5 m, il mesura le diamètre de l’étoile super géante Betelgeuse… Depuis, des interféromètres (I2T, VLTI, CHARA, Keck, etc.) constitués de 2 à 6 télescopes espacés de 100 à 400 m, ont observé un grand nombre d’étoiles et produisent de plus en plus de publications. Toutefois leur capacité d’imagerie et leur sensibilité (pour observer des objets peu lumineux) restent limitées car ces systèmes complexes ne peuvent pas fonctionner avec beaucoup d’ouvertures (télescopes).

Aujourd’hui, les télescopes les plus grands au monde ont des miroirs de 10 m de diamètre. Ils ont par exemple permis de confirmer la présence d’un trou noir au centre de notre galaxie grâce à l’observation du mouvement des étoiles tournant autour de ce corps super massif. La course internationale vers des télescopes de plus en plus grands continue. Ainsi, l’Europe doit prochainement construire un télescope d’environ 40 m de diamètre (E-ELT). Cependant, nombres de sujets astrophysiques, comme l’imagerie de la surface des étoiles (>50m) et plus tard de la surface des exoplanètes (>10 km), nécessiteront des télescopes encore plus grands. Dans cette optique, nous construisons à l’observatoire de Haute-Provence un démonstrateur technique d’un nouveau type, constitué d’un grand nombre de petits miroirs espacés les uns des autres pour former un télescope dilué géant.

En 2000, Hervé Le Coroller avait proposé à Antoine Labeyrie de construire son hypertelescope Carlina à l'aide d'un ballon à hélium qu'il avait développé pour sa société Altizoom. Il a commencé à travaillier sur le sujet lors d'un post-doc au collège de France en 2002. Depuis, il a construit avec Julien Dejonghe un démonstrateur technique utilisant ce ballon à hélium. Pour cela, Julien Dejonghe et lui même ont inventé et réalisé avec l'équipe de l'OHP des asservissements et une métrologie originale, attachés sous un ballon à hélium. Ce dispositif permet de régler au micron les miroirs de l'interféromètre. Ils ont également proposé une nouvelle façon de mettre en cohérence les miroirs à partir d'un senseur de franges diluées. Aujourd'hui, ils envisagent de construire un télescope dilué (Large Diluted Telescope) basé sur les solutions mises en oeuvre à l'observatoire de Haute-Provence.

Le projet de télescope dilué:

Nous construisons à l'observatoire de Haute-Provence (OHP) un démonstrateur  technique de télescope dilué. Celui-ci est constitué d'un réseau de miroirs épousant au sol la courbure d'un miroir sphérique virtuel géant. Une optique focale récupère l'image des étoiles formée au dessus de ce réseau de miroirs. Elle est portée par des câbles suspendus entre deux montagnes ou accrochés sous un ballon à hélium (comme c'est le cas à l'OHP). Cet interféromètre a donc une architecture opto-mécanique qui ressemble à celle d'un télescope classique fonctionnant sans lignes à retard. On profite de la stabilité du sol. Par contre, il faut positionner très précisément dans le ciel une nacelle focale accrochée à des câbles. L'un des objectifs du prototype de l'OHP est de mettre au point les asservissements et la métrologie pour stabiliser la nacelle sous un ballon.

Par ailleurs, la future génération d’interféromètres devra répondre à un certain nombre de contraintes :

-       Atteindre des bases supérieures à 100 m

-       Couverture uv riche (grand nombre d’ouvertures)

-       Magnitude limite >12 (en pratique, la magnitude actuelle est limitée à environ 8-10)

-       Instrumentation de pointe : OA, Coronographe, spectro-polarimètre, etc.

Nous pensons que l'architecture d'un télescope dilué utilisant un miroir sphérique est une excellente solution pour répondre à l’ensemble de ces critères. C'est ce que nous essayons de démontrer à l'observatoire de Haute-Provence. Sur la base des résultats obtenus avec le prototype de l'observatoire de Haute-Provence, l'objectif est ensuite de proposer à la communauté scientifique la construction d'un LDT ou VLDT (Very Large Diluted Telescope).

Le nom de Very Large Diluted Telescope fait référence à un télescope dont la surface équivalente serait celle d'un VLT (8m de diamètre) mais avec la résolution angulaire d'un télescope de 100 m.

Dans un futur plus lointain, il est imaginable de construire un ELDT pour Extremly Large Diluted Telescope. Un ELDT aurait la surface collectrice d'un ELT mais serait dilué sur une très grande ouverture (500 m - 1 km).

Tous les types de "recombineurs" peuvent être envisagés pour ces Télescopes Dilués: hypertelescope (densifié), fizeau, réarangement de pupille (avec ou sans fibres optiques), etc.

Résultats déjà obtenus:

La construction d’un prototype a débuté en 2002. Deux miroirs espacés de 40 cm ont permis d’obtenir des franges sur Vega en Mai 2004 (Le Coroller, Dejonghe et al. 2004). Ce résultat a démontré la possibilité de guider sur des franges avec une nacelle accrochée à des câbles. Toute fois, en 2004, le montage était très simplifié et fonctionnait avec deux miroirs proches et simplement un CCD dans la nacelle focale. Toute la chaîne optique de Carlina (Métrologie, asservissement, optique focale) est actuellement en cours de validation avec trois miroirs espacés d’une dizaine de mètres au sol.

Nouveau:

En 2011, nous avons réussi à régler au micron des miroirs fortement espacés sous une optique accrochée à un ballon à Hélium à 150 m au dessus du sol. Cet exploit met en œuvre une métrologie originale (la métrologie est stabilisée avec une précision de 200 microns alors que le ballon bouge de plusieurs dizaines de mètres dans le vent). Nous avons donc pratiquement fini de démontrer la faisabilité d'un télescope dilué avec des optiques suspendues sous des câbles tendus par un ballon ou entre deux montagnes… Nous prévoyons d'observer avec une nacelle focale en cours de construction dans les mois à venir.

Pour finir de valider le système, nous envisageons ensuite de réaliser quelques observations scientifiques. Lorsque les performances (en particulier la sensibilité)  du prototype de l'OHP auront été quantifiées,  le prototype de 10 m de l'OHP sera ouvert à la communauté pour des observations scientifiques.

Dans le futur, les télescopes dilués ouvriront de nouveaux champs de recherche en astrophysique, en imageant la surface d’étoiles, l’aplatissement d’étoiles Be, en séparant des exo-planètes de leur étoile, en observant l'image de microlentilles gravitationelles, les AGN, etc.

Ce projet est soutenu par l'INSU (CNRS)