LESIA - Observatoire de Paris

FIRST : vers l'imagerie directe de systèmes exoplanétaires

2013-12-18T14:52:00Z

Développé au sein du LESIA, puis intégré en juillet 2010 au foyer Cassegrain du télescope Shane de 3 m de l'observatoire Lick, FIRST (Fibered Imager foR a Single Telescope) est un instrument extrêmement prometteur. En ayant permis avec succès la première détection d'un système binaire serré - objet d'une publication le 16 décembre 2013 dans le journal Astronomy & Astrophysics - il offre la pleine mesure de son potentiel pour la caractérisation des systèmes exoplanétaires.


Installation de FIRST au foyer Cassegrain du télescope Shane de 3 m: F. Marchis (Institut SETI) à gauche, E. Huby (LESIA) à droite.
© S. Goebel

Tout instrument utilisé depuis le sol est confronté aux effets de la turbulence atmosphérique, responsable de la dégradation de la qualité des images formées par un télescope, qui se traduit techniquement par une diminution du pouvoir de résolution (capacité à distinguer deux objets très proches), et une perte de dynamique. La dynamique (autrement appelée « contraste ») caractérise la capacité à détecter un objet faiblement lumineux à côté d'un objet brillant, critère essentiel à la détection de compagnons faibles tels que les exoplanètes près de leur étoile.

FIRST, un principe novateur

Le principe de l'instrument FIRST repose sur l'utilisation combinée de fibres optiques monomodes, couramment utilisées dans le domaine des télécommunications, et de la technique du masquage de pupille afin de restaurer les performances du télescope. Les fibres permettent de sélectionner la fraction cohérente de la lumière en différents endroits du miroir du télescope et de la transporter jusqu'à un détecteur sur lequel sont formées des franges d'interférences nettoyées des effets de la turbulence de l'atmosphère. L'information spatiale sur l'objet observé (par exemple la séparation et le rapport de brillance des deux étoiles) est contenue dans le contraste et la position de ces franges d'interférences.

Après la validation du concept en laboratoire au LESIA, FIRST a été intégré avec succès en juillet 2010 au foyer Cassegrain du télescope Shane de 3 m de l'observatoire Lick par une équipe internationale, composée de chercheurs du LESIA, mais également de l'Université de Berkeley, de l'Institut SETI, de l'Observatoire Astronomique du Japon, du télescope Canada-France-Hawai'i et de l'observatoire W.M. Keck.

Ce télescope de 3 m est équipé d'un système d'optique adaptative capable de restaurer la limite de diffraction du télescope aux longueurs d'onde infrarouges. Le couplage de ce système avec l'instrument FIRST permet de restaurer les performances du télescope également aux longueurs d'onde visibles, où l'optique adaptative est moins efficace.

Vers la caractérisation de compagnons faibles

Les données acquises avec FIRST à l'observatoire Lick ont ainsi permis de distinguer les deux composantes du système binaire Capella, l'étoile la plus brillante de la constellation du Cocher. Situées à 43 années-lumière de la Terre, ces deux étoiles orbitent l'une autour de l'autre à une séparation de l'ordre de la distance entre le Soleil et Vénus.

En plus d'une mesure de position précise à la limite de diffraction du télescope permettant de caractériser l'orbite du système, FIRST apporte une mesure inédite du rapport de brillance entre les deux composantes, dispersée spectralement entre 600 et 850 nm, ce qui constitue une donnée originale et unique pour caractériser les deux étoiles. Les caractéristiques spectrales peuvent en effet être analysées et comparées à un modèle de physique stellaire afin d'estimer les paramètres physiques, telle que la température de chaque étoile, leur métallicité ou encore leur gravité de surface. La comparaison des données avec les modèles les plus récents a permis de mettre en évidence la faiblesse de ces derniers dans certaines bandes moléculaires.

Une nouvelle version : FIRST-18


Montage optique de l'instrument FIRST-18: Le montage tient sur une table de 1m20 par 60 cm, avec les fibres optiques en bleu et la caméra scientifique à droite
© E. Huby (LESIA)

L'imagerie haute dynamique est un domaine actuellement en plein essor. La version actuelle de l'instrument, fruit de la thèse d'Elsa Huby, est appelée FIRST-18 car elle permet la recombinaison de la lumière prélevée en 18 éléments d'environ 40 cm de diamètre de la surface collectrice. La dynamique accessible par l'instrument augmente avec le nombre d'éléments recombinés, ainsi qu'avec la précision des mesures, liée à la stabilité de l'instrument.

À ce jour, FIRST-18 permet de détecter un compagnon quelques centaines de fois moins brillant que l'étoile centrale. Après ces premiers résultats, il reste à améliorer cette dynamique d'un facteur 10 à 100 pour détecter des compagnons planétaires situés très proches de leur étoile. Des développements sont en cours pour y parvenir.

FIRST-18 a été récemment intégré au banc d'optique adaptative de nouvelle génération du télescope Subaru de 8 m situé à Hawai'i. L'environnement plus stable et l'optique adaptative plus performante devraient permettre d'accroître la sensibilité de l'instrument et ses performances en dynamique. Avec un diamètre 2,7 fois plus grand, ce télescope donne également accès à une résolution angulaire 2,7 fois plus fine que celle fournie par le télescope de 3 m de l'observatoire Lick.

FIRST-18 à Subaru a reçu ses premiers photons stellaires en juillet 2013, ouvrant la voie à de prochaines campagnes d'observation de systèmes binaires à courte séparation, ainsi qu'à l'observation de la surface d'étoiles évoluées géantes rouges et supergéantes rouges pour l'étude des mouvements convectifs à leur surface.


Détection du compagnon de Capella aux trois époques d'observation différentes, avec trois dates en octobre 2011, deux en juillet 2012 et une en juillet 2012: La composante primaire est située au centre au niveau de la croix. L'ellipse en tirets eprésente l'orbite connue du système. Les cercles en pointillés bleus et rouges représentent la séparation correspondant à la limite de diffraction du télescope, à 600nm et 850 nm respectivement.
© E. Huby & G. Duchêne.

Pour en savoir plus

Article Astronomy & Astrophysics : FIRST, a fibered aperture masking instrument II. Spectroscopy of the Capella binary system at the diffraction limit, Elsa Huby et al., A&A nn, 2013.

Contacts

Elsa Huby

Guy Perrin

Le prix Jeune Chercheur de la SF2A décerné à Kevin Belkacem

2013-05-13T07:58:03Z

La Société Française d'Astronomie et d'Astrophysique (SF2A) a attribué le prix Jeune Chercheur 2013 à Kevin Belkacem.

La SF2A a attribué cette année le prix de thèse à Antoine Strugarek (CEA) et le prix Jeune Chercheur à Kevin Belkacem du LESIA.

Le Conseil de la SF2A tient à souligner la qualité exceptionnelle de l'ensemble des dossiers.

Ces prix, sponsorisés par les sociétés HP et AMD et par EdP Sciences, seront remis le jeudi 6 juin 2013 lors des Journées SF2A 2013 qui se tiendront à Montpellier.

Soutenance de thèse de Julien Girard le mardi 21 mai 2013

2013-05-12T16:26:14Z

La soutenance aura lieu mardi 21 mai 2013 à 10h30 dans la salle de conférence du bâtiment 9 (Château) sur le site de Meudon.

The defense will take place on Tuesday, May 21st @ 10:30 am, Building 9 - Salle de conférence du "Château", Observatoire de Meudon.

Title / Subject

Développement de la Super Station LOFAR & Observations planétaires avec LOFAR
Development of the LOFAR Super Station & planetary observations with LOFAR

Directeur de thèse / Supervisor

Philippe Zarka

Résumé / Abstract

Les développements techniques récents en radioastronomie au sol ont permis l'émergence de nombreux nouveaux projets, portés par une communauté scientifique croissante. LOFAR (le « LOw Frequency ARray », en français le Réseau Basses Fréquences) est un interféromètre de réseaux phasés comptant parmi ces nouveaux radiotélescopes géants. Son architecture, comprenant plusieurs milliers d'éléments regroupés en « stations », est distribuée à travers l'Europe. Il va permettre d'étudier l'Univers dans la bande 20–250 MHz, la dernière fenêtre radio encore inexplorée avec une très haute sensibilité et de très hautes résolutions angulaire, temporelle et spectrale. La station LOFAR de Nançay a permis à la communauté française d'accéder à l'exploitation scientifique de LOFAR en participant à ses projets clés (« Key Scientific Projects »). Elle a également suscité un développement instrumental original visant à augmenter significativement les performances de LOFAR aux basses fréquences ( 80 MHz). Ce projet consiste en un nouveau réseau géant d'antennes sensibles formant la « Super Station LOFAR » (LSS).

Le premier volet de cette thèse présente les études de conception et de réalisation d'un démonstrateur pour la LSS. Celles-ci portent sur les trois échelles caractéristiques de la LSS : l'antenne élémentaire, le « mini-réseau » (phasé en analogique) d'une vingtaine d'antennes, et la distribution globale de 96 de ces mini-réseaux à Nançay. Ce projet est conçu à la fois pour être totalement compatible avec le réseau LOFAR et étendre ses performances (en particulier pour les objectifs planétaires et exoplanétaires), et pour constituer un nouvel instrument sensible et autonome à Nançay.
Le second volet de cette thèse porte sur le développement d'un mode d'imagerie planétaire de LOFAR (en mode interféromètre) et son application à l'étude du rayonnement synchrotron émis par les ceintures de radiation de Jupiter. Ce mode a rendu possible la formation des toutes premières images planétaires résolues dans la bande 127–172 MHz.

The recent progress of ground-based radioastronomy techniques have enabled the emergence of several new projects, supported by a growing scienti-c community. LOFAR (the LOw Frequency ARray) is an interferometer of phased-arrays representative of this new generation of giant radiotelescopes. Its architecture, consisting of thousands of elements grouped in "stations", is distributed across Europe. It will permit to study the Universe in the band -20-250 MHz, the last radio window still unexplored with a high sensitivity and high angular, temporal and spectral resolutions. The LOFAR station in Nan-cay has allowed the french community to access LOFAR's scienti-c exploitation by participating to its "Key Scienti-c Projects". It has also motivated an original instrumental development aimed at increasing signi-cantly the capabilities of LOFAR at low frequencies (-≤ 80 MHz). This project consists of a new giant array of sensitive antennas : the LOFAR Super Station (LSS).

The -first part of this thesis presents design studies of the LSS as well as the realization of a demonstrator. These studies address the three characteristic scales of the LSS : the elementary antenna, the "mini-array" (analog-phased) of about twenty antennas, and the global distribution of 96 such miniarrays in Nan-cay. This project is designed to be both fully compatible with LOFAR and extend its performances (especially for planetary and exoplanetary studies), and to be a new sensitive standalone radiotelescope in Nan-cay.

The second part of the thesis is focused on the development of a planetary imaging mode for LOFAR (as an interferometer) and its application to the study of the synchrotron emission arising from Jupiter's radiation belts. This mode allowed us to obtain the very -first resolved planetary images in the band 127-172 MHz.

Le coeur d'une étoile jeune fait chavirer son champ magnétique

2013-03-06T21:28:15Z

Des chercheurs du LESIA et du Service d'Astrophysique-Laboratoire AIM du CEA-Irfu viennent d'observer un changement d'orientation inattendu du dipôle magnétique fossile d'une jeune étoile massive, l'étoile de Herbig HD 190073.

Les étoiles massives sont connues pour posséder des champs magnétiques fossiles stables sur des dizaines d'années et selon les théoriciens ces champs fossiles pourraient même être stables sur des millions d'années, c'est-à-dire sur la durée de vie d'une étoile. Or, en 2011 et 2012, dans le cadre d'un large programme d'observation du magnétisme des étoiles massives, les scientifiques ont constaté un changement global de l'orientation du champ magnétique observé à la surface de l'étoile HD 190073.

La seule hypothèse actuellement plausible est que le basculement de l'axe magnétique de l'étoile soit dû à la naissance de mouvements convectifs au cœur de l'étoile. Un tel événement n'avait jamais été observé auparavant et fait l'objet d'un article qui vient d'être publié dans la revue Astronomy & Astrophysics.

Pour en savoir plus

Lire l'article complet sur le site de l'Observatoire de Paris

Référence

"The dramatic change of the fossil magnetic field of HD 190073 : evidence of the birth of the convective core in a Herbig star ?" E. Alecian, C. Neiner, S. Mathis, C. Catala, O. Kochukhov, J. Landstreet, the MiMeS collaboration, Astronomy & Astrophysics, vol. 549, L8.
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A l'œil nu : une comète s'invite dans le ciel de mars 2013

2013-03-06T16:28:03Z

Elle apparaîtra à l'ouest au coucher du Soleil, vers le 8-13 mars 2013, et restera décelable à l'œil nu jusqu'en fin de mois. La comète Pan-Starrs C/2011 L4 va franchir la Baleine, les Poissons, Pégase, Andromède. Les chercheurs de l'Observatoire de Paris calculent sa trajectoire. Ils la suivent depuis septembre 2012 avec le grand radiotélescope à Nançay (Cher), l'observatoire spatial infrarouge Herschel, au Pic-du-Midi (Pyrénées), et avec les antennes de Bure (Alpes), Pico Veleta (Espagne), Chajnantor (Chili).

Implication du LESIA

L'équipe menée par Dominique Bockelée-Morvan, directrice de recherche CNRS au LESIA, a déjà détecté la comète en septembre 2012 au moyen de l'observatoire spatial infrarouge européen Herschel, de l'ESA. En outre, Jacques Crovisier et Pierre Colom, astronomes adjoints, suivent Pan-Starrs C/2011 L4 depuis la même époque au radiotélescope large de 300 mètres de la station de Nançay (Cher, région Centre, près d'Orléans), unité scientifique de l'Observatoire de Paris. Ils s'intéressent au radical OH, produit de photodissociation de l'eau issue des glaces, et tentent ainsi d'appréhender l'évolution de l'activité de la comète.

Pour en savoir plus

Lire l'article sur le site de l'Observatoire de Paris

Contact LESIA

Nicolas Biver

Sélection instrumentale pour la mission MarcoPolo-R

Jean-Michel Reess — 2013-02-27T09:11:50Z

L'instrument MaRIS de la mission MarcoPolo-R vient d'être sélectionné par l'Agence Spatiale Européenne (ESA).

La mission MarcoPolo-R dont l'objectif principal est le retour d'échantillons d'un objet géocroiseur, fait partie des 5 missions du programme Cosmic Vision Classe M3 encore en compétition. La sélection finale de la mission se fera début 2014.

Le LESIA, a la responsabilité scientifique et technique du spectro-imageur visible infrarouge MaRIS qui sera développé en collaboration avec l'IAS (France), le MPS (Allemagne) et l'IAA-CSIC (Espagne).

Contacts LESIA

A. Barucci (Responsable scientifique)
J.-M. Reess
P. Bernardi

Pour en savoir plus

Sélection instrumentale pour la mission EChO

Jean-Michel Reess — 2013-02-25T12:29:38Z

Le consortium européen mené par G. Tinetti (University College London), auquel contribue le LESIA vient d'être sélectionné pour la mission EChO.

La mission EChO dont l'objectif principal est la caractérisation spectrale d'exoplanètes, fait partie des 5 missions du programme Cosmic Vision Classe M3 encore en compétition. La sélection finale de la mission se fera début 2014.

Au sein du consortium EChO et en collaboration avec 3 autres laboratoires d'Ile de France (IAP, IAS et AIM), le LESIA est fortement impliqué dans le développement de la voie infrarouge moyen (entre 5 et 11µm) de l'instrument EChO.

Contacts LESIA

Pour en savoir plus

Site Web de la mission EChO

Livraison des instruments pour la mission BepiColombo

2013-02-25T12:17:32Z

Depuis plus de quarante ans, le LESIA développe, entre autres réalisations instrumentales, des détecteurs radios et des spectro-imageurs dans le visible et dans l'infrarouge destinés à équiper les sondes spatiales, une compétence pour laquelle il est reconnu au plus haut niveau international. En ce début d'année 2013, le LESIA, après avoir déjà assuré la livraison de SORBET, un récepteur radio HF, livre un boitier electronique de VIHI, un spectro-imageur de toute dernière génération destiné à équiper la sonde BepiColombo. Ces instruments, assemblés à l'Agence Spatiale Européenne (ESA) courant 2014, seront lancés dans l'espace en août 2015. En orbite autour de Mercure en 2022, ils fourniront des informations précieuses sur la composition et l'environnement magnétique de la planète de fer.

Depuis plus de quarante ans, l'Observatoire de Paris - à travers son département le LESIA - développe, entre autres réalisations instrumentales, des détecteurs radios et des spectro-imageurs dans le visible et dans l'infrarouge destinés à équiper les sondes spatiales, une compétence pour laquelle il est reconnu au plus haut niveau international.

En février 2013, le LESIA, après avoir déjà assuré la livraison de SORBET, un récepteur radio HF, livre le boitier électronique de VIHI, un spectro-imageur de toute dernière génération destiné à équiper la sonde BepiColombo.


Vue d'artiste de la mission BepiColombo: Crédits ESA

Ces instruments, assemblés à l'Agence Spatiale Européenne (ESA) courant 2014, seront lancés dans l'espace en août 2015. En orbite autour de Mercure en 2022, ils fourniront des informations précieuses sur la composition et l'environnement magnétique de la planète de fer.

BepiColombo : un projet ESA/JAXA


Boîtier électronique de l'instrument VIHI: Crédit photo : Jérôme Parisot/LESIA/Observatoire de Paris

Le projet BepiColombo est sous maîtrise d'ouvrage ESA en coopération avec le Japon. La JAXA est responsable de l'orbiteur MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter). L'ESA est en charge du reste du projet, à savoir de l'orbiteur MPO (Mercury Planetary Orbiter), du lancement, de la navigation vers Mercure et de l'injection des sondes en orbites autour de Mercure.

La mission est prévue pour un lancement en 2015 et une arrivée sur Mercure en 2022. La sonde MPO étudiera la surface et l'intérieur de la planète ainsi que l'exosphère, et la sonde MMO sera dédiée à l'étude de la magnétosphère et de l'exosphère. La durée nominale de la mission est de 1 an plus 1 an optionnel.

La mission totalise 11 instruments sur MPO et 5 sur MMO. Ensemble, les deux vaisseaux et leur charge utile scientifique fourniront les informations détaillées nécessaires pour comprendre Mercure et son environnement magnétosphérique et trouver des indices sur l'origine et l'évolution d'une planète proche de son étoile mère.

Participation instrumentale du LESIA

Pour chacun des deux satellites, le LESIA a conçu et réalisé un instrument :


Spectromètre radio SORBET

SORBET (acronyme pour "Spectroscopie des Ondes Radio et du Bruit Electrostatique Thermique") est un récepteur radio HF (2.5kHz-10MHz), permettant d'analyser les émissions radio du plasma sur une grande dynamique avec une excellente résolution aussi bien fréquentielle que temporelle. Ce récepteur constitue l'un des éléments clés, qui fait partie de l'expérience PWI (Plasma Waves Investigation) destinée à étudier in situ, pour la toute première fois en radio-fréquences, la petite magnétosphère de Mercure et son interaction avec le vent solaire.


Banc de test OBAMA: Crédit photo : Jérôme Parisot/LESIA/Observatoire de Paris

Le boitier électronique de VIHI (Visual and Infrared Hyper-spectral Imager) est un spectro-imageur visible et infrarouge, l'une des trois voies de l'ensemble instrumental SIMBIO-SYS qui recueillera in situ 80 % du flux des données.

Calendrier des livraisons

SORBET a été livré au RISH (laboratoire PI à Kyoto) le 20 août 2012, puis acheminé début septembre sur le site d'intégration de MMO à l'ISAS (Tokyo-Sagamihara), où il a subi les tests de performances et d'intégration (achevés au 10 janvier 2013) avec succès. Il attend maintenant d'être installé sur MMO (fin 2013 au plus tard pour livré par la JAXA à l'ESTEC (ESA) courant 2014.

Le boitier électronique de VIHI a quitté le LESIA le 14 février 2013 par transporteur spécial pour être assemblé en Italie à l'ASI (Agence Spatiale Italienne), avant d'être envoyé à l'ESA courant 2014. Le LESIA a fabriqué l'électronique pilotant l'instrument VIHI. Il a notamment, développé le banc de test OBAMA, unique en son genre, pour caractériser finement les performances du détecteur visible-infrarouge de VIHI.

Le LESIA a une expertise unique dans la réalisation de ce type d'instruments qui permettent d'obtenir des informations qui renouvellent la connaissance des planètes et de leur environnement proche.

Contact LESIA

Sélection instrumentale pour la mission JUICE

2013-02-21T18:39:21Z

L'Agence Spatiale Européenne (ESA) vient de sélectionner les expériences qui seront développées pour la mission JUICE d'exploration de Jupiter et de Ganymède. Le LESIA est impliqué dans trois des expériences sélectionnées.

MAJIS (Moons and Jupiter Imaging Spectrometer), spectromètre infrarouge}}

participation au consortium.

RPWI (Radio and Plasma Waves Investigation), instrument radio et onde plasma :

coordination de la contribution française (LPP, LPC2E, LATMOS et IRAP),
responsabilité scientifique du récepteur radio (JENRAGE, Jovian ENvironment Radio Astronomy and Ganymede Exploration),
préparation, étalonnage, soutien et analyse scientifique

SWI (Sub-millimetre Wave Instrument), spectromètre à micro-onde hétérodyne passif :

préparation et analyse scientifique,
collaboration avec le LERMA pour la fourniture des synthétiseurs de fréquence et de l'oscillateur ultrastable.

La proposition HIRIMS n'a pas été retenue. Mais l'ESA recommande que l'instrument MAJIS explore la possibilité d'obtenir une plus haute résolution spectrale, comme proposé par HIRIMS, afin d'accroître le retour scientifique de la mission.

Ces participations n'impliquent pas de contributions instrumentales du LESIA à l'heure actuelle. Cependant, une contribution matérielle à MAJIS est en cours de négociation. L'expertise scientifique du LESIA est mise à contribution à travers 9 co-Investigateurs (dont 2 pour MAJIS, 4 pour SWI et 2 pour RPWI), ainsi que par le co-Investigateur-Principal français, coordinateur de la contribution française de RPWI, soit en tout 10 chercheurs du LESIA à ce jour.

Contacts LESIA

Pour en savoir plus

Voir le communiqué sur le site de l'Agence Spatiale Européenne

La cuve SimEnOm du LESIA à l'honneur

2013-02-11T09:17:20Z

Dans un article intitulé "les coulisses de l'Observatoire", l'Express décrit (sic) "la partie la plus secrète de l'Observatoire de Paris (où) l'on élabore des instruments dédiés aux missions spatiales".

Référence

L'Express du 06/02/2013 - Edition spéciale Meudon, Clamart, Fontenay aux Roses, "les trésors cachés".

Pour en savoir plus

La cuve SimEnOm


La cuve SimEnOm du LESIA: Jérôme Parisot en pleine activité.
Crédit : L'Express du 6 février 2013 - Photo M. Gaillard/REA