Contexte scientifique

L’astronomie a connu plusieurs révolutions au cours des 50 dernières années qui ont apporté leur lot de nouvelles questions passionnantes. Dès que l’hypothèse du Big Bang a été formulée, les astronomes ont cherché à comprendre comment l’Univers s’est construit depuis cet événement singulier et comment il a évolué jusqu’à aujourd’hui. La gravitation joue clairement un rôle majeur mais est-elle universelle ou dépend-elle de l’échelle spatiale et du temps ? La relativité générale est-elle toujours valide dans l’environnement proche des trous noirs ? Quel rôle les trous noirs super-massifs jouent-ils dans le façonnement des galaxies et de l’Univers ? Comment les premières galaxies ont-elles été assemblées et comment ont-elles formé les structures à grande échelle de l’Univers ? Pour répondre à ces questions, un nouvel observatoire de classe mondiale dans l’optique et l’infrarouge sera déterminant. La résolution des galaxies lointaines en étoiles et nuages interstellaires éclairera sous un jour nouveau la formation des galaxies. La résolution des systèmes exoplanétaires en planètes individuelles permettra la détection et la caractérisation des planètes de type Terre et de leurs composants, une étape majeure dans la quête des origines.

L’ELT

Le domaine optique/infrarouge est indispensable pour aborder ces questions, que ce soit en combinaison avec d’autres longueurs d’onde ou d’autres messagers ou pas. Certains objets sont détectables dans le domaine optique/infrarouge alors qu’ils ne le sont pas à d’autres longueurs d’onde (avec ALMA, SKA ou CTA). C’est pourquoi l’Observatoire Austral Européen (ESO) est en train de construire le plus grand télescope jamais imaginé pour l’observation astronomique dans l’optique et l’infrarouge : l’Extremely Large Telescope (ELT). Avec 39 mètres de diamètre, sa surface collectrice sera plus grande que celle de tous les télescopes optiques existants. Le JWST ne pourra pas concurrencer sa résolution angulaire et la versatilité de ses instruments. L’ELT sera donc bien supérieur à la compétition mondiale et renforcera le leadership Européen en astronomie optique.

La France comme partenaire des consortia instrumentaux

Les instruments de l’ELT sont construits par des consortia instrumentaux impliquant plusieurs états membres de l’ESO. La participation à ces consortia est importante pour plusieurs raisons. Premièrement, cela permet d’avoir un accès privilégié ou de conduire la première science avec l’ELT, avec nos contributions aux instruments de première lumière de l’ELT MICADO, METIS et HARMONI. De plus, en tant que PI du spectrographe multi-objet de l’ELT (MOSAIC), la France est très bien placée pour définir et coordonner les grands relevés avec cet instrument. Deuxièmement, cela permet de développer une expertise très forte pour se préparer aux observations de l’ELT, ce qui améliorera également le retour scientifique. Troisièmement, la France a bâti un important savoir-faire en instrumentation qui est crucial pour la réussite de l’ELT, en particulier en optique adaptative, imagerie à haut contraste et en spectroscopie multi-objets. Enfin, la France est une partie prenante importante d’autres instruments/missions spatiales pour lesquels la synergie avec l’ELT sera un élément clé.

Une feuille de route et une structuration nationale

Une coordination nationale a été mise en place par le CNRS/INSU en 2013 pour définir une feuille de route claire, assurer la visibilité dans l’ELT et optimiser les ressources nationales ; une structure nationale en contrôle-commande (EFISOFT) a été mise en place par l’INSU en 2019 et le projet structurant Equipex+ F_CELT a démarré début 2021. Les équipes françaises sont devenues des partenaires-clés pour tous les instruments avec des contributions se concentrant principalement sur l’optique adaptative, la spectroscopie intégrale de champ, la détection dans l’infrarouge moyen, l’intégration et les tests, à la suite d’années d’efforts de R&D et de partenariats avec des industriels de pointe. Les équipes françaises participent à tous les instruments de la phase 1 de l’ELT : MICADO, HARMONI, MORFEO (ex-MAORY) et METIS. MICADO, METIS et HARMONI observeront les premiers photons scientifiques collectés par l’ELT à partir de 2028. Les instruments de phase 2 MOSAIC et ANDES démarrent leur phase B1 pour consolider les concepts des études de phase A. La France est PI de MOSAIC, PI adjoint de HARMONI et Co-I des autres instruments.

Demande technique à la DT

La demande technique à la DT du projet structurant Equipex+ F_CELT porte sur 3 aspects.

Soutien en conception mécanique
Depuis 2018, la DT-INSU a pris en charge la conception du sélecteur de champ (Field Selector) du WFS de MICADO. Avec la réception et l’assemblage des pièces du Field Selector en 2023, la contribution de la DT-INSU au projet MICADO s’achève. Cependant, suite aux départ de personnels dans l’équipe de conception des instruments MICADO, le LESIA demande à la DT-INSU de prolonger le soutien en conception mécanique de façon à finaliser les conceptions restées en cours. Il s’agira de contribuer à l’achèvement des sous-ensembles de la SCAO (Single-Conjugated Adaptive Optics) de MICADO :

  • ADC (2 roues en contremouvement avec 1 prisme au milieu)
  • Beam splitter (support de lentille, statique et réglable)
  • Support de miroir de modulation (support de miroir, statique et réglable)
  • Bras de déploiement (système d’alignement et escamotage de lentille)
  • Outillage d’intégration (ensembles optomécaniques pour les réglages initiaux des instruments)

Soutien en ingénierie système
La demande de soutien a pour objet le projet MOSAIC porté par le laboratoire GEPI de l’Observatoire de Paris. Ce projet concerne un spectrographe multi-objets du futur télescope ELT dont les objectifs sont de permettre aux astronomes de suivre la croissance des galaxies et la distribution de la matière du Big Bang à nos jours.

Soutien en contrôle commande
La demande faite à la DT-INSU concerne un soutien en contrôle commande pour travailler à l’intégration du logiciel de contrôle commande de la SCAO de MICADO.

Contact DT : Jean-Jacques Fourmond