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Clavius
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MessageSujet: E-ELT   E-ELT Icon_minitimeLun 20 Sep - 14:15

Salut

En 2020, un téléscope géant de 42 mètres de diamètre, le E-ELT, s'élèvera au Chili. Jean-Gabriel Cuby, chercheur au Laboratoire d'Astrophysique de Marseille et « Monsieur ELT-France » , explique à Futura-Sciences les objectifs scientifiques de ce grand instrument de l’Eso.

Les découvertes permises par les télescopes terrestres et les observatoires spatiaux soulèvent de nouvelles questions qui appellent à une nouvelle génération d’instruments. Aujourd’hui, les astronomes butent sur le premier milliard d’années après le Big Bang. Les instruments actuels, qu’ils soient dans l’espace ou sur Terre, ont certaines difficultés à caractériser des objets aussi lointains. Pour avancer et répondre aux besoins des scientifiques, l’ESO a lancé 2 projets d’envergure : Alma (un réseau de 66 antennes radio) et le E-ELT, pour European Extremely Large Telescope, un télescope de 42 mètres de diamètre, construit au Chili, qui observera le ciel dans le visible et l’infrarouge.

Avec ce télescope, on s’attend à des « avancées significatives dans de nombreux domaines », explique Jean-Gabriel Cuby du LAM : étude des exoplanètes, des trous noirs, des galaxies distantes et recherche sur des questions fondamentales comme la nature de la matière et de l’énergie noire ou encore la physique des premiers instants. Concrètement, les astronomes seront en mesure de détecter et caractériser des exoplanètes de la taille de la Terre, d’étudier l'horizon des trous noirs, voir les premières galaxies et isoler les étoiles des galaxies bien au-delà de l'Amas local. D’importantes synergies sont prévues avec le VLT, Alma et James Webb .

Les astronomes espèrent ainsi étudier l'environnement des étoiles en formation et ouvrir de nouvelles fenêtres sur la sortie des Ages sombres, cette période de l'histoire de l'Univers qui débute après la diffusion du rayonnement cosmique et avant la formation des premières structures lumineuses, à partir de 200 millions d'années après le Big-Bang.

Le principal objectif des télescopes géants est de voir « les premières étoiles et galaxies qui se sont formées quelques centaines de millions d’années après le Big Bang (il y a 13,7 milliards d’années) ». C’est fondamental pour comprendre la formation et l’évolution des galaxies et de l’Univers dans son ensemble. Ces premières étoiles que « l’on suppose très massives, dites de population III, auraient brillé pendant un bref laps de temps (de l’ordre de un à quelques millions d'années chacune) ». Aujourd’hui disparues, elles sont « peut-être à l'origine des sursauts gamma très lointains ». L’E-ELT devrait voir les galaxies qui abritent ces premières étoiles, ce que ne réussit pas à faire Hubble, bien qu’il ait récemment vu quelques galaxies situées à plus de 13 milliards d’années « à la limite de ses capacités ». L’E-ELT « pourra les caractériser et faire de la spectroscopie », de sorte que l’on pourra voir la composition de ces galaxies et leurs étoiles, « dont les fameuses étoiles de population III ».

Voir mieux et plus loin

A ce jour, on recense plus de 490 exoplanètes. Elles sont détectées de façon indirecte par la méthode du transit (passage devant l’étoile, ce qui l'occulte légèrement) et par la méthode des vitesses radiales (l'étoile, si la planète est dans à peu près la ligne de visée, avance et recule à raison de quelques dizaines ou centaines de mètres par seconde, à cause de l'effet gravitationnel de la planète). Seule ombre au tableau, il est pour ainsi dire impossible d’imager de façon directe des exoplanètes bien que tout récemment le télescope Gemini ait réussi à en photographier une. L’E-ELT sera utilisé pour rechercher « des planètes de faible masse avec la méthode des vitesses radiales » et fera « des images ou des spectres lorsque ce sera possible par la méthode de l’imagerie à haut contraste ». Ce télescope de 42 mètres aura la capacité de « découvrir des planètes de la taille de la Terre et dans un premier temps de réaliser des images de Jupiter chauds ». Le but étant de voir des planètes similaires à la Terre. « Et on s’y prépare dès aujourd’hui » !

Des instruments sont en cours de développement pour les télescopes de 8 mètres. Le VLT et Gemini devraient « permettre de progresser significativement dans l’imagerie directe et la caractérisation de planètes extrasolaires de masses semblables à celle de Jupiter ». Ce n’est seulement qu’avec l’arrivée des télescopes géants que l’on sera en mesure d’imager des planètes « de plus en plus petites, jusqu’à la taille de la Terre ». Cependant, « il ne faut pas s’attendre à des images visuellement attrayantes ». Un seul pixel caractérisera chaque planète... « Cela peut paraître peu mais, ce point contiendra pas mal d’informations que l’on pourra exploiter par la spectroscopie. » Ce ne sera sans doute qu’avec la deuxième génération d’instruments que « des avancées significatives sur cette question pourront être accomplies ». LOrsque l'on sera capable de séparer une étoile de sa planète située dans la zone habitable, on pourra faire de la spectroscopie pour caractériser les atmosphères, rechercher des traces d’eau à l’état de vapeur ou liquide et un certain nombre de gaz que l’on trouve sur Terre ou dans le Système solaire « comme du CO2, de l’oxygène ». Mais, il faudra des années avant que l’E-ELT soit capable de le faire. « Les instruments nécessaires ne seront pas opérationnels avant plusieurs années après la mise en service du télescope prévue vers 2020 ».

L’E-ELT « ne traquera pas de formes de vies intelligentes » mais, en revanche, il est « parfaitement dimensionné pour rechercher les conditions propices à la vie, des biosignatures ». Il pourra détecter la signature de gaz compatibles avec la vie comme « l’hydrogène, l’ozone, voire le méthane sous certaines conditions ». La détection de ces gaz sera un indicateur fort mais « pas une preuve irréfutable de vie ».

Concernant la physique, l’E-ELT devrait répondre rapidement aux questions qui taraudent les chercheurs sur « l’évolution possible des constantes de la physique fondamentale comme la charge de l’électron, la vitesse de la lumière, etc. ». Pour un certain nombre de ces constantes, on peut retrouver les variations dans un passé très lointain « de façon à voir si les lois et constantes de la physique ont évolué au cours du temps ». Aujourd’hui, les télescopes de 8 mètres abordent cette thématique avec plus ou moins de succès. Ils « défrichent le terrain en quelque sorte pour les générations suivantes de télescopes ». D’ici quelques années on s’attend donc à quelques avancées mais cela restera assez peu précis jusqu’à ce que les télescopes géants voient le jour.

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MessageSujet: Re: E-ELT   E-ELT Icon_minitimeVen 24 Sep - 13:09

Salut

Comment construire un télescope de 42 mètres de diamètre, avec optique adaptative, capable de résister aux variations de températures d'un désert de haute montagne ? Jean-Gabriel Cuby, du laboratoire d'Astrophysique de Marseille, nous explique les points durs ce défi technologique.

* Découvrez l'E-ELT dans notre galerie d'images

Le E-ELT (European Extremely Large Telescope), télescope géant de l’ESO, sera construit au Chili, sur le site de Cerro Armazones, un sommet de 3.060 mètres d’altitude situé à environ 20 kilomètres à vol d'oiseau de Paranal où se situe déjà le Very Large Telescope (VLT). Avec près de 320 nuits claires par an, un taux d’humidité et une stabilité atmosphérique remarquables, ce site permet également d’envisager d’importantes synergies avec d’autres instruments de ce gabarit de l’hémisphère sud (Alma, Square Kilometric Array).

Jean-Gabriel Cuby, du laboratoire d'Astrophysique de Marseille, nous avait présenté les objectifs scientifiques de l'E-ELT, aux performances hors du commun. Lorsqu’il sera opérationnel, cet instrument sera typiquement une dizaine de fois plus sensible que les grands télescopes optiques en service aujourd'hui, tels que les jumeaux Keck de 10 m ou les 4 télescopes de 8,2 m du VLT. « Dans certains cas d’observation, le gain pourra être de l'ordre de la centaine ». Avec une surface collectrice 25 fois plus grande que celle d’un télescope de 8 mètres, il supplantera Hubble et complétera le futur télescope spatial James Webb, « lequel restera très supérieur (en sensibilité) dans l'infrarouge thermique (au-delà de 2,5 microns) et même en imagerie en deçà de 2,5 microns. L'E-ELT sera supérieur en spectroscopie en deçà de 2,5 microns ». Malgré les effets de la turbulence atmosphérique, on s’attend à ce qu’il produise des images à la limite de diffraction 18 fois plus fines que celles de Hubble.

Un miroir en mille morceaux

Si la question de l'emplacement de l'E-ELT est réglée, les responsables s’apprêtent à relever le défi que pose sa construction, qui pourrait débuter en 2011 en vue d’une première lumière en 2018. La conception et la construction d’un télescope de cette envergure ne sont pas simples même si seuls un petit nombre de points durs posent quelques problèmes, « mais rien d’insurmontable ». L’E-ELT sera composé d’un miroir principal de 906 segments hexagonaux, d’un miroir secondaire de 6 m de diamètre et de trois autres miroirs.

Cette segmentation du miroir primaire est la seule solution possible pour « les très grands télescopes, qu’ils soient terrestres ou spatiaux ». Une technologie maîtrisée par les industriels américains et européens. Dans le cas du projet E-ELT, « ce qui nous préoccupe est la maîtrise du processus industriel pour en fabriquer un millier ». La firme qui les réalisera « devra être capable de les produire et de les tester à la chaîne dans des délais raisonnables » et garantir que chaque segment livré à l’ESO « répond aux spécifications et qu’il ne soit pas nécessaire de les retravailler ».

Problème, cela a un coût. L’ESO a lancé un contrat de démonstration portant sur la réalisation de 7 segments vers deux entreprises : Sagem en France et OpTIC Technium en Angleterre. Au final, un seul fournisseur sera vraisemblablement retenu. L’idée est de faire jouer la concurrence pour parvenir « à deux offres de prix que l’on souhaite évidemment les plus basses possible ».

Chaque segment devra répondre à des spécifications précises concernant la stabilité thermique, la forme, la rugosité et la qualité de surface. « Les gradients de températures sont l’ennemi des miroirs ». Il faut en effet que les miroirs ne se déforment pas alors que l’E-ELT fonctionnera par des températures négatives et positives susceptibles de varier plusieurs fois dans une journée de 24 heures ! Cela impose le choix du matériau pour le verre, par exemple « le zerodur, ou tout autre verre à très faible coefficient de dilatation thermique ». Quant à la surface du segment, elle doit épouser parfaitement la forme demandée, laquelle varie « selon la position du segment le long du rayon du miroir (plus le segment est sur la périphérie, plus sa déformation est grande) ».

Dans le même ordre d'idée, il faut que les défauts de bord soient également très faibles, autrement dit « que la surface optique aille jusqu'au bord physique du segment sans dégradation de la qualité de surface ». Enfin, il faut que le miroir soit le mieux poli possible, avec « la plus faible rugosité possible ». C'est par exemple important pour l'imagerie à haut contraste et la recherche de planètes extraterrestres, pour lesquelles « il faut minimiser toute lumière parasite ». Or, la rugosité, synonyme de défauts à hautes fréquences spatiales, « induit de la diffusion qui limite les performances de l'imagerie à haut contraste ».

Cherche partenaire pour finir de payer l'addition

Autre point dur, le miroir déformable de 2,50 mètres qui vise à corriger la turbulence atmosphérique. Il s’agit du quatrième miroir dans le train optique du télescope, « dont la conception représente un réel challenge qui nécessite un prototype ». Il s’agit d’un miroir adaptatif extrêmement fin derrière lequel on « met des actionneurs qui déforment le miroir à haute fréquence, plusieurs centaines de fois par seconde, de manière à compenser les perturbations de l’atmosphère ». C’est un composant très fragile. La lame de verre ne mesure que quelques millimètres d’épaisseur ! Le problème « c’est de la fabriquer, de la polir puis de coller les actionneurs dessus ». Et croiser les doigts :« Pour l’instant on a cassé trois de ces lames ».

Ce projet avoisine le milliard d’euros auxquels il faut ajouter une cinquantaine de millions d’euros pour l’exploiter chaque année ! Un coût nettement inférieur à Hubble… pour un diamètre 30 fois plus grand. Cette somme va contraindre l’ESO à « demander une augmentation de la contribution de ses Etats membres », explique Jean-Gabriel Cuby. Et d’ajouter que l’ESO pourrait également être « tentée de trouver un ou deux partenaires ».

Un temps pressentis, le Japon, la Chine et l’Inde ont rejoint le projet américain de télescope de 30 mètres. Le Brésil semble intéressé et pourrait apporter une contribution financière dont le montant reste à définir. Enfin, l’Union européenne pourrait contribuer mais de manière assez faible sur des fonds alloués aux projets d’infrastructures de recherche européennes.

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