MEGACAM

Caméra installée au foyer du télescope de 3,6m de diamètre du CFHT.

Camera installed on the 3,6m diameter telescope of the CFHT.

 
MEGACAM

Le site de Hawaii (sommet du Mauna Kea) qui regroupe plus d'une dizaine de télescopes de différentes tailles dans un lieu exceptionnel. Le télescope du CFH a été un des premiers construits en 1979.

Lors de sa construction en 1979, le télescope du CFH était un des plus grands du monde. La mise en service récente des très grands télescopes de nouvelle génération dont les diamètres de miroirs atteignent désormais 8 à 10 m de diamètre, comme à l'observatoire européen ESO du Chili (Very Large Telescopes -VLT) ou à l'observatoire Keck également à Hawaii, a conduit la communauté scientifique à chercher une reconversion des instruments désormais de taille intermédiaire. C'est à cette occasion qu'il a été décidé d'équiper le CFH d'une instrumentation nouvelle d'imagerie à grand champ et de lui consacrer une partie importante du temps d'observation du télescope. Le Canada et la France ont ainsi décidé de mettre en commun une grande partie de leur temps d'observation, plus de 450 nuits d'observation sur 5 ans pour réaliser plusieurs relevés très complets dans un grand projet scientifique baptisé "Canada-France Hawaii Telescope Legacy Survey" (voir "La science avec MegaCam")

Une collaboration internationale

La caméra MegaCam, développée au CEA, constitue le cœur de l'instrument MegaPrime qui équipe le nouveau foyer primaire du télescope CFHT. Cet instrument est composé des différents éléments qui ont permis l'adaptation de la camera MegaCam au sommet du télescope. La camera est en effet installée au foyer dit "primaire" du télescope, c'est à dire à l'extrémité du tube, endroit où la configuration de l'optique permet de capter la plus large région du ciel. Ce foyer est situé à plus de 15 mètres de hauteur, au dessus du miroir. A la mise en service du télescope, ce foyer était équipé d'une "cage primaire", étroit espace où un astronome pouvait se glisser et observer durant la nuit en réglant manuellement ses instruments. Cette poésie de l'observation astronomique a aujourd'hui disparue. Dans sa conception récente, ce foyer est désormais totalement commandé à distance depuis une salle de contrôle située en dessous du dôme du télescope.

 

L'ensemble MegaPrime est le fruit de la collaboration de plusieurs instituts: 
- le CEA-DAPNIA a réalisé l'ensemble de la caméra MegaCam avec ses systèmes associés (l'électronique de lecture, le système de refroidissement), les automates de commande et de contrôle de la caméra ainsi que l'obturateur et le système de chargement des filtres de grandes dimensions
- la Division technique de l'INSU/CNRS a contribué à l'étude du nouveau foyer du télescope (en collaboration avec l'observatoire CFHT)
- l'Observatoire CFH a conçu l'anneau de support de la caméra ainsi que l'environnement et les liaisons electroniques et thermiques et a réalisé l'intégration de l'ensemble du nouveau foyer
- l'Observatoire de Paris-Meudon (OPM) a réalisé le système dit de " tip-tilt" qui permet le positionnement précis de la caméra au foyer du télescope et la stabilisation de l'image.
- l'Institut Herzberg d'Astrophysique (HIA) du Canada a réalisé les systèmes de focalisation et de guidage et a conçu le correcteur de champ dont les lentilles ont été fabriquées par l'entreprise française REOSC.
Enfin pour permettre une analyse et une utilisation rapide des images de la caméra, un centre de traitement des données MegaCam baptisé "Terapix" a été créé sous la responsabilité de l'Institut d'Astrophysique de Paris.

 
#2298 - Màj : 09/12/2020
Science

Les programmes scientifiques de MegaCam

Des programmes de recherches très variés peuvent bénéficier d'images profondes à grand champ et la caméra MegaCam est mise à disposition de l'ensemble des communautés astronomiques française, canadienne et hawaiienne. En particulier, les communautés française et canadienne se sont regroupées pour la réalisation de trois programmes d'observations nécessitant des temps de télescope importants. Ces programmes ont été définis et optimisés de manière à couvrir le plus grand nombre de thèmes scientifiques et ont été rassemblés pour former le projet du "Relevé Héritage Canada-France-Hawaii" (Canada-France-Hawaii Legacy Survey).

 

  L'étude du Système solaire et des Etoiles
  L'étude des grandes structures de l'Univers
  L'étude de l'Univers lointain

Ces trois grands relevés nécessiteront à eux seuls environ 500 nuits de télescope, à raison de 100 nuits par an pendant 5 ans.


L'étude du Système solaire et des Etoiles

L'un des trois objectifs de MegaCam est un relevé peu profond en luminosité mais très étendu en surface (1300 degrés carrés) dans une région autour du plan de l'écliptique (plan où circulent les planètes autour du Soleil). Ce sondage fournira une image inégalée de la région du Système Solaire située au-delà de Neptune pour y rechercher des petits corps et astéroides, appelés "trans-neptuniens". La magnitude limite des images sera d'environ 24 (correspondant à une luminosité dix millions de fois plus faible que la plus faible des étoiles visibles à l'oeil nu). Ce même relevé fournira également une vue de la Galaxie en trois couleurs qui permettra d'étudier les populations d'étoiles et la structure de notre propre Galaxie.

L'objet transneptunien "1998 WW31" découvert au CFHT est un objet double situé au-delà de l'orbite de Neptune, à plus de 4500 milliards de kilomètres du Soleil. Ces petits corps découverts il y a dix ans peuvent être détectés par leur mouvement rapide (ici en 24h). Ce sont sans doute parmi les objets les plus primitifs du Système Solaire. Crédit C. Veillet, A. Doressoundiram


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L'étude des grandes structures de l'Univers

Le deuxième objectif de MegaCam est un relevé profond s'étendant sur une surface plus réduite de 170 degrés carrés, avec une magnitude limite de 25,5. Ce sondage sera divisé en une région de 72 degrés carrés (8x9 degrés) et deux régions de 49 degrés carrés (7x7 degrés).
pour lesquelles des images seront obtenues dans une succession complète de filtres. Il permettra d'étudier la distribution des galaxies et la répartition de matière dans l'Univers sous forme de très grandes structures ainsi que l'étude indirecte de la matière sombre par les effets de  "cisaillement gravitationnel".
(voir "Observer la structure à grande échelle de l'Univers")

structure1

La structure simulée d'une région de l'Univers.
Crédit R. Teyssier/CEA-SAp<:em>


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L'étude de l'Univers lointain

Le troisième objectif de MegaCam est un relevé très profond couvrant une surface de ciel de 4 degrés carrés, avec deux finalités: la détection et l'étude de supernovae dans les galaxies lointaines, et l'étude de la distribution et de l'évolution des galaxies.
Le sondage qui sera réalisé par MegaCam sera tout juste un peu moins "profond" que le célèbre "HST Deep Field" (sondage profond du télescope spatial Hubble) réalisé en 1995. Des poses seront obtenues dans les différents filtres avec des temps d'exposition de 33 à 132 heures pour atteindre une magnitude limite d'environ 28 (au lieu de 29 pour le télescope Hubble, soit une luminosité 2,5 fois plus faible). Mais la surface couverte par MegaCam sera près de trois cent fois plus importante ! Ce programme permettra de mieux comprendre l'évolution de l'Univers.

Le sondage profond du télescope spatial Hubble. Crédit NASA/STSci (cliquer pour agrandir).

Cette plongée dans l'Univers profond permettra aussi  de rechercher la traces d'explosions d'étoiles, des supernovae qui permettent aujourd'hui de reconstituer l'histoire de l'expansion de l'Univers. Pendant les 5 ans du programme initial, MegaCam devrait découvrir environ 1000 à 2000 supernovae, soit environ une nouvelle par nuit d'observation en moyenne.

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#1308 - Màj : 08/04/2003
Imagerie


L'imagerie à grand champ

Un télescope équipé d'une caméra d'imagerie fonctionne exactement comme un appareil photo: le miroir du télescope joue le rôle de l'objectif de l'appareil photo et collecte la lumière provenant de la scène que l'on désire observer, la caméra d'imagerie, installée au foyer du télescope, remplace la pellicule photo et détecte la lumière collectée par le miroir. On peut même pousser plus loin l'analogie: depuis quelques années, le grand public dispose d'appareils photos numériques où la pellicule est remplacée par un détecteur de lumière électronique, de type CCD*, exactement le même type de détecteurs utilisés dans les caméras d'imagerie astronomique professionnelles.
*Les détecteurs CCD (Charge-Coupled-Devices ou dispositifs à transfert de charges) ont, à température ambiante, une sensibilité plusieurs dizaines de fois supérieures aux pellicules et plaques photographiques et ils permettent de plus de manipuler facilement et sans dégradation l'information numérique des images. Ils ont progressivement remplacés la photographie "argentique" en astronomie.

 

 

Avec un appareil photo, le temps de pose dépend de l'éclairage de la scène: en extérieur et pour une pellicule photo d'une sensibilité donnée, le temps de pose par beau temps sera beaucoup plus court que par ciel nuageux. C'est la même chose lors d'observations astronomiques: pour détecter des étoiles ou galaxies brillantes, des temps de pose courts (quelques minutes) seront suffisants, alors que des poses de plusieurs heures seront nécessaires pour des étoiles ou des galaxies peu brillantes.
Le problème se pose donc si l'on veut observer des objets très faiblement lumineux sur une grande surface du ciel. Les poses deviennent très longues alors que le temps d'observation au télescope est limité et précieux :  les astronomes ne peuvent observer que la nuit et de préférence en absence de la lune (nouvelle lune) pour avoir un ciel très noir ! Au cours d'une nuit d'observations avec une caméra classique, on n'obtiendra donc qu'un petit nombre d'images couvrant une très faible surface du ciel.  
Pour gagner du temps, il faut donc disposer d'une caméra dont la surface sensible est la plus grande possible: chaque image individuelle couvrira alors à elle seule une grande surface du ciel (c'est le même principe qui est  utilisé au cinéma quand on choisit de filmer en panoramique sur une pellicule au format 70 mm plutôt que sur Super 8). Avec un petit nombre d'images et un temps limité, on aura alors accès à de grandes régions du ciel. C'est le principe de l'imagerie à grand champ.

La caméra MegaCam est la première caméra numérique à très grand champ. Elle permet de cartographier en une seule fois une région de 1 degré-carré, soit plus de 4 fois la surface du Soleil et près de 150 fois la surface accessible à une caméra classique. Entre 1981, date d'introduction des CCD en astronomie au CFH et 2003 la taille des caméras a été multiplié par plus de 500. Crédit X. Charlot/CEA-SAp

L'évolution de la taille des caméras CCD au CFH de 1981 à 2003 (cliquer sur l'image pour lancer l'animation)

Les programmes scientifiques de MegaCam

Des programmes de recherches très variés peuvent bénéficier d'images profondes à grand champ et la 
caméra MegaCam est mise à disposition de l'ensemble des communautés astronomiques française, canadienne et hawaiienne. En particulier, les communautés française et canadienne se sont regroupées pour la réalisation de trois programmes d'observations nécessitant des temps de télescope importants. Ces programmes ont été définis et optimisés de manière à couvrir le plus grand nombre de thèmes scientifiques et ont été rassemblés pour former le projet du "Relevé Héritage Canada-France-Hawaii" (Canada-France-Hawaii Legacy Survey).

 

  L'étude du Système solaire et des Etoiles
  L'étude des grandes structures de l'Univers
  L'étude de l'Univers lointain

Ces trois grands relevés nécessiteront à eux seuls environ 500 nuits de télescope, à raison de 100 nuits par an pendant 5 ans.


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#1307 - Màj : 08/04/2003
Part CEA
Le C.E.A. et MEGACAM

Une réalisation du DAPNIA (Physique des Particules, Physique Nucléaire et Instrumentation Associée)

 

La caméra astronomique MegaCam, à l'exception des détecteurs CCD fournis par l'observatoire Canada-France-Hawaii, a été entièrement conçue et réalisée au CEA-DAPNIA, par une équipe d'une quinzaine de physiciens, ingénieurs et techniciens. La responsabilité scientifique a été assurée par le Service d'Astrophysique (SAp), et la responsabilité technique par le Service d'Électronique, des Détecteurs et d'Informatique (SEDI). Ce projet a nécessité environ 50 hommes-an, pour un coût total (investissement + main d'œuvre) d'environ 7.5 millions d'euros. Le partage des tâches s'est effectué entre le SAp pour la responsabilité 
scientifique, la caractérisation des détecteurs et la performances de la caméra, le SEDI pour la mécanique, la cryogénie, l'électronique des détecteurs, l'acquisition des données, l'intégration et le banc de test et le Service d'Ingénierie des Systèmes (SIS) pour le contrôle-commande, les automates, le bureau d'études et le suivi de la sous-traitance.

 

Textes : Olivier Boulade, Xavier Charlot   

 
#1306 - Màj : 08/04/2003
Images
Les premières images de MEGACAM

La caméra Megacam a été installée au télescope de 3,6 m de diamètre du CFH. Cette rubrique présentent quelques photos délivrées par cette caméra qui permet d'effectuer des poses de plus de 1 degré carré sur le ciel.

Images de deux amas ouverts d'étoiles (M35 et NGC2148)

 
Images

Sur cette image d'une taille de 1 degré, on trouve rassemblés deux amas d'étoiles différents dans la constellation des Gémeaux. L'amas Messier 35 (M35) est constitué des étoiles les plus brillantes à dominante bleue. Il est visible à l'oeil nu près de l'étoile Eta Geminorum dans de bonnes conditions et comporte plus de 200 étoiles. L'amas NGC2148, visible dans la partie droite, apparait plus faible car il est situé beaucoup plus loin. La qualité de la caméra MEGACAM est démontrée par cette capacité à obtenir en une seule image une information très détaillée concernant différents objets d'une grande région du ciel (Copyright CFHT/CEA)

Image de deux galaxies M81 et M82

 
Images

Cette image spectaculaire de la caméra MEGACAM permet l'étude de deux célèbres galaxies Messier 81 (M81)et Messier 82 (M82), situées dans la Grande Ourse à environ 12 millions d'annés-lumière de la Terre. M81 est une galaxie spirale similaire à la nôtre alors que M81 a une forme plus irrégulière qui l'a fait baptisée Galaxie du Cigare. (Crédits CFHT/CEA)


Contact :

Images Haute définition : Observatoire CFH

 

 

 
#1304 - Màj : 08/04/2003

 

 

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