Généralités
Thématique et contexte du projet Dans le cadre du programme d'instrumentation du VLT, l'ESO a lancé en 1992 un appel d'offre auprès des laboratoires d'astronomie des pays membres, en vue de la pré-étude d'un instrument dans l'infrarouge thermique (longueur d'onde d'observations : 10 - 20 microns). Le STC (Scientific and Technical Committee) de l'ESO, réuni le 10 février 1995, a approuvé l'instrument Visir et a confié la suite du projet à un consortium franco-hollandais (Dapnia/Astron) dirigé par le CEA/DSM/Dapnia/SAp. Visir se place dans la continuité de l'activité infrarouge du SAp qui a pris son essor en 1985 lorsque le service a pris la maîtrise d'oeuvre de la camera Isocam du satellite ISO (1995-1998).
Localisation Visir est installé au foyer Cassegrain d'un des quatre télescopes du VLT sur le site de l'ESO du mont Cerro-Paranal dans le désert d'Acatama au Chili
Collaboration Visir est le fruit d'une collaboration internationale entre 2 instituts :
Astron, à travers son unité à Dwingeloo, et le CEA, à travers le Dapnia (SAp et SIS).
La contribution du Dapnia représente 66 % du projet.
Approche scientifique
Moyens d'investigation Visir est destiné à des observations dans l'infrarouge thermique, dans les bandes atmosphériques N (8 - 14 microns) et Q ( 17 - 28 microns).
Ce domaine permet l'étude des poussières "tièdes" (100K à 400 K) qui sont un composant important de l'Univers, et de gaz, par la présence de nombreuses raies spectrales ioniques, atomiques et moléculaires. Les applications astrophysiques sont nombreuses: planétologie, formation des planètes, formation stellaire, chimie du milieu interstellaire, évolution des galaxies...
Visir est un instrument multimode permettant de faire de l'imagerie à plusieurs échelles et de la spectroscopie à plusieurs résolutions.
Instruments Imagerie
La limite de diffraction du VLT à 10 microns est 0,3 secondes d'arc ; aussi les échelles retenues (PFOV ou Pixel Field Of View) sont elles étagées entre 0,075 et 0,3 sec par pixel, pour permettre soit un bon échantillonage de la tache de diffraction, au détriment du champ total, soit de couvrir un champ étendu.
Un bon échantillonage permet d'utiliser des techniques de déconvolution des images et d'approcher ainsi la limite théorique de résolution. Pour les observations de type cartographie ou recherche de sources, une échelle plus grande permet de couvrir de plus grands champs et d'avoir plus de sensibilité.
Spectroscopie
Trois domaines de résolution ont été retenus. Par ordre de priorité décroissante ce sont :
la haute résolution (10000 à 30000) ;
la basse résolution (150 à 450) ;
la moyenne résolution (1200 à 3000).
Spécificités - L'instrument est enfermé dans un cryostat. Pour supprimer le fond instrumental, il faut refroidir toute l'optique à la température de moins de 30 K. Les détecteurs fonctionnent à des températures typiques de 5 à 10 K. Le refroidissement est assuré par des cryogénérateurs à cycle fermé.
- Visir est destiné au foyer Cassegrain du VLT. Sur ce type de télescope, l'image du ciel tourne autour de l'axe optique. Il faut compenser cette rotation en faisant tourner l'instrument de façon synchrone. C'est le rôle des rotateurs qui supportent les instruments. L'instrument situé au foyer Cassegrain doit donc pouvoir fonctionner dans n'importe quelle orientation.
- Les détecteurs sont des matrices de détecteurs en silicium dopés en arsenic, fabriqués aux États-Unis par Boeing.
- Les différentes configurations des deux instruments sont établies par l'intermédiaire de 10 roues entrainées en rotation par des actionneurs cryogéniques novateurs, compacts, robustes, et permettant une répétabilité en position de 5 secondes d'arc.
Bien que Visir soit un instrument au sol, l'ESO a imposé des contraintes de fiabilité proches de celles établies pour les instruments spatiaux.
Contribution du Dapnia
Responsabilités scientifiques et techniques Le Dapnia/SAp est responsable du consortium international et a la responsabilité scientifique du projet. Le SIS assure la coordination technique, à travers le chef de projet.
Le partage des taches techniques est le suivant :
Astron est responsable du banc opto-mécanique du spectromètre,
Le Dapnia est responsable de l'imageur (optique/mécanique), du cryostat, des détecteurs et de l'électronique associée, de l'électronique de controle (actuateurs...), des différents logiciels(contrôle, acquisition, traitement des données...), de la recette sur le ciel, de la calibration et de l'utilisation des nuits de temps garanties.
Etats et perspectives
Dates importantes
Remise à niveau cryomécanismes août 2003
Intégration finale enrouleur de câbles novembre 2003
Début PAE (Preliminary Acceptance in Europe) novembre 2003
Fin PAE mars 2004
Remontage/tests à Paranal avril 2004
"Commissioning" n°1 sur télescope fin avril 2004
"Commissioning" n°2 sur télescope juin 2004
Perspectives Exploitation scientifique pendant au moins 5 ans, notamment en utilisant les nuits de temps garanti, obtenues pour la fabrication de l'instrument (l'ESO finance le "hardware", mais la main d'oeuvre est fournie par le consortium ; en echange, l'ESO donne au consortium 60 nuits de temps garanti (10 nuits par semestre pendant 3 ans).
Sur le plan technique, l'expérience acquise avec Visir (et avant avec Isocam)nous a permis de faire parti du consortium de laboratoire qui construit l'instrument Miri du JWST, le successeur du HST (voir fiche JWST)
Bilan scientifique et technique Pas encore d'utilisation scientifique ; mais les premières images obtenues lors de la recette sur le ciel, montrent qu'avec le gain en sensibilité qu'apporte Visir, les découvertes seront au rendez vous.
Sur le plan technique, Visir a conduit à la conception d'un nouveau type d'actionneur cryogénique compact, fiable et très performant.
La proximité et la motivation, au sein du Dapnia, d'équipes pluridisciplinaires professionnelles et aguerries a permis des phases d'études, de réalisations, d'intégration et de mise au point efficaces avec une très grande réactivité(détection, informatique, mécanique, automatisme, génie électrique...)
La première recette sur le ciel a montré la fiabilité de l'instrument : pas la moindre panne sur un instrument relativement complexe au niveau système.
Faits marquants PAE (Preliminary Acceptance Europe)
Première lumière sur le ciel de 30 avril au 10 mai 2004.
Contact P.-O. LAGAGE ; M. AUTHIER; E. PANTIN
• Structure et évolution de l'Univers › Planètes, formation et dynamique des étoiles, milieu interstellaire
• Le Département d'Astrophysique (DAp) // UMR AIM • Le Département d'Ingénierie des Systèmes (DIS)
