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Pour le VLT : une caméra plus rapide que le scintillement des étoiles

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Elle s'appelle Ocam et peut saisir 1.500 images par seconde. Une telle caméra, rapide et sensible, est indispensable à la prochaine génération d'optique adaptative destinée à la recherche d'exoplanètes. Le futur instrument Sphere que recevra le VLT, le Very Large Telescope de l'ESO, tout comme ceux qui équiperont le E-ELT, télescope européen géant, imposent en effet une réactivité encore plus grande face aux turbulences atmosphériques.

Au cœur de la caméra Ocam, le détecteur CDD220 comporte 240 x 240 pixels et présente dix fois moins de bruit de lecture que les détecteurs utilisés actuellement, ce qui en fait le candidat idéal pour les caméras en lumière faible qui seront utilisés pour la seconde génération d’instruments du VLT. Le CCD220 a été développé par e2v Technologies, au Royaume-Uni. © P. Balard/e2v Technologies

Le développement d'une nouvelle caméra ultrarapide pouvant prendre 1.500 images à la seconde dans une obscurité quasi complète constitue une avancée majeure pour la prochaine génération de télescopes au sol. Les premières images de cette caméra de haute précision en très faible lumière ont été obtenues grâce à un effort conjoint de l'ESO et de trois laboratoires français du CNRS-INSU. C'est un composant clé de la prochaine génération d'instruments d'optique adaptative pour le VLT (Very Large Telescope) de l'ESO, fer de lance européen de l'astronomie au sol.

« Cette caméra révolutionnaire est sans équivalent dans le monde. Elle permettra des progrès considérables dans l'étude de l'Univers » déclare Norbert Hubin, responsable du département d'optique adaptative à l'ESO. La technologie de la caméra OCam sera utilisée sur l'instrument de seconde génération du VLT, Sphere (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet Research), afin d'obtenir des images des exoplanètes géantes en orbite autour d'étoiles proches.

Une caméra aussi rapide et aussi sensible est essentielle au fonctionnement des instruments modernes d'optique adaptative pour les grands télescopes au sol. Leurs images sont en effet brouillées par la turbulence atmosphérique, qui fait scintiller les étoiles pour le régal des poètes mais au grand dam des astronomes.

Les techniques d'optique adaptative corrigent ce défaut majeur pour que le télescope puisse produire depuis le sol des images aussi fines que depuis l'espace. L'optique adaptative fonctionne suivant un principe de corrections calculées en temps réel à partir d'images obtenues par une caméra particulière à très grande vitesse. De nos jours, cette correction est appliquée plusieurs centaines de fois par seconde.

Ocam, la caméra en lumière faible la plus rapide au monde. Résultat d’un projet de recherche européen, elle peut prendre 1.500 images à la seconde avec une sensibilité extrême. OCam a été spécialement conçue et réalisée par une équipe d’ingénieurs français du LAM, du LAOG et de l’OHP, utilisant le CCD220 développé par e2v Technologies. La Technologie mise au point pour OCam a été transférée à l’ESO pour la seconde génération d’instruments pour le VLT de l’ESO. © P. Balard/INSU-CNRS

A la fois rapide et très sensible

La prochaine génération d'instruments imposera des corrections à encore plus grande vitesse, plus d'un millier de fois par seconde, et c'est là qu'OCam se montrera indispensable. « La qualité de la correction d'optique adaptative dépend très fortement de la vitesse et de la sensibilité de la caméra, explique Philippe Feautrier du LAOG à Grenoble, qui a coordonné l'ensemble du projet. Mais ces qualités sont généralement contradictoires puisque, à priori, plus une caméra est rapide moins elle est sensible. »

Comme le démontre une vidéo, Ocam, avec son détecteur, le CCD220, développé par l'industriel britannique e2v Technologies, résout ce dilemme en étant non seulement très rapide mais aussi extrêmement sensible, réalisant ainsi un bond en avant remarquable dans le domaine. Comme tout équipement électronique, une caméra CCD souffre d'un bruit de lecture. OCam présente un bruit de lecture dix fois moindre que les caméras installées sur le VLT aujourd'hui, ce qui la rend beaucoup plus sensible et donc capable de capter la plus infime quantité de lumière.

« Grâce à cette technologie, tous les instruments de nouvelle génération du Very Large Telescope de l'ESO disposeront des meilleures images possibles, avec une précision inégalée » analyse Jean-Luc Gach du LAM à Marseille qui a dirigé l'équipe ayant construit la caméra. « Nous allons maintenant poursuivre sur notre lancée et développer, avec nos partenaires industriels et académiques, les détecteurs d'optique adaptative qui seront requis pour le futur télescope européen de 42 mètres, le European Extremely Large Telescope » ajoute Norbert Hubin.

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