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OHANA, vers un réseau kilométrique de télescopes dans l'infrarouge

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Une équipe internationale d'astronomes, conduite par Guy Perrin, du Laboratoire d'Études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (unité mixte de recherche du CNRS) (1) vient d'obtenir pour la première fois des franges d'interférences entre deux grands télescopes, Keck I et II, reliés par des fibres optiques monomodes infrarouges. Il s'agit de la première étape d'un projet ambitieux qui consiste à coupler les 7 plus grands télescopes situés sur le site du Mauna Kea à Hawaï pour former un interféromètre géant, « OHANA »(2). Une fois complet, « OHANA » devrait permettre de résoudre l'environnement des trous noirs supermassifs se situant au centre des noyaux actifs de galaxies ou d'étudier les zones internes des systèmes exoplanétaires en formation.

La capacité d'un télescope à résoudre des objets astronomiques, c'est-à-dire à les distinguer d'un point, dépend de sa taille. La résolution angulaire est directement proportionnelle au diamètre de son miroir primaire. Les plus grands télescopes actuels, les télescopes Keck de 11 mètres de diamètre, et les futurs très grands télescopes de 30 à 100 m de diamètre restent insuffisants pour résoudre les sources les plus compactes. Il faut faire appel à la technique interférométrique pour dépasser cette limite. Un interféromètre réalise la recombinaison cohérente de la lumière issue de plusieurs télescopes pouvant être très distants. Les franges d'interférences obtenues permettent de reconstruire des images dont la finesse est déterminée par la distance la plus grande entre les télescopes. L'instrument européen, le Very Large Telescope Interferometer (VLTI) de l'ESO au Chili, offre ainsi une base maximale de 200 m.

Les grands télescopes équipés d'optique adaptative confèrent aux interféromètres une grande sensibilité et permettent l'observation de sources très compactes et encore non résolues qui sont le siège de phénomènes physiques extraordinaires comme des trous noirs super-massifs. Des résolutions importantes sont requises et il est nécessaire de construire des interféromètres de bases kilométriques, voire déca-kilométriques. Il faut donc transporter les faisceaux lumineux collectés par les télescopes sur plusieurs centaines de mètres, sans dégradations, jusqu'à une station dite de mélange où sont obtenues les franges d'interférences.

Fig. 1 : Description de l'expérience. Les faisceaux collectés par les télescopes sont focalisés dans les fibres au foyer Nasmyth. Les fibres passent dans les chemins de câbles qui préservent leur intégrité lors de la rotation des télescopes. Elles transportent la lumière jusqu'au laboratoire de recombinaison situé en sous-sol entre les deux télescopes. Les fibres en excédent sont enroulées sur des bobines. © W.M. Keck Observatory, Observatoire de Paris.

Les fibres optiques monomodes (3) sont bien adaptées pour cette fonction et font l'originalité du projet OHANA. Deux câbles de 300 m de fibres monomodes en verres fluorés ont été utilisés pour relier les deux télescopes Keck (figure 1).

L'expérience a montré la bonne sensibilité d'OHANA et la validité de l'idée. Les premières franges ont été obtenues sur l'étoile 107 Herculis. Le test impliquant les deux Keck sera suivi par la recombinaison des télescopes Gemini Nord et Canada-France-Hawaï, phase préparatoire à la réalisation complète d'OHANA qui devrait permettre le couplage des télescopes suivants : télescopes de 10 m de diamètre « Keck I et II », télescope japonais de 8 m de diamètre « Subaru », télescope de 8 m de diamètre « Gemini », télescope infrarouge de 3,8 m de diamètre « United Kingdom Infra-Red Telescope », télescope de 3,6 m de diamètre « Telescope Canada-France-Hawaii », télescope de 3 m de diamètre « InfraRed Telescope Facility » (figure 2).

Une fois complet, OHANA offrira une résolution angulaire équivalente à celle d'un télescope de 800 m de diamètre. Cet interféromètre ouvre la voie aux futurs observatoires optiques de dimension supérieure au kilomètre comme il en existe dans le domaine radio depuis plusieurs décennies.

Fig. 2 : L'observatoire du Mauna Kea : les 7 télescopes du projet OHANA. © Richard Wainscoat..

Le projet OHANA est conduit par Guy Perrin du Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique de l'Observatoire de Paris en collaboration avec :

* les observatoires du Mauna Kea (Canada-France-Hawaii Telescope Corporation, W.M. Keck Observatory, Subaru Telescope, Gemini Observatory, United Kingdom Infra-Red Telescope, Infra-Red Telescope Facility) ;
* l'Institut d'astronomie de l'université d'Hawaï ;
* le National optical astronomical observatory ;
* l'Observatoire astronomique national du Japon ;
* l'Institut national de recherche en communication optique et microondes ;
* le laboratoire « Galaxies, Étoiles, Physique et Instrumentation » de l'Observatoire de Paris ;
* et la Division technique de l'Institut national des sciences de l'Univers du CNRS.

Ce projet est financé par l'INSU, le CNRS, le Ministère délégué à l'enseignement supérieur et à la recherche et l'Observatoire de Paris.

Notes :
(1) Le LESIA est une unité mixte de recherche du CNRS, de l'Observatoire de Paris et des Universités Paris VI et VII.
(2) Optical Hawaiian Array for Nanoradian Astronomy qui signifie également famille en langue hawaïenne.
(3) Les fibres monomodes se caractérisent par un cœur de petite taille de l'ordre de 5 µm et transmettent un faisceau optique dont la phase est parfaitement plane et qui est donc parfaitement cohérent spatialement.

Contacts :

Contact chercheur
Guy Perrin
T 01 45 07 79 63
Guy.Perrin@obspm.fr

Contact INSU-MIPPU :
Philippe Chauvin
T 01 44 96 43 36
philippe.chauvin@cnrs-dir.fr

Contact presse
Delphine Kaczmarek
T 01 44 96 51 37
delphine.kaczmarek@cnrs-dir.fr

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