Les deux grands réseaux interférométriques en opération actuellement, VLTI et CHARA, exploitent les instruments scientifiques de première génération, AMBER/MIDI et VEGA, pour lesquels le Laboratoire Lagrange joue un rôle leader. Sur le VLTI, les instruments de seconde génération sont en cours de test et de validation : MATISSE (imageur polychromatique dont Lagrange est PI, ouvert à la communauté fin 2018) et GRAVITY, ainsi que l’infrastructure générale (GRAV4MAT, NAOMI). Sur CHARA, l’optique adaptative et l’instrumentation visible/proche infrarouge sont en cours de définition/développement. Ces développements permettront d’étendre substantiellement les études menées dans le domaine stellaire et planétologique, et d’accéder au domaine extragalactique via l’étude des noyaux actifs de galaxie (AGNs en anglais). Notre équipe s’insère dans ce contexte, notamment dans les domaines du suivi de franges et de l’instrumentation visible :

Le suiveur de franges hiérarchique

  • La pleine exploitation du VLTI demande une extension substantielle de sa sensibilité limite. Pour des raisons conceptuelles, le meilleur suiveur de franges actuel, celui de GRAVITY, limite la sensibilité du VLTI à K~11 (avec les UT). Pour dépasser cette limite, le suiveur de frange hiérarchique (HFT) que nous étudions permettra de gagner 3 à 4 magnitudes. Ceci permettra d’obtenir des images complexes des disques d’étoiles jeunes de masse solaire (T Tauri) ou de tores de poussières des AGNs les plus brillantes, et de résoudre les BLR d’une soixantaine de quasars, ce qui ferait de ces objets des sondes cosmologiques donnant masses et mesure directe de distance jusqu’à z~3. L’objectif majeur pour 2020-21 est de fournir, avec le HFT, un suiveur de franges de nouvelle génération au VLTI qui atteigne K~14.

Instrumentation visible

Dans le cadre de CHARA, nous préparons le développement d’une nouvelle instrumentation visible. Ces travaux s’articulent autour de trois axes :

  • développement d’un instrument prototype (FRIEND - test concepts/technologies),
  • définition des cas scientifiques,
  • structuration du projet VIS6T - instrument visible permettant de recombiner les 6 télescopes équipés d’Optique Adaptative.

Cet instrument sera une machine à paramètres stellaires fondamentaux et un spectro-imageur haute résolution. Notre objectif est d’obtenir la première lumière en 2019-20. En parallèle, nous étudierons un instrument visible de troisième génération pour le VLTI, en lien avec un développement de l’infrastructure VLTI (introduction d’AT supplémentaires dans le réseau).

 

Enfin, nous poursuivrons l’étude de la prochaine génération d’interféromètres optiques et d’instruments focaux, comme les hypertélescopes ou une nouvelle génération d’interféromètres d’intensité. Dans ce contexte nous contribuons au pilotage et à l’étude du projet Planet Formation Imager (PFI), en étant notamment chargés de coordonner les études sur le cophasage et l’architecture visible et proche infrarouge. PFI sera un réseau imageur d’au moins 20 télescopes sur des bases kilométriques destiné à découvrir des planètes telluriques en zone d’habitabilité afin de comprendre les mécanismes généraux de la formation planétaire.

Image Fish Eye de MATISSEImage Fish Eye de l'instrument MATISSE pour le VLTI. (©Yves Bresson)

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L’imagerie directe et la caractérisation spectroscopique de planètes matures habitables en orbite autour d’étoiles du voisinage solaire sont les objectifs ultimes de l’imagerie à très haute dynamique (ITHD). Le bilan scientifique actuel des instruments ITHD les plus récents concerne pour l’essentiel des objets proches et jeunes, avec des planètes massives de plusieurs masses de Jupiter, sur des orbites larges (plusieurs dizaines d’UA), et particulièrement brillantes. Le fossé entre l’état de l’art et la finalité ultime de l’ITHD est donc conséquent, et le challenge à relever est à multiple facettes : il s’agit à la fois d’améliorer significativement la résolution angulaire et la dynamique, mais également d’anticiper les problèmes nouveaux et inhérents aux dimensions des futurs très grands observatoires actuellement en développement (ELTs).

L’équipe MPO du laboratoire Lagrange a participé au développement et au déploiement sur ciel de l’instrument de seconde génération SPHERE au VLT, et de l’instrument SCExAO au télescope Subaru. L’équipe participe également à l’exploitation de l’instrument SPHERE (volet « other science »). Fort d’une expertise diversifiée dans le développement instrumental haut contraste (coronographie, contrôle et mise en forme du front d’onde, cophasage, traitement des données, développement logiciels de simulation/modélisation/acquisition, etc.), l’équipe MPO ambitionne de développer des solutions ITHD aux très faibles séparations angulaires dans le cadre des projets SPEED et KERNEL par exemple, dans une perspective de participation à des instruments au sol (sur des télescopes actuels et/ou futurs) et dans l’espace.

 

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