Magazine Observatoire de Paris n°3 déc 05/jan-fév 2006
Magazine Observatoire de Paris n°3 déc 05/jan-fév 2006
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°3 de déc 05/jan-fév 2006

  • Périodicité : trimestriel

  • Editeur : Observatoire de Paris

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 26

  • Taille du fichier PDF : 2,3 Mo

  • Dans ce numéro : naissance de l'Institut Francilien de Recherche sur les Atomes Froids.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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LA NÉBULEUSE PLANÉTAIRE HÉLIX À 700 années-lumière de la Terre, la nébuleuse planétaire Hélix a été expulsée par un soleil mourant dans la constellation du Verseau. HELIX PLANETARY NEBULA At a distance of 700 light-years from the Earth, the Helix planetary nebula was ejected by a dying sun in the Aquarius constellation. NASA/ESA/CTIO Contacts : Thibaut LE BERTRE LERMA +33 (0)1 40 51 20 43 thibaut.lebertre@obspm.fr Éric GÉRARD GEPI +33 (0)1 45 07 76 07 eric.gerard@obspm.fr LE GRAND RADIOTÉLESCOPE DE NANÇAY, modernisé en 2001. Son antenne métallique mesure 200 mètres de long pour 35 mètres de haut. NANÇAY LARGE RADIOTELESCOPE Nançay large radio telescope wasupgraded in 2001. Its metallic antenna is 200 meters long and 35 meters high. J.-P. Letourneur, CRDP Orléans ÉTOILES GÉANTES ROUGES : LA MORT PROGRAMMÉE DU SOLEIL RED GIANT STARS : THE SUN'S PROGRAMMED DEATH Dans cinq milliards d’années, notre astre du jour enflera. Il deviendra une étoile géante rouge instable. Puis, il dispersera son atmosphère dans l’espace. À l’Observatoire de Paris, les chercheurs de trois départements, dont le Laboratoire d’Étude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique - LERMA, s’intéressent à cette étape de la vie des étoiles. Five billion years from now, our Sun will swellup and become an unstable red giant star. Then, it will disappear, its atmosphere scattered throughout space. At the Observatoire de Paris, researchers from three departments, among these the Laboratory for the Study of Radiation and Matter in Astrophysics (LERMA), are studying the final stages in the life of stars. La plupart des étoiles brillent du feu de la fusion nucléaire de l’hydrogène. Mais lorsque le carburant s’épuise, au centre d’astres de masse comprise entre une et six fois celle du Soleil, on passe à une combustion alternée « en couches » de l’hydrogène et de l’hélium. Ce faisant, l’étoile enfle de manière démesurée. Elle devient une géante rouge variable, instable et pulsante. On dit qu’elle évolue sur « la branche asymptotique des géantes ». « C’est à ces étoiles sur le déclin, mais spectaculaires, que je consacre mes études », explique Thibaut Le Bertre du LERMA. « Leur luminosité dépasse 3 000 fois celle du Soleil tandis que leur température n’atteint pas 3 000 degrés. Surtout, ces objets dispersent leur matière dans l’espace sous forme de vents intenses et ils perdent, chaque année, l’équivalent d’un millième à dix fois la masse de la Terre. Au final, 80% de leur substance peut se trouver expulsée sous forme de gaz (atomes et molécules) ou de poussières. » Bref, ils préfigurent l’agonie du Soleil avant qu’il ne se réduise à une naine blanche. Et ce sont des usines chimiques qui enrichissent notre Galaxie, la Voie lactée, en éléments lourds notamment le carbone. Lesquels iront constituer, entre autres, de futures planètes. Évolution chimique de l’Univers D’où l’intérêt : « la physique des étoiles géantes défie l’imagination », renchérit Éric Gérard du département Galaxie, Étoiles, Physique et Instrumentation - GEPI. « Leurs atmosphères s’étendent jusqu’aux étoiles voisines. Elles donnent lieu à des phénomènes complexes tels que des ondes de choc et l’émission amplifiée (maser) des molécules. » L’équipe de l’Observatoire de Paris s’emploie à sonder ces milieux en infrarouge, avec les satellites ISO et IRTS, ainsi qu’aux longueurs d’ondes proches du millimètre ou du centimètre. Elle fait appel aux antennes du Plateau de Bure (Alpes), du Pico Veleta (Espagne) et au grand radiotélescope de la station de Nançay dans le Cher. Récemment, Guy Perrin du Laboratoire d’Études Spatiales et d’Instrumentation en Astrophysique - LESIA a obtenu des observations détaillées des enveloppes de cinq étoiles à l’aide d’un interféromètre infrarouge en Arizona. Prouesse : le radiotélescope rénové de Nançay a détecté l’émission des atomes d’hydrogène autour d’étoiles évoluées. Un grand pas est franchi vers une cartographie dynamique et exhaustive. Mais ce travail-là sera réservé à une nouvelle génération d’instruments : des réseaux d’antennes déployées sur de longues distances. Ce sont les projets Atacama Large Millimeter Array (ALMA) et Square Kilometer Array (SKA) 1. (1) Voir article, le Magazine de l’Observatoire de Paris, n°1, p.9, March 2005. See « Radioastronomy’s future giant », Observatoire de Paris : The Magazine, n°1, p.9, March 2005. 8 - MAGAZINE DE L’OBSERVATOIRE N°3/ACTUALITÉ DES LABORATOIRES Most stars shine with the fire produced by the nuclear fusion of hydrogen. But when the fuel runs out at the center of stars with a mass between one and six times that of the Sun, layers of hydrogen and helium burn in alternating phases. As a result, the star swellsup enormously and becomes a variable, unstable and pulsating red giant. The star is said to evolve on « the asymptotic giant branch ». « It is these spectacular stars that I study », explains LERMA’s Thibaut Le Bertre. « Their luminosity exceeds 3,000 times that of the Sun, while their temperature is less than 3,000 degrees. Above all, matter from these celestial objects is scattered throughout space in the formof strong winds, and each year they lose a mass equivalent to one thousandth to ten times that of the Earth. In the end, 80 per cent of their matter may be expelled in the formof gas (atoms and molecules) or dust. » In short, they prefigure the Sun’s own agony before it becomes a white dwarf. They are chemical factories providing our galaxy, the Milky Way, with heavy elements, notably carbon ; the materials, among others, of future planets. The chemical evolution of the Universe Thus the interest in studying those dying giants. « The physics of giant stars defies the imagination », adds Éric Gérard, from the Galaxies, Stars, Physics and Instrumentation department (GEPI). « Their atmospheres stretch out as far as neighboring stars, and give rise to some complex phenomena such as shock waves and amplified emission (maser) of molecules. » The team from the Observatoire de Paris probes these environments in infrared, with the ISO and IRTS satellites, and in millimetric or centimetric wavelengths. They use the antennas located in the Plateau de Bure (in the Alps) and in Pico Veleta (Spain), and the large radiotelescope of the Nançay station in the Centre region. Guy Perrin, from the Laboratory for Space Studies and Astrophysics Instrumentation (LESIA), has recently performeddetailed observations of five star envelopes using an infrared interferometer in Arizona. A real feat : the revamped Nançay radio telescope detected the emission of hydrogen atoms around evolved stars. A big step was taken toward a dynamical and complete cartography. But that will be a task for a new generation of instruments : networks of antennas deployed over great distances. These are the Atacama Large Millimeter Array (ALMA) and Square Kilometer Array (SKA) 1 projects. MIRA DE LA BALEINE Connue depuis 400 ans, Mira « la Merveilleuse » est une étoile géante variable. Dans le Système solaire, son atmosphère engloutirait Mars. MIRA FROM THE WHALE CONSTELLATION Known for 400 years, Mira « the Marvelous » is a variable giant star. In the Solar system, its atmosphere would swallowup Mars. M. Karovska, CfA/NASA
MAGAZINE DE L’OBSERVATOIRE N°3/ACTUALITÉ DES LABORATOIRES - 9 UN PUISSANT PÔLE INSTRUMENTAL AU CŒUR DE L’OBSERVATOIRE A STRONG INSTRUMENTATION DEPARTMENT AT THE HEART OF THE OBSERVATOIRE Observer, depuis le sol, avec les performances d’un télescope spatial... Se préparer à utiliser un futur télescope super géant de 100 mètres de diamètre... Tels sont les grands défis que l’astronomie relève en ce début de millénaire. Le Pôle instrumental de l’Observatoire de Paris s’y attèle. Notamment, avec la technique de la microlithographie. To make observations from the ground with the efficiency of a space telescope ; to be ready for the use of an extremely large, 100-meter future telescope. Such are the challenges facing astronomy at the beginning of the millennium. The Instrumentation Department of the Observatoire de Paris is responding, notably with the help of microlithography. L’instrumentation est une tradition de l’Observatoire de Paris. Elle s’est illustrée avec excellence dans le domaine de l’optique adaptative. La prochaine étape consistera, par exemple, à corriger la turbulence de l’atmosphère sur un champ de vue plus important. « En outre, les astronomes rêvent d’observer directement les exoplanètes. Ils voudraient, aussi, accéder à des régions inexplorées de l’Univers lointain… Ceci exigera des composants spécialisés pour les télescopes au sol ou dans l’espace. Notre équipe contribue à trouver les solutions technologiques adaptées à ces besoins », explique Fanny Chemla, Ingénieur de recherche au Pôle instrumental. Ce groupe a conçu un procédé de fabrication unique au monde qui réalise des surfaces de miroirs finement et volontairement « bosselées ». Une fois celles-ci mises en rotation, la lumière réfléchie présente les mêmes aberrations que si elle venait de traverser l’atmosphère de la Terre. On reproduit ainsi avec précision les phénomènes naturels qui nuisent aux observations du ciel depuis le sol. Le principe de l’optique adaptative est de corriger ces perturbations. Il utilise un miroir déformable piloté par un réseau d’électrodes. La collaboration avec l’entreprise Cilas a abouti à une méthode innovante de dépôt de celui-ci par microlithographie. Elle sera mise en œuvre sur les miroirs bimorphes de deux télescopes de 8 mètres – le Japonais Subaru,et l’international Gemini – à Hawaï. Un peu plus loin, les perspectives d’avenir portent sur la construction de gigantesques télescopes de 100 mètres de diamètre. Leur miroir principal, collecteur de lumière, se composera de centaines de segments en hexagones adjacents. L’équipe participe activement à la production de composants utiles pour tester les effets de cette division en mosaïque. Un soutien technique vital aux laboratoires Par ailleurs, les astrophysiciens s’intéressent aux phénomènes de chocs violents, dits « radiatifs », observés dans les explosions de supernovae ou autour des trous noirs. En collaboration avec le Laboratoire de l’Univers et de ses Théories – LUTH, des cellules de simulation expérimentale ont été créées. Leurs dimensions se mesurent en millimètres. Au final, la physique en jeu est reproduite par l’envoi d’un puissant laser sur du gaz piégé dans l’enceinte de laboratoire. Enfin, le Pôle instrumental se tourne vers l’espace : avec le dessein de réaliser des masques semblables à ceux que le Laboratoire d’Études Spatiales et d’Instrumentation en Astrophysique – LESIA doit fournir au coronographe du James Webb Space Telescope à l’horizon 2011. Ces composants occultent l’éclat des étoiles brillantes. Ce qui révèle les objets faibles à proximité. Des possibilités exceptionnelles s’offrent à la recherche d’exoplanètes. Le Planet Finder du Very Large Telescope, au Chili, en bénéficiera dès 2009. Instrumentation is a tradition at the Observatoire de Paris, and it proved a successin the field of adaptive optics. The next stage will involve, for example, a correction of atmospheric turbulence over a larger field of view. « Astronomers dream of observing exoplanets directly, and of reaching unexplored regions of the distant Universe. That kind of observations will require special components for ground-based or space-based telescopes. Our team contributes to find technical solutions suited to these needs », explains Fanny Chemla, Research Engineer at the Instrumentation Department. Her group has devised a manufacturing process unique in the world to produce mirror surfaces finely and purposely « bumpy ». When these surfaces rotate, the reflected light has the same distortion as if it had traveled through the Earth’s atmosphere. In this way, the natural phenomena that disrupt ground observations of the sky are accurately reproduced. Adaptive optics seeks to correct those disruptions. It employs a distorted mirror controlled by an electrode network. In collaboration with the Cilas Company, the department developed a new manufacturing method involving microlithography. The innovative technique will be implemented on the bimorph mirrors of two 8-meter telescopesthe Japanese Subaru and the international Geminiin Hawaii. Future projects include the construction of extremely large telescopes with a diameter of 100 meters. Their main mirror, the light collector, will be madeup of hundreds of adjacent hexagonal segments.The team actively participates in the production of special components to test the effects of this mosaic configuration. A crucial technical support for the laboratories Astrophysicists are interested in the study of the violent shocks, so-called « radiative » shocks, that have been observed during the explosion of supernovae or in the vicinity of black holes. In collaboration with the Laboratory Universe and Theories (LUTH), experimental simulation cells measuring only a few millimeters have been created. The physical phenomena at play are reproduced by sending a powerful laser on a volume of gas contained inside the laboratory. Finally, the Instrumentation Department turns to space for the purpose of producing masks similar to those that the Laboratory for Space Studies and Astrophysics Instrumentation (LESIA) must deliver, by 2011, for the James Webb Space Telescope coronograph. These components block out light from a bright star to reveal faint objects nearby. The prospects appear exceptionally good for the search for exoplanets, and the Planet Finder of the Very Large Telescope in Chile will be one of the first to benefit starting in 2009. FIGURE D’INTERFÉRENCE obtenue avec un miroir qui simule un piston segmenté en hexagone. Les télescopes supergéants seront constitués de centaines d’éléments accolés. INTERFERENCE IMAGE obtained with a mirror segmented into an hexagon that simulates a piston. Extremely large telescopes will consist of hundreds of adjacent hexagonal elements. LAM Contact : Fanny CHEMLA GEPI – Pôle instrumental +33 (0)1 40 51 22 54 fanny.chemla@obspm.fr MATRICE DE 20 X 20 MICROLENTILLES Ce composant optique, conçu à l’Observatoire de Paris, permet l’analyse de la distorsion des images par la turbulence de l’atmosphère. A 20-BY-20 MICRO LENS MATRIX This optical component, developed at the Observatoire de Paris, is used in the analysis of images distorted by atmospheric turbulence. GEPI - Observatoire de Paris



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