Magazine Observatoire de Paris n°9 déc 07/jan-fév 2008
Magazine Observatoire de Paris n°9 déc 07/jan-fév 2008
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°9 de déc 07/jan-fév 2008

  • Périodicité : trimestriel

  • Editeur : Observatoire de Paris

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 24

  • Taille du fichier PDF : 2 Mo

  • Dans ce numéro : Sciences de l'Univers à Paris.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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Vue de l’électronique des compensations des fluctuations du lien optique./Electronic set-up of the optical link fluctuation compensation system. SYRTE - Observatoire de Paris Contact : Giorgio SANTARELLI Ingénieur de recherche CNRS SYRTE + 33 (0)1 40 51 22 55 giorgio.santarelli@obspm.fr 14 – MAGAZINE DE L’OBSERVATOIRE N°9/décembre 2007 SYRTE/recherche Le LOUS tisse patiemment sa toile LOUS patiently spins its web Comment faire bénéficier la communauté scientifique de la précision des horloges atomiques de l’Observatoire ? Avec le LOUS, Lien Optique Ultra Stable, le département Systèmes de Référence Temps-Espace - SYRTE a la solution. How can the Observatoire make accessible to the scientific community the accuracy of its atomic clocks ? Thanks to LOUS (Ultra-Stable Optical Link), the Time-Space Reference Systems Department (SYRTE) has the answer. Cruciale en astronomie, la mesure du temps est un domaine naturel d’expertise à l’Observatoire de Paris. Un de ses départements, le SYRTE, en est plus particulièrement en charge. C’est grâce à lui que vous obtenez l’heure exacte à 50 millisecondes près lorsque vous appelez l’horloge parlante de n’importe où en métropole. Mais la précision des horloges atomiques de l’Observatoire de Paris, parmi les meilleures au monde, va bien au-delà : l’incertitude relative sur la valeur de leur fréquence est actuellement repoussée sous les 4¥10 –16. Outre leur utilité en astronomie, l’exactitude et la stabilité de ces garde-temps sont profitables à de nombreuses autres applications, qu’elles soient scientifiques (étude de la dérive de certaines constantes fondamentales) ou industrielles (étalonnage d’oscillateurs à quartz). C’est pourquoi l’Observatoire de Paris travaille sur les moyens de transmettre sans altération des fréquences de référence vers l’extérieur. Déjà développée en courtes distances (200 men interne, 3 kmentre le SYRTE et l’ENS), la piste la plus prometteuse est la liaison par fibre optique. Appelée LOUS pour Lien Optique Ultra Stable, elle est la seule à présenter une stabilité compatible avec les performances des meilleures horloges atomiques. Le LOUS sort du bois Depuis quelques années, le SYRTE travaille en collaboration avec le Laboratoire de Physique des Lasers - LPL (Institut Galilée/Université Paris 13) à la mise au point du LOUS. Cette coopération a permis d’établir une liaison optique entre l’Observatoire et le LPL, à Villetaneuse. D’une longueur de 43 km, ce LOUS a levé un lièvre intéressant en mettant en évidence les fluctuations de phase du signal, dommageables à la qualité de transmission. Elles sont essentiellement dues aux variations de température et aux contraintes mécaniques subies par la fibre. La difficulté a été contournée par la mise en place d’un asservissement qui mesure les perturbations sur le trajet aller-retour pour les compenser activement. Ce système permet aujourd’hui d’assurer que les fluctuations dues au lien optique sont plus faibles que celles des meilleures horloges atomiques et permet donc, sans dégradation, le transfert de fréquences étalons ou leur comparaison à distance. Prochaine étape : la mise en place d’un LOUS entre l’Observatoire de Paris et le Centre spatial du CNES à Toulouse (sur près de 700 km), et d’un autre à destination du PTB, l’institut allemand de métrologie établi à Brunswick (à plus de 1000 km). Ces liaisons constitueraient les premiers rayons d’un réseau fibré européen pour lequel une nouvelle méthode de transfert ‘‘tout optique » est actuellement à l’étude, afin de transférer directement une référence optique sur des distances pouvant dépasser 1000 km. Ce jour-là, la même référence optique sera accessible aussi aux grands organismes de recherche européens. The measurement of time, so crucial in astronomy, is a natural field of expertise at the Observatoire de Paris. It is chiefly the task of SYRTE, one of its departments. You must thank SYRTE for providing you with the time, accurate to within 50 milliseconds, when you call the speaking clock from anywhere in France. But the accuracy of the Observatoire de Paris’atomic clocks, which are among the best in the world, is much higher : the relative uncertainty on the value of their frequency is presently less than 4 ¥ 10 –16. Besides their use in astronomy, the accuracy and stability of these time-keepers are valuable in many other applications,either scientific (study of the variation of certain fundamental constants) or industrial (quartz oscillator calibration). This is the reason the Observatoire de Paris is working on ways to transmit reference frequencies to other places without degradation. Already developed over short distances (200 m within the Observatoire grounds and 3 km between SYRTE and ENS), the most promising lead is an optic fibre link. NamedLOUS (French acronym for Ultra-Stable Optical Link), it is the only one to feature a stability compatible with the performance of the best atomic clocks. LOUS comes of age For the past few years, SYRTE has been developing LOUS in collaboration with the Laboratoire de Physique des Lasers (LPL, Institut Galileé/Université Paris 13), and an optical link between the Observatoire and LPL, in Villetaneuse, has been established. This 43 km-long LOUS opened a can of worms by revealing signal phase fluctuations detrimental to the transmission quality. These are essentially due to temperature variation and mechanical constrains on the fibre. The problem was solved by the introduction of a servo mechanism that measures the perturbations along the trajectory in both directions and then compensates them. This system guarantees that fluctuations due to the optical link are smaller than those of the best atomic clocks and therefore allows, without deterioration, the transfer of standard frequencies or their comparison at a distance. Next stage : settingup a LOUS between the Observatoire de Paris and the CNES Space Centre in Toulouse (some 700 km away), and another one to reach the PTB, the German Metrology Institute in Braunschweig (a distance of over 1,000 km). These links would become the first spokes of an European fibred network for which a new « all optical » transfer method is presently under study in order to directly transfer an optical reference over distances exceeding 1,000 km. Once this is achieved, the same optical reference willalso be available to the leading European research organizations. Stabilité relative de fréquence du système de distribution opérant à 1 GHz, en conditions réelles sur 86 km et 186 km./Frequency stability of the 1-GHz dissemination system over 186 km.
recherche/NANçAY MAGAZINE DE L’OBSERVATOIRE N°9/décembre 2007 – 15 Magnétar et seul de son espèce Magnetar and the only one of its kind Depuis plus d’un an, la station de radioastronomie de Nançay a placé en observation un magnétar très spécial. Il est le seul connu à émettre dans le domaine radio. Et il a réservé bien des surprises. For more than a year, the Nançay radio astronomy station has been observing a very special magnetar. It is the only known magnetar emitting in the radio domain. And it had many surprises in store. Ismaël Cognard connaît bien les pulsars. C’est lui le responsable de leur observation au grand radiotélescope de la station de radioastronomie de Nançay. Mais des pulsars comme celui-là, il n’en avait jamais étudié. « Il ne reste de certaines étoiles arrivées en fin de vie qu’un petit corps très dense émettant des ondes radio en tournant sur lui-même, un peu comme un phare. C’est cela, un pulsar » explique ce chargé de recherche CNRS (au LPCE 1) associé à Nançay. « Certains d’entre eux sont dotés d’un champ magnétique plus élevé que la moyenne et émettent dans le domaine des rayons X et non plus des ondes radio. On les appelle alors des magnétars ». En 2006, l’astrophysicien Fernando Camilo, de Columbia University à New York, découvre que l’un de ces magnétars, XTE J1810-197, produit des ondes radio. Exactement comme les pulsars. C’est le premier de ce type. Fernando Camilo contacte alors l’équipe « pulsar » travaillant avec la station de Nançay pour lui demander de le surveiller. Celleci est en effet particulièrement bien équipée pour réaliser le « monitoring » des sources radio, grâce à sa grande antenne, mais aussi grâce à BON, instrument qui doit son nom aux trois villes où il a été conçu, Berkeley, Orléans et Nançay. Associé au grand radiotélescope, cet instrument appelé « dédisperseur pulsar cohérent » est capable d’observer et de dater les émissions des pulsars les plus rapides avec une précision de 100 nanosecondes 2. Sa fonction : débarrasser les ondes reçues du retard dont elles sont affectées, retard dû à leur interaction avec le milieu interstellaire et qui dépend de la fréquence à laquelle on les observe. Un suivi quotidien Avec BON, Ismaël Cognard suit le magnétar quotidiennement depuis plus d’un an et parvient à des résultats surprenants 3. D’abord, ce magnétar émet bien dans le domaine radio et non plus seulementX. Ensuite, l’intensité de l’émission radio a décru de 60% pendant la durée d’observation, et pas de manière uniforme. À cela s’ajoute que la rotation de XTE J1810-197 n’est pas stable, contrairement à la plupart des pulsars. En effet, elle ralentit très fortement d’une manière irrégulière. Enfin, plus récemment, des variations drastiques ont été observées sur le signal reçu d’une rotation de l’étoile à la suivante. Comment expliquer ces phénomènes ? « Cela fait une quarantaine d’années que les scientifiques cherchent à comprendre comment émettent pulsars et magnétars. Aucun consensus définitif n’est encore apparu. Espérons que ces nouvelles observations vont permettre de faire avancer la théorie », conclut Ismaël Cognard. Ismaël Cognard knows pulsars very well. He is responsible for observing them with the large radio telescope at the Nançay radio astronomy station. But he had never come across a pulsar like that. « All that remains of certain stars at the end of their life is a small, very dense object that emits radio waves as it revolves around itself, a bit like a lighthouse. That’s a pulsar », explains Cognard, a CNRS research fellow (at LPCE 1) associated with Nançay. « Some pulsar magnetic fields are more powerful than average and instead of radio waves they emit in the X-ray domain. These are what we call magnetars. » In 2006, Columbia University at New York astrophysicist Fernando Camilo discovered that one of these magnetars, XTE J1810-197, emitted radio waves, just as pulsars do. It was the first one to behave in that way. Camilo then got in touch with the « pulsar » team at the Nançay station and asked them to monitor it. Thanks to its large antenna, but also to BON, an instrument namedafter the three cities involved in its construction—Berkeley, Orléans and Nançay—the Nançay station is particularly well equipped to monitor radio sources. BON is a « coherent pulsar dedispersor », an instrument capable of observing and timing emissions from the most rapid pulsars with a precision of 100 nanoseconds 2. Interaction with the interstellar medium produces a delay in the reception of the waves that depends on the frequency used for observation. The role of the BON instrument is to remove this delay. Daily surveillance Using BON, Ismaël Cognard has been monitoring the magnetar on a daily basis for over a year and has obtained some surprising results 3. First of all, the magnetar emits not just in the X-ray but also in the radio domain. Also, the radio emission intensity decreased by 60 percent during the observation period, and this decrease was not uniform. In addition, unlike most pulsars, the magnetar’s rotation was not stable but slowed down considerably and in an irregular fashion. Finally, some drastic variations in the signal from one rotation to the next have lately been observed. How to explain those phenomena ? « For the past forty years scientists have been trying to understand pulsar and magnetar emissions without reaching any general agreement. Let’s hope that these new observations will help to move the theory forward », concludes Ismaël Cognard. (1) LPCE : Laboratoire de Physique et de Chimie de l’Environnement (Orléans). Le LPCE est membre de la Fédération de recherche Sciences de la Terre et de l’Univers en région Centre (STUC)./LPCE : Laboratoire de Physique et de Chimie de l’Environnement (Orléans). LPCE is a member of the Fédération de recherche Sciences de la Terre et de l’Univers en région Centre (STUC). (2) Un dix millionième de seconde./One ten-millionth of a second. (3) « The magnetar XTE J1810-197 : Variations in torque, radio flux density and pulse profile morphology », The Astrophysical Journal, 663,pp. 497-504, 1 er juillet 2007./ « The magnetar XTE J1810-197 : Variations in torque, radio flux, density and pulse profile morphology », The Astrophysical Journal, 663,pp. 497-504, 1 st July 2007. Les magnétars sont des pulsars dotés d’un champ magnétique important et émettant habituellement dans le domaine des rayonsX./Magnetars are pulsars with an extremely powerful magnetic field and usually emitting in the X-ray domain. Robert S. Mallozzi, UAH/NASA MSFC Contact : Ismaël Cognard Chargé de recherche CNRS LPCE +33 (0)2 38 25 79 08 icognard@cnrs-orleans.fr Suivi quasi quotidien du magnétar XTE J1819-1697 à Nançay. La courbe des différences entre les temps d’arrivée mesurés et ceux calculés théoriquement montre de grandes instabilités dans la rotation du magnétar./Almost daily monitoring of the magnetar XTE J1819-1697 at Nançay. The graph of the differences between measured and theoretically calculated arrival time shows large instability in the magnetar’s rotation. Ismaël Cognard L’instrument BON, au centre, est constitué de 64 PC biprocesseurs fonctionnant en parallèle./The BON instrument (centre) is composed of 64 PC bioprocessors operating in parallel. J.-P. Letourneur, CRDP Centre



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