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Le Very Large Telescope (VLT) de l'ESO vient de capturer sa première lumière au moyen d'un tout nouveau dispositif d'optique adaptative baptisé Tomographie Laser – et d'acquérir des images tests particulièrement détaillées de la planète Neptune, d'amas d'étoiles et d'autres objets célestes. L'instrument pionnier MUSE positionné en mode Champ Étroit et combiné au module d'optique adaptative GALACSI, peut désormais utiliser cette nouvelle technique de correction de la turbulence à diverses altitudes atmosphériques. Il devient dès lors possible de capturer, depuis le sol et dans le domaine visible, des images dotées d'une définition supérieure à celle des images acquises par le Télescope Spatial Hubble du consortium NASA/ESA. La combinaison d'images particulièrement résolues avec les capacités spectroscopiques de MUSE permettra aux astronomes d'étudier les propriétés d'objets astronomiques avec des détails bien plus fins qu'auparavant.
L'instrument MUSE (Explorateur Spectroscopique doté de Plusieurs Unités) qui équipe le Very Large Telescope (VLT) de l'ESO fonctionne avec un dispositif d'optique adaptative baptisé GALACSI. Ce module utilise le Système d'Etoiles Guides Laser 4LGSF, un sous-système d'Optique Adaptative (AOF). L'AOF procure une optique adaptative aux instruments qui équipent la quatrième unité télescopique (UT4) du VLT. MUSE fut le premier instrument à bénéficier de cette nouvelle installation et dispose désormais de deux modes d'optique adaptative – le Mode Champ Large et le Mode Champ Etroit.
Le Mode Champ Large de MUSE combiné au Mode Sol de GALACSI permet de corriger des effets de la turbulence atmosphérique jusqu'à une altitude de 10 000 mètres et sur un champ de vue relativement étendu. Le nouveau Mode Champ Etroit basé sur la tomographie laser corrige de la plupart des effets de la turbulence atmosphérique au-dessus du télescope et génère des images bien plus détaillées, mais sur une surface du ciel beaucoup plus restreinte.
Grâce à cette nouvelle instrumentation, le télescope UT4 de 8 mètres atteint la limite théorique de netteté de l'image et s'affranchit totalement des effets de la turbulence atmosphérique. Un tel résultat est extrêmement difficile à atteindre dans le domaine visible. Les images acquises sont comparables, en termes de netteté, à celles capturées par le Télescope Spatial Hubble du consortium NASA/ESA. Les astronomes peuvent désormais étudier, dans les moindres détails, des objets aussi fascinants que les trous noirs supermassifs situés au centre de galaxies lointaines, les jets issus de jeunes étoiles, les amas globulaires, les supernovae, les planètes du Système Solaire ainsi que leurs satellites, et bien d'autres objets (1).
L'optique adaptative est une technique permettant de compenser l'effet de flou généré par l'atmosphère terrestre, un problème d'envergure rencontré par l'ensemble des télescopes opérant depuis le sol. La même turbulence atmosphérique responsable du scintillement des étoiles observées à l'œil nu, se traduit par l'acquisition d'images floues de l'Univers au moyen des grands télescopes. En effet, la lumière en provenance des étoiles et des galaxies subit une déviation lors de sa traversée de l'atmosphère terrestre. Ce phénomène oblige les astronomes à utiliser des technologies intelligentes pour améliorer artificiellement la qualité des images acquises.
Afin d'atteindre cet objectif, quatre lasers brillants reliés à l'UT4 projettent sur le ciel des rayons de 30 centimètres de diamètre de couleur orange vive. Ces rayons excitent les atomes de sodium présents dans la haute atmosphère et génèrent des Etoiles Guides Laser artificielles. Les systèmes d'optique adaptative utilisent la lumière de ces “étoiles” pour quantifier le degré de turbulence atmosphérique et déterminer les corrections à apporter, quelque mille fois par seconde. S'ensuit la distorsion du miroir secondaire mince et déformable de l'UT4, en réponse à la déviation de la lumière.
MUSE n'est pas le seul instrument à bénéficier de ce dispositif d'Optique Adaptative. Un autre système d'optique adaptative baptisé GRAAL fonctionne déjà de concert avec la caméra infrarouge HAWK-I. S'ensuivra, dans quelques années, le nouvel instrument ERIS, doté de performances élevées. Ces développements essentiels dans le domaine de l'optique adaptative augmentent encore la puissance des télescopes de l'ESO, tournés vers l'Univers.
La mise à disposition de ce nouveau mode d'acquisition d'images constitue une étape clé pour l'Extremely Large Telescope de l'ESO, qui utilisera la Tomographie Laser pour atteindre ses objectifs scientifiques. Les résultats obtenus sur l'UT4 au moyen de l'AOF permettront aux ingénieurs et aux scientifiques de l'ELT d'implémenter une semblable technologie d'optique adaptative sur le géant de 39 mètres de diamètre.
Notes
(1) La turbulence atmosphérique varie avec l'altitude ; certaines couches dévient davantage la lumière stellaire que d'autres en effet. Complexe, la technique d'optique adaptative basée sur la Tomographie Laser vise à principalement corriger des effets de la turbulence générée par ces couches atmosphériques. Un ensemble de couches prédéfinies est sélectionné pour le Mode Champ Etroit de l'ensemble MUSE/GALACSI à 0 km (au niveau du sol, un contributeur toujours majeur), 3, 9 et 14 km d'altitude. L'algorithme de correction est ensuite optimisé pour ces couches, ce qui permet aux astronomes d'atteindre une qualité d'image comparable à celle obtenue au moyen d'une étoile guide naturelle et correspondant à la limite théorique du télescope.
(2) MUSE et GALACSI en Mode Champ Etendu offrent déjà une correction d'une minute d'arc sur un champ de vue étendu, avec des pixels de 0,2” sur 0,2”. Ce nouveau Mode Champ Etroit de GALACSI couvre un champ de vue plus petit, de 7,5 secondes d'arc, mais avec des pixels de taille inférieure: 0,025” sur 0,025”, afin d'exploiter pleinement la résolution obtenue.
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