Imagerie par synthèse d ouverture optique, application aux étoiles chimiquement particulières



Documents pareils
Imagerie par synthèse d ouverture optique, application aux étoiles chimiquement particulières

Exo-planètes, étoiles et galaxies : progrès de l'observation

Une application de méthodes inverses en astrophysique : l'analyse de l'histoire de la formation d'étoiles dans les galaxies

TP 03 B : Mesure d une vitesse par effet Doppler

INTRODUCTION À LA SPECTROSCOPIE

La spectro, c'est facile

Application à l astrophysique ACTIVITE

Chapitre 02. La lumière des étoiles. Exercices :

Séquence 9. Étudiez le chapitre 11 de physique des «Notions fondamentales» : Physique : Dispersion de la lumière

Étude et modélisation des étoiles

Travauxpratiqueset stage d observation

DIFFRACTion des ondes

Les moyens d observations en astronomie & astrophysique

Comprendre l Univers grâce aux messages de la lumière

Chapitre 6 : les groupements d'étoiles et l'espace interstellaire

Un spectromètre à fibre plus précis, plus résistant, plus pratique Concept et logiciel innovants

Panorama de l astronomie. 7. Spectroscopie et applications astrophysiques

Niveau 2 nde THEME : L UNIVERS. Programme : BO spécial n 4 du 29/04/10 L UNIVERS

D ETECTEURS L UXMETRE SUR TIGE C OMPTEUR DE FRANGES A FIBRE OPTIQUE. Détecteurs

Gaz moléculaire et formation stellaire dans les galaxies proches : maintenant et à l'époque ALMA Jonathan Braine

Correction ex feuille Etoiles-Spectres.

Les objets très lointains

Chapitre 6 La lumière des étoiles Physique

ANALYSE SPECTRALE. monochromateur

TP 2: LES SPECTRES, MESSAGES DE LA LUMIERE

MOTORISATION DIRECTDRIVE POUR NOS TELESCOPES. Par C.CAVADORE ALCOR-SYSTEM WETAL Nov

Mesures de PAR. Densité de flux de photons utiles pour la photosynthèse

EXERCICE 2 : SUIVI CINETIQUE D UNE TRANSFORMATION PAR SPECTROPHOTOMETRIE (6 points)

Résonance Magnétique Nucléaire : RMN

Vie et mort des étoiles. Céline Reylé Observatoire de Besançon

I - Quelques propriétés des étoiles à neutrons

Entités de recherche. Centre de Recherche Astrophysique de Lyon CRAL

LE PHYSICIEN FRANCAIS SERGE HAROCHE RECOIT CONJOINTEMENT LE PRIX NOBEL DE PHYSIQUE 2012 AVEC LE PHYSICIEN AMERCAIN DAVID WINELAND

Physique quantique et physique statistique

Chapitre 4 - Spectroscopie rotationnelle

Rayonnements dans l univers

Intérêt du découpage en sous-bandes pour l analyse spectrale

Le pâle écho lumineux du Big Bang vu par le satellite Planck

Celestia. 1. Introduction à Celestia (2/7) 1. Introduction à Celestia (1/7) Université du Temps Libre - 08 avril 2008

Ondes gravitationnelles de basses fréquences et relativité

Les atouts et faiblesses des caméras TEP dédiées, TEP corps entier, TEP-CT, TEMP pour la quantification

Quelleestlavaleurdel intensitéiaupointm?

AA-SO5 KIDA/GSOV/VAMDC

TEMPÉRATURE DE SURFACE D'UNE ÉTOILE

PHYSIQUE-CHIMIE. Partie I - Spectrophotomètre à réseau

Suivi en infrarouge-moyen avec ISO

Étoiles doubles par Interférométrie des tavelures au T60 du pic du midi

Jeunes en Apprentissage pour la réalisation de Nanosatellites au sein des Universités et des écoles de l enseignement Supérieur

Spectrophotométrie - Dilution 1 Dilution et facteur de dilution. 1.1 Mode opératoire :

Sensibilité (bas niveaux de lumière, hauts niveaux de lumière) Spectre de sensibilité : visible ( nm) mais aussi IR, UV, RX

SUIVI CINETIQUE PAR SPECTROPHOTOMETRIE (CORRECTION)


Sensibilisation à la Sécurité LASER. Aspet, le 26/06/2013

Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance : application à l onduleur basse tension

DIPLÔME INTERUNIVERSITAIRE D ECHOGRAPHIE. Examen du Tronc Commun sous forme de QCM. Janvier h à 16 h

TABLE DES MATIÈRES CHAPITRE I. Les quanta s invitent

Mise en pratique : Etude de spectres

Le nouveau programme en quelques mots :

Simulation d'un examen anthropomorphique en imagerie TEMP à l iode 131 par simulation Monte Carlo GATE

Scanner de film numérique

ÉPREUVE COMMUNE DE TIPE Partie D. TITRE : Comment s affranchir de la limite de la diffraction en microscopie optique?

FORMATION ASSURANCE QUALITE ET CONTROLES DES MEDICAMENTS QUALIFICATION DES EQUIPEMENTS EXEMPLE : SPECTROPHOTOMETRE UV/VISIBLE

Champ électromagnétique?

Polissage des Miroirs d Advanced Virgo : un nouveau défi. Les solutions envisagées

Comment réaliser physiquement un ordinateur quantique. Yves LEROYER

Microscopie de fluorescence Etat de l art

Note de cadrage du PEPI MACS Mathématiques Appliquées & Calcul Scientifique

Atelier : L énergie nucléaire en Astrophysique

Superstrat tout Dielectrique Pour le Contrôle de l Ouverture Angulaire d'une Antenne à Double Polarisation

PHYSIQUE Discipline fondamentale

Auscultation par thermographie infrarouge des ouvrages routiers

Panorama de l astronomie

Théories de champ moyen et convection à grande échelle

TD 9 Problème à deux corps

Spectrophotomètres.

Activité 1 : Rayonnements et absorption par l'atmosphère - Correction

Echantillonnage Non uniforme


EFFET DOPPLER EXOPLANETES ET SMARTPHONES.

Qu est-ce qu un ordinateur quantique et à quoi pourrait-il servir?

TP 7 : oscillateur de torsion

LES CARACTERISTIQUES DES SUPPORTS DE TRANSMISSION

Partie Observer : Ondes et matière CHAP 04-ACT/DOC Analyse spectrale : Spectroscopies IR et RMN

Les interférences lumineuses

Actions de réduction de bruit sur un moteur poids lourd

SPECTROSCOPIE D ABSORPTION DANS L UV- VISIBLE

Recherche De Coalescences Binaires Étalonnage Du Détecteur

PHYSIQUE 2 - Épreuve écrite

Quelques liens entre. l'infiniment petit et l'infiniment grand

Spectrophotomètres. Spectrophotomètres modèle Les spectrophotomètres Série 67 : 3 modèles uniques


Interférences et applications

Monitoring de surface de sites de stockage de CO 2 SENTINELLE. (Pilote CO2 de TOTAL Lacq-Rousse, France) Réf. : ANR-07-PCO2-007

Qu est-ce qui cause ces taches à la surface du Soleil?

Acquisition et conditionnement de l information Les capteurs

NUAGES INTERSTELLAIRES ET NEBULEUSES

ECTS INFORMATIQUE ET RESEAUX POUR L INDUSTRIE ET LES SERVICES TECHNIQUES

Les impulsions laser sont passées en quarante ans de la

Transcription:

Imagerie par synthèse d ouverture optique, application aux étoiles chimiquement particulières Jean-Baptiste LeBouquin directrices de thèse: Karine Rousselet-Perraut & Claudine Kahane Simulation des observables Observations interférométriques Développements instrumentaux

Résoudre spatialement la surface des étoiles Taches photosphériques Rotation différentielle B Éjection de matière Champ magnétique Une étoile résolue : le Soleil Étude des structures locales : compréhension de la physique rôle du champ magnétique Contexte astrophysique de la thèse 2

Les étoiles plus précoces Les étoiles chimiquement particulières Ap Faible rotation Modèle de α 2 CVn Kochukhov,A&A 2002 (Vsini ~ 0-50 km/s) couple magnétique? B 0.5 5kG Pulsation rapide, roap (2 15 min) diffusion des espèces chimiques? excitation / sélection? Tache d abondance métallique (contraste de 10 1000) Études des structures locales Contexte astrophysique de la thèse 3

Problématiques astrophysiques Pourquoi certaines A sont Ap? Pourquoi certaines Ap pulsent? Relation B, abondance, pulsations? Position des étoiles magnétiques Origine du champ magnétique? fossile / dynamo? Position évolutive? centre de la séquence principale découverte d étoiles jeunes magnétiques Hubrig et al., 2OO5 sep, AIP proc Une étoile magnétique jeune : HD72106 Mesure des paramètres fondamentaux Imagerie de la surface Wade et al., 2005 sep, A&A Contexte astrophysique de la thèse 4

Problématiques instrumentales Taches d abondance, faible rotation Haute résolution spectrale R = 10 000 100 000 Magnétisme, effet Zeeman Polarisation circulaire ~ 0 5 % Méthodes d études actuelles : Photométrie Spectro - polarimétrie Reconstructions Doppler Résoudre les structures locales diamètre apparent? Champ magnétique de α 2 CVn Kochukhov,A&A 2002 1mas @ 1µm = 200m Interférométrie longue base Abondance de εuma Lueftinger,A&A 2003 Contexte astrophysique de la thèse 5

Principe de l interférométrie Le VLTI recombinaison base base base b Grandeurs interférométriques visibilités µ et phases ϕ fonction de la forme de l objet : µ e iϕ = TF{ objet } (b/λ) Contexte astrophysique de la thèse 6

Les trois «régimes» d observations Partiellement résolue r = 3 1 mas mesures des structures locales par interférométrie différentielle Résolue r < 1 mas mesure directe des structures analyse paramétrique (position, amplitude ) Résolue et fort échantillonnage r < 1 mas beaucoup de télescopes imagerie par synthèse d ouverture Contexte astrophysique de la thèse 7

Plan de la présentation Contexte astrophysique de la thèse Interférométrie différentielle, application aux étoiles Ap Principes de la technique Simulation du signal interférométrique Validation de la technique au GI2T Perspectives Vers un instrument spectro-polar imageur par synthèse d ouverture Le projet VITRUV Précurseurs à 2T au VLTI Étude de la recombinaison Le problème de la polarisation Synthèse des travaux 8

Interférométrie différentielle Beckers,1982 ; Petrov,1988 Lachaume,2003 résolution de l interféromètre ~ 1.5 mas étoile continuum tache métallique p ϕ 2π.p ~ 0.3 mas λ λ ϕ(λ) 0 ddm raie ddm Augmente la résolution spatiale Étude des structures locales Interférométrie différentielle : technique 9

Interférométrie + polarimétrie Brown,1974 ; Vakili, 1981 champ magnétique + - raie sensible à l effet Zeeman Polarisation circulaire est une signature du magnétisme (effet Zeeman) (Ι+) (Ι ) ~ 0 peu d effet intégré (ϕ+) (ϕ ) > 0 effet de phase interférométrique Polarimétrie Interférométrie pol + pol - polarisation + polarisation - λ raie λ raie continu continu Ι+ Ι flux ϕ+ ϕ ddm Interférométrie différentielle : technique 10

Un outil de simulation numérique Paramètres atmosphériques Abondances Structure: Atlas9 Champ Magnétique O. Kochukhov Paramètres instrumentaux Résolution Spectrale Base Interférométrique Géométrie Stellaire Vitesse de Rotation Angle d inclinaison Transfert Radiatif LTE Plan-parallèle Feautrier Polarisé Carte d intensité en fonction de λ en fonction de la polarisation en fonction de la phase stellaire Simulation d instrument T. Lanz Paramètre atomiques Énergie Coefficients d élargissement Paramètres magnétiques C. Stehlé Observables Spectre intégré Visibilité µ Phase ϕ Perraut et al., 2005 A&A 422, p.193 Interférométrie différentielle : simulations 11

Exemple de simulation : le prototype α 2 CVn Observations spectrales de α 2 CVn CrII 4824A -0.5 λ 0.5 Reconstruction Doppler de Kochukhov,2002 ϕ -0.5 λ 0.5 Validation du transfert radiatif Prédictions des grandeurs interférométriques simulations observations Phases = Contraintes géométriques à 2D Indépendante de l aspect «tomographique» Perraut et al., 2005 A&A 422, p.193 Interférométrie différentielle : simulations 12

Résultats des simulations Étoiles Taches d abondance Effet de phase dans Hα Champ magnétique et polarisation α2cvn oui oui non d = 0.8mas, Vsini = 15km/s i = 30 B = 5kG ex. simulation précédente mesure de l axe de rotation εuma non oui? d = 1.3mas Vsini = 35km/s i = 45 B = 0.2kG Fer: trop peu contrasté Cr: pas assez abondant mesure de l axe de rotation βcrb? non oui raies Fer d = 1mas Vsini = 3.5km/s i = 4 B = 10kG inconnues car étoile vue par le pôle distinction entre les deux modèles magnétiques de Bagnulo,2000 caractéristiques: visible, base=50m, R=30000, polarisation Interférométrie différentielle : simulations 13

Validation de la technique au GI2T / REGAIN GI2T à Calern, France Interféromètre GI2T 2 télescopes base = 50m r ~ 1.5mas REGAIN + polariseur polarimètre Table REGAIN voie visible résolution spectrale R = 1500 30 000 module d analyse de la polarisation 5 semaines d observations Pas de données sur des Ap à cause de problèmes techniques Validation du polarimètre Interférométrie différentielle : validation 14

Validation de la technique au GI2T / REGAIN Mon implication : mesure sur le simulateur interne observations sur des calibrateurs réduction des données Polarisation instrumentale contrôlée Pas de chute de visibilité avec l Angle Horaire Observations autour du transit : GI2T -2h / +2h SUSI -20min / +20min Ireland, 2005 MNRAS visibilités: naturelle polarisation + polarisation - D. Mourard, JL. Chevassut Perraut et al., A&A, soumis Interférométrie différentielle : validation 15

Perspectives possibles sur CHARA CHARA sur le Mt Wilson, USA CHARA Base = 330m 6 Télescopes Ouvertures = 1m Base = 330m REGAIN 3 faisceaux Spectromètre R = 30 000 Analyse de la polarisation Fermeture programmée du GI2T Possibilité de déplacer la table REGAIN sur CHARA 330m @ 0.5µm 0.3mas surfaces stellaires résolues Interférométrie différentielle : perspectives 16

Perspectives possibles sur CHARA Observation du champ magnétique Cible résolue Effets en visibilité importants GI2T CHARA Observation dans le second lobe de la visibilité Champ magnétique dipolaire : Structures polarisées égales à une fraction du diamètre CHARA + REGAIN + Modèle de βcrb 2 ème et 3 ème lobe de visibilité Interférométrie différentielle : perspectives 17

Perspectives possibles sur CHARA Étude de l abondance Cibles résolues Effets en visibilité importants GI2T CHARA Observation dans le second lobe de la visibilité Mais imagerie par synthèse d ouverture difficile visibilités faibles faible nombre de télescopes CHARA + REGAIN + Modèle d α 2 CVn Interférométrie différentielle : perspectives 18

Vers l imagerie par synthèse d ouverture Intérêts: pas d a priori sur la morphologie de l objet Difficultés grand nombre de télescopes... applications aux étoiles Ap : forte résolution spatiale nécessaire visible et / ou longues bases signature spectrale des structures d abondances spectroscopie haute résolution présence de champ magnétique analyse de la polarisation Interférométrie différentielle : perspectives 19

Panorama des instruments imageurs existants ou en projet Nom Nb. Tel. Base max. λ Rés. Ang. (mas) Res. Spec. Polar IOTA-IONIC 3T 30 m H 10.3 15 testée VLTI-AMBER 3T 200 m JHK 0.9 10 000 CHARA-MIRC 6T 330 m HK 0.9 300 CHARA-REGAIN 3T 330 m Vis 0.3 30 000 oui VLTI-VITRUV 4T 200 m Vis - JHK 0.5 0.9 10 000 possible OHANA?T 800 m JHK 0.4? liste non exhaustive Monnier, 2003, RPPh Interférométrie différentielle : perspectives 20

Plan de la présentation Contexte astrophysique de la thèse Interférométrie différentielle, application aux étoiles Ap Principes de la technique Simulation du signal interférométrique Validation de la technique au GI2T Perspectives Vers un instrument spectro-polar imageur par synthèse d ouverture Le projet VITRUV Précurseurs à 2T au VLTI Étude de la recombinaison Le problème de la polarisation Synthèse des travaux 21

Le projet VITRUV En cours de discussion entre l ESO, l équipe IONIC du LAOG [ Malbet et al. 2005 ] VITRUV, un spectro-imageur pour le VLTI Spécifications: Infrarouge J,H,K + extension visible 4 à 8 télescopes : synthèse d ouverture Haute résolution spectrale 100 10 000 Résolution angulaire < 1mas Lumière des télescopes Comment recombiner 4 à 8 télescopes, tout en autorisant la haute résolution spectrale? Recombineur en optique intégrée Dispersion / Polarisation Problématique de la polarisation? Vers un spectro-imageur : le projet vitruv 22

Mon implication concrète dans le projet R&D Optique intégrée IONIC / LETI / IMEP Simulateur Optique L. Jocou, M. Benisty, P.Gratier Précurseurs au VLTI Simulateur Numérique Mise au point d un outil de réduction des données Qualification d un composant 2T en bande H (été 2003) Installation / Qualification d un composant 2T bande K (2004) IONIC / ESO 1 Projet VITRUV 3 Centralisation de l information (VLTI, fibres, atmosphère ) Codage et utilisation E. Herwats Étude de la polarisation Mise au point d un formalisme adapté Étude théorique des différents biais Recombiner 4 à 8T Comparaison théorique des différentes solutions Recommandations P. Labeye, JP Berger 2 Étude de la réduction des données Étude formelle des estimateurs Optimisation des performances E. Tatulli Proposition de module d analyse K. Perraut Vers un spectro-imageur : le projet vitruv 23

Précurseurs au VLTI : composants à 2T L optique intégrée au VLTI : LAOG LETI IMEP ESO recombineur 2T-H (été 2002) recombineur 2T-K (été 2004) Originalité de ces travaux : outil de réduction des données basé sur la décomposition de Gabor analyse de la stabilité analyse de la polarisation couplage < 10-2 LeBouquin et al., A&A 2004 µ µ = 87% LeBouquin et al., A&A, soumis Vers un spectro-imageur 24

Recombineurs multi faisceaux : analyse système composant 2T existant concepts de composants 4T IONIC au VLTI Recombiner 4 à 8T ne se résume pas à coller des composants 2T L optique intégrée autorise de nombreux concepts Analyse comparative : Temps de lecture (~nombre de pixels) Performances Analyse «système» : LeBouquin et al., 2004 SPIE Vers un spectro-imageur : recombinaison 25

Recombineurs multi faisceaux : comparaison des performances Recombineurs 2T : tous les concepts sont équivalents snr Résolution spec. minimum R = 10 000 2T Recombineurs 4,6 et 8T : grandes disparités Conclusions différentes si on veut snr objets faibles / brillants objets résolus / non résolus 4T haute / basse résolution spectrale nb. de photon par télescope Études formelles des estimateurs : Tatulli & LeBouquin, MNRAS, soumis LeBouquin & Tatulli, MNRAS, à soumettre Vers un spectro-imageur : recombinaison codage temporel codage spatial codage matriciel (ABCD) tout en un par paire 26

Recommandations pour VITRUV Schéma tout-en-un / spatial beaucoup de pixels (~150) résolution minimum (R > 100) performances optimales cavité multimode Schéma par-paire / matriciel peu de pixels (24) bande large possible performances acceptables composant lentille détecteur Concept encore jamais utilisé pour un tel nombre de télescopes Vers un spectro-imageur recombinaison 27

La polarisation dans le contexte de VITRUV s 45 interférogramme principal interférogrammes parasites p 0 polariseur à 45 polariseur à 0 Mise en évidence expérimentale d effets de polarisation L. Jocou, M. Benisty, P. Gratier VITRUVsim (outil de simulation) : fibres + composant polarisation de la source E. Herwats Flux simulé Flux observé ddm en microns ddm en microns Explication : couplages des polarisations dues aux fibres ddm en microns ddm en microns Vers un spectro-imageur : polarisation 28

VITRUV et la polarisation : premières recommandations Étude d un mode polarisé = VITRUVsim + approche formelle La séparation des polarisations est nécessaire pour s affranchir des principaux biais instrumentaux : réflexions du VLTI fibres optiques + recombineur L étude de la polarisation linéaire de la source astrophysique semble envisageable : simulations à approfondir biais introduits par le VLTI à mesurer L étude de la polarisation circulaire semble difficile, principalement à cause des effets non connus du VLTI un mode polarisé dans VITRUV est envisageable Vers un spectro-imageur : polarisation 29

Plan de la présentation Contexte astrophysique de la thèse Interférométrie différentielle, application aux étoiles Ap Principes de la technique Simulation du signal interférométrique Validation de la technique au GI2T Perspectives Vers un instrument spectro-polar imageur par synthèse d ouverture Le projet VITRUV Précurseurs à 2T au VLTI Étude de la recombinaison Le problème de la polarisation Synthèse des travaux 30

Validation de l étude de concept Premières analyses du composant 4T prisme lentille détecteur LETI / CEA P. Labeye, L. Jocou Wollaston [µ,ϕ] x 6 + 4T = 16 inconnues pour 24 pixels AMBER = 6 inconnues pour 100 pixels Possibilité de disperser le signal Possibilité d entrelacer les polarisations simple compact / stable performant 31

Synthèse des travaux Simulation d observations des étoiles Ap avec VITRUV Modélisation étoile Ap Observables simulées Données réduites transfert de rayonnement réduction des données simulation de l instrument Modélisation de VITRUV: visible / 4 ATs GI2T 2002 à 2005 IOTA 2003-2005 Observations VLTI 2004 32

Quelques réflexions et perspectives 33

Quelques réflexions Interférométrie et étoiles chimiquement particulières Le visible est la «voie royale» plus de raies / meilleure résolution spatiale Complémentarité Interférométrie + Astérosismologie contraindre la structure interne cartographier les pulsations Spectroscopie Spectro + interférométrie L / L interférométrie spectroscopie Reconstruction de pulsations. Simulations de Jankov et al., A&A 2001 T ( K ) Étoile pulsante τceti étudiée par Pijpers et al., A&A 2003 Application aux roap: collaborations avec M. Cunha Pulsation de HR3831 reconstruite par Kochukhov et al., ApJ 2004 34

Quelques réflexions Des instruments arrivent : IOTA-Polar, AMBER, CHARA-R, VITRUV Extension de la technique à d autres types d objets Structures de convection dans les géantes Environnement proche et activité des ABG, Miras Betelgeuse par Freytag et al. Mira dans l UV par le HST Activité magnétique des étoiles de type tardif AB Dor par Cameron et al. 35

Merci à tous Mathilde, Karine, Chantal, Denis, Jean-Louis, Florentin, Martin, Pierre, Thierry, Claudine, Jean-Philippe, Fabien, Frédéric, Laurent, Brahim, François, Jérôme, Myriam, Lucas, Nicolas, Sylvain, Régis, Béné, Pierre K, Pierre L, Éric, Gaël, Benjamin, Claire-Marie, Gautier, Augustin, Yves, Janette, Markus, Émilie, Guy, Jean-François, Josie, Oleg, Margaridha, Khadîdja, Françoise Et aussi aux développeurs Yorick, ADS, CDS, Aspro, LaTex, Linux, cygwin, Mozilla, amdlib, vndrs, archives ESO, archives Elodie Mira dans l UV par le HST Betelgeuse par Freytag et al. AB Dor par Cameron et al. Notre étoile : le Soleil 36