Une nouvelle génération de spectrographes dans l’objectif

Reportage à l’Observatoire de Lyon, où les équipes du pôle d’instrumentation du Centre de recherche en astrophysique de Lyon participent à la réalisation de nouveaux spectrographes qui viendront équiper les prochains grands télescopes.

Une nouvelle approche de l’astronomie

Capter et analyser la lumière émise par les objets célestes est primordial pour les astrophysiciens. C’est leur source primaire d’informations et quasiment la seule pour observer l’univers, même si depuis la détection des ondes gravitationnelles les scientifiques commencent aussi à « écouter les murmures de l’univers ». A ce titre, le spectrographe joue un rôle capital en astronomie. L’analyse de la lumière à l’aide de cet instrument, combinée à des modèles de la physique, permet aux astrophysiciens de sonder notre univers.

C’est justement l’une des spécialités des équipes techniques du pôle d’instrumentation du Centre de recherche en astrophysique de Lyon (CRAL). Dans les années 90, elles participent au développement d’un nouveau type de spectrographe qui va ouvrir de nouveaux horizons en astronomie : le spectrographe intégral de champ. Alors que jusque-là les astrophysiciens analysaient les objets célestes un à un, ce nouvel instrument permet d’obtenir simultanément les informations de toute une portion du ciel et de les analyser en fonction de la longueur d’onde.

C’est sur cette base qu’a été construit MUSE, le spectrographe équipé sur le « très grand télescope » (ou VLT) installé au Chili. Mais tandis que ce dernier continue d’être extrêmement sollicité, au CRAL on se tourne déjà vers les prochaines générations de spectrographes, dans le cadre de deux projets européens : HARMONI/ESO-ELT et 4MOST/ESO-VISTA.




HARMONI et le Télescope géant européen

En mars 2021, la communauté des astrophysiciens dévoilait les premières images de la toile cosmique, l’une des grandes prédictions du modèle du Big Bang. Cette observation confirme que les galaxies s’organisent en longs filaments de gaz. Une prouesse rendue possible grâce au Très grand télescope, l’un des plus grands télescopes au monde. Alors que ce grand instrument a déjà révolutionné le domaine de l’astronomie, son grand frère, le Télescope géant européen est déjà en cours de réalisation pour agrandir encore son champ d’observation.

Au premier plan de la conception et de la réalisation du spectrographe Muse, les équipes techniques du pôle d’instrumentation du CRAL se mobilisent pour mettre au point son successeur, HARMONI. Ce nouvel instrument devrait offrir un champ d‘observation encore plus complet, avec des images mieux résolues et une bande spectrale élargie. Ces capacités augmentées permettront de mener de grands programmes scientifiques comme l’étude de l’atmosphère des exoplanètes, la formation des premières galaxies ou la caractérisation plus précises d’objets stellaires. Mais ce projet vise également à « répondre plus largement aux attentes toujours plus nombreuses et diversifiées de la communauté scientifique » explique Magali Loupias, ingénieure en optique sur le projet HARMONI.


4MOST et le télescope VISTA

De taille plus modeste que l’ELT, VISTA reste le plus grand télescope de sondage au monde. Son activité est essentiellement tournée vers le relevé astronomique. Il s’agit d’un recensement pour établir des catalogues d’objets astronomiques, utilisés aussi bien par la communauté scientifique que par des astronomes amateurs. Dans le cadre du projet 4Most, ce télescope sera équipé de trois nouveaux spectrographes multi-objets, dont deux sont actuellement fabriqués au CRAL.

Les techniciens et ingénieurs du pôle instrumentation livreront à la fin de l’année 2021 ces spectrographes qui permettront d’acquérir davantage de données par images, et dans une gamme spectrale plus grande. En effet, la lumière se décompose en différentes longueurs d’onde correspondant à différentes couleurs, ce qu’on appelle le spectre de la lumière – l’arc-en-ciel ou la couverture de l’album The Dark side of the Moon des Pink Floyd en sont de bonnes illustrations. C’est en analysant les objets astronomiques en fonction de leur couleur que les scientifiques sont capables de discerner de nombreux détails autrement invisibles. Par exemple, la présence de méthane dans l’anneau de Saturne.

En raison de leur imposantes dimensions, les spectrographes HARMONI et 4MOST ne seront pas montés au CRAL. L’intégration d’HARMONI se fera à Edimbourg, tandis que 4Most, qui a récemment reçu sa toute première lumière au pôle instrumentation, sera testé en Allemagne. Puis ils seront transférés à l’observatoire du Cerro Paranal dans le désert de l’Atacama au Chili. Une véritable prouesse pour les techniciens et ingénieurs de garder la précision extrême des réglages des appareils au cours de ces différentes étapes jusqu’à la première lumière au Chili.



La première lumière d’un télescope est le moment spécial où il observe le ciel pour la première fois. C’est tout le travail du pôle instrumentation de mener à bien toutes les vérifications nécessaires en amont afin que ce moment soit un succès. Une perspective qui reste avant tout stimulante pour ces scientifiques : « C’est à chaque fois un nouveau challenge, mais aussi un amusement de trouver des solutions à ces problématiques techniques ».

Rendez-vous en 2022 pour la première lumière de 4MOST. Il faudra être plus patient pour celle de HARMONI, pas prévue avant 2025 !

Crédits photographies : Eric Le Roux/Direction de la communication de l’Université Lyon 1.


Ressources complémentaires :

Documentaire CNRS – Muse, la machine à explorer le temps

Visiter le site de Saint-Genis-Laval avec le service de diffusion des savoirs de l’observatoire de Lyon 

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