LESIA - Observatoire de Paris

Interférométrie optique

mardi 31 janvier 2012, par Sylvestre Lacour

L’interférométrie optique est une technique d’observation astrophysique qui combine la lumière de plusieurs télescopes pour obtenir une image d’une finesse équivalente à celle d’un télescope beaucoup plus grand.

Le LESIA est un laboratoire pionnier dans le domaine de l’interférométrie longue base. Il fut le premier, dans les années 90, à obtenir des résultats sur le ciel avec un recombinateur utilisant des fibres optiques (FLUOR). Il a été fortement impliqué dans l’exploitation d’un des premiers interféromètres utilisant un mode de recombinaison en optique intégrée (IOTA). Il fut également le premier à relier des télescopes par fibres optiques sur des bases hectométriques (projet ’OHANA).

L’équipe du LESIA a aussi joué un rôle important pour la première génération d’instruments pour le VLTI avec les premières franges obtenues avec VINCI qui a été développé au LESIA et dont le principe reposait sur celui de FLUOR ; et le premier instrument pour l’infrarouge thermique, MIDI, auquel le LESIA a participé.

Nous participons maintenant avec GRAVITY au développement de la deuxième génération d’instruments du VLTI et poursuivons des recherches instrumentales avec les projets ’OHANA et FIRST. Ces développements instrumentaux s’ancrent dans une longue tradition d’observation et de découvertes en astrophysique.

Principe

Plus le diamètre d’un télescope est grand, plus sa résolution (capacité à voir des détails fins) est grande. Pour cela, les astronomes ont construit et utilisé des télescopes de plus en plus grands. Avec des diamètres de l’ordre de 8 mètres, la génération actuelle permet d’imager dans le proche infrarouge avec une résolution de 50 millisecondes d’angle. Une telle résolution permet, par exemple, d’observer un objet de la taille d’un immeuble sur la lune.

Mais les astronomes en veulent plus, pour pouvoir observer les astres avec encore plus de finesse. A l’Observatoire de Paranal, les astronomes utilisent plusieurs télescopes en simultané. Ces télescopes, mobiles, permettent d’obtenir une résolution angulaire proportionnelle à la distance qui les sépare. Plus ils sont distants l’un de l’autre, plus ils permettent de voir des détails fins. Cette technique d’observation astrophysique est appelée l’interférométrie. Elle permet de s’affranchir des limites fixées par la taille des télescopes. Avec une résolution de 3 millisecondes d’angle, l’interféromètre du VLTI permet de résoudre une personne marchant sur la lune ! Bien mieux qu’un simple télescope donc.

Image de synthèse de l’observatoire VLT, au Chili. En plus de 4 grand télescopes de 8 mètres, le VLT dispose de 4 plus petits télescopes auxiliaires. Ces 4 télescopes peuvent être déplacés, permettant ainsi de synthétiser un télescope plus grand, de diamètre 100 mètres (surface rouge).

Recherche astrophysique

La spécialité astrophysique des équipes interférométriques du LESIA est l’observation des surfaces stellaires. Sans l’aide d’un interféromètre, la plupart des étoiles nous apparaissent, vues de la terre, comme des sources ponctuelles. Grâce à sa résolution, l’interférométrie optique nous a offert les premières images de surfaces stellaires, autres que le soleil.

Xavier Haubois, étudiant en thèse de l’Observatoire de Paris, a par exemple pu utiliser l’interféromètre IOTA pour obtenir la première image précise de la surface de Bételgeuse. Cela a permis la découverte des cellules de convection à la surface des supergéantes [1].

Image de l’étoile Betelgeuse, observé par l’interférométre IOTA.

La même technique à été utilisée pour observer l’élongation des étoiles, sous l’effet de leur rotation. Ou pour observer la perte de masse dans la haute atmosphère des étoiles pulsantes [2].

Mais l’interférométrie est un outil d’observation en plein développement. Chaque nouvel instrument apporte son lot d’améliorations, en terme de qualité de données et en terme de sensibilité. Le LESIA est ainsi présent sur de nouveaux domaines émergents de l’interférométrie optique, comme l’étude des trous noirs, ou encore la recherche d’exoplanètes.

Instruments en cours de développement

L’équipe interférométrique du LESIA travaille actuellement sur quatre instruments :

  • JOUFLU, une évolution de l’instrument FLUOR
  • ’OHANA, prototype d’interféromètre longue base relié par fibres optiques
  • FIRST, prototype d’imageur haute dynamique à base de composants fibrés.
Personnels impliqués dans les projets
NomsResponsabilités
Elodie Choquet Etudiante en thèse
Vincent Coudé du Foresto Astronome
Elsa Huby Etudiante en thèse
Pierre Kervella Astronome adjoint
Pierre Fédou Ingénieur de Recherche
Vincent Lapeyrere Ingénieur de Recherche
Sylvestre Lacour Chargé de Recherche
Benjamin Mollier Etudiant en thèse
Miguel Montargès Etudiant en thèse
Damien Pickel Etudiant en thèse
Guy Perrin Astronome
Daniel Rouan Directeur de Recherche