LESIA - Observatoire de Paris

Soutenance de thèse de Jonathan Exposito le mercredi 4 décembre 2013

mardi 26 novembre 2013

(mise à jour le 28 novembre 2013)

La soutenance aura lieu le mercredi 4 décembre 2013 à 10h30 dans l’amphithéâtre du bâtiment Evry Schatzman à Meudon.

Sujet

Amélioration de la qualité des images obtenues par optique adaptative et application à l’étude des noyaux actifs de galaxie

Co-directeurs

Gérard Rousset, Damien Gratadour et Yann Clénet.

Résumé

Mon travail se situe à la jonction de trois domaines : l’étude des noyaux actifs de galaxies (AGN), l’optique adaptative (OA) et l’optimisation des méthodes de traitement de données associées. Elle porte sur le développement d’outils permettant d’obtenir la meilleure qualité d’image en terme de résolution et de contraste et ainsi de maximiser le retour scientifique notamment pour l’étude des AGN. L’optique adaptative permet de compenser les effets de la turbulence atmosphérique sur le front d’onde et ainsi de s’approcher de la limite théorique de résolution d’un télescope optique. La correction apportée est cependant partielle et des résidus de correction limitent le contraste dans l’image. Afin de maximiser celui-ci, il est possible d’utiliser des méthodes de déconvolution, mais il est nécessaire pour les appliquer de connaître précisément la fonction d’étalement de point (FEP) durant l’observation.

J’ai étudié le noyaux actif de la galaxie NGC 1068 à l’aide de NACO, une caméra proche infrarouge munie d’une optique adaptative sur le VLT. J’ai pu déterminer que le jet, détecté en radio, est la source d’excitation probable des raies coronales observées dans les régions proches (30–60 pc), au nord du noyau, ayant une structuration très particulière en vagues régulièrement espacées et disposées le long du jet. J’ai aussi mis en évidence la présence de super amas d’étoiles dans ces mêmes régions.

L’étude a été limitée par la perte de contraste dans certaines images qui aurait pu être restauré à l’aide d’une déconvolution. La seconde partie de ma thèse est alors dédiée à la reconstruction de la FEP afin de déconvoluer les images. Après le développement d’un outil utilisant une estimation au sens des moindres-carrés (MC) pour reconstruire la FEP à partir des données de l’OA, j’ai développé une nouvelle méthode basée sur une approche de type maximum de vraisemblance (MV) qui utilise également les données de boucle. J’ai montré sur simulation numérique (sur un système de type Canary) que la méthode MV et MC permettent toutes deux une estimation précise de la FEP dans les cas où le système d’optique adaptative fonctionne à fréquence élevée. À basse fréquence, où la méthode MC atteint ses limites, la méthode MV reste robuste et permet une estimation précise de la FEP. Sur la base des résultats préliminaires que j’ai obtenus, la méthode MV semble très prometteuse et pourra être à terme appliquée dans le cadre des ELT.


Title

Improving the quality of images obtained by adaptive optics and its application to the study of active galactic nuclei

Supervisors

Gérard Rousset, Damien Gratadour and Yann Clénet

Abstract

My work is connecting three areas in astrophysics : the study of active galactic nuclei (AGN), adaptive optics (AO) and the optimization of the methods for related data-processing. It focuses on the development of tools to obtain the best image quality in terms of resolution and contrast so as to maximize the scientific return especially for the study of AGN. Adaptive optics can compensate for the effects of atmospheric turbulence on the wavefront and thus to approach the theoretical resolution of an optical telescope. The correction is however partial and the residual correction limits the contrast in the image. To maximize this contrast, it is possible to use deconvolution methods but it is necessary to know precisely the point spread function (PSF) during the observation.

I studied the active galactic nucleus of NGC 1068 using NACO, a near-infrared camera coupled with adaptive optics at VLT. I was able to determine that the jet detected in radio, is the likely source of excitation of the coronal lines observed in nearby regions (30-60 pc) north of the nucleus, with a very special wave structure regularly spaced and arranged along the jet. I also highlighted the presence of super star clusters in these regions.

The study was limited by the loss of contrast in some images that could be restored with deconvolution. The second part of my thesis is then dedicated to the PSF reconstruction to deconvolve the images. After the development of a tool using an estimate from a least -squares approach (LS) to rebuild the FEP from AO telemetry data, I developed a new method based on a maximum likelihood approach (ML) which also uses the telemetry data. I showed on numerical simulation (on a Canary-like system) that ML and LS methods both allow a precise estimate of the PSF when the adaptive optics system is operating at high frequency. At low frequencies, where the LS method reaches its limits, the ML method is still robust and provides an accurate estimate of the PSF. Based on the preliminary results I got, the ML method seems promising and may eventually be applied in the context of ELTs.