Observatoire Gemini – recherche et développement

En collaboration avec l’Observatoire Astronomique Australien et l’Université nationale d’Australie, le CNRC conçoit et construit le spectrographe et l’enceinte de cet instrument de pointe. Lorsqu’il sera pointé vers le ciel, au début de 2018, GHOST donnera aux utilisateurs la possibilité d’étudier des sources faibles qui pourraient être à la limite de l’analyse par les spectrographes montés sur d’autres téléscopes de la catégorie des 8 mètres. Cette capacité est d’une importance particulière pour la communauté astronomique, car il n’y aura probablement pas d’instrument de ce type disponible sur les téléscopes de 30 mètres avant la fin des années 2020.

GHOST est construit par l’Observatoire Astronomique Australien, qui a sous-traité au CNRC la construction du spectrographe et à l’Université nationale d’Australie le logiciel de l’instrument.

Le CNRC dirige cet effort de coopération pour permettre à la lumière des étoiles recueillie par Gemini d’être introduite dans un instrument spécialisé au Télescope Canada-France-Hawaï (TCFH), ce qui permet aux utilisateurs d’en apprendre davantage sur les caractéristiques des objets célestes. Reliant les télescopes avec un câble à fibres optiques de 270 mètres, GRACES combine la grande surface collectrice du télescope Gemini Nord avec le pouvoir de résolution et la haute efficacité du spectrographe ESPaDOnS au TCFH, pour effectuer de la spectroscopie haute résolution dans la région du visible.

Cette percée ouvre une nouvelle voie vers l’intégration des opérations de télescopes afin de tirer profit de leurs différents points forts, tout en développant les capacités disponibles pour les astronomes et l’industrie. Le CNRC a collaboré avec la firme FiberTech Optica basée à Kitchener, en Ontario, pour faire progresser la technologie nécessaire à la fabrication des fibres optiques conjonctives de haute performance, les plus longues jamais fabriquées pour l’astronomie.

L’optique adaptative du GPI fait de cet instrument le plus avancé du monde pour l’imagerie et l’analyse des planètes autour d’étoiles et le sondage de leur atmosphère. Conçu, construit et optimisé pour le déploiement à Gemini Sud, au Chili, en octobre 2013, le GPI est un bond en avantrévolutionnaire de la technologie permettant d’obtenir de l’imagerie à ultra-haut contraste. Le CNRC a construit l’ensemble de la structure mécano-optique, le logiciel de niveau supérieur et le logiciel de commande mécanique, et il a fourni l’expertise en ingénierie-système nécessaire pour connecter ces composantes.

Le GPI résulte d’un projet international dirigé par le Lawrence Livermore National Laboratory et auquel participe un vaste consortium d’établissements des États-Unis et du Canada, y compris le CNRC,. Les autres partenaires sont le Center for Adaptive Optics de la National Science Foundation, le Laboratory for Adaptive Optics des Observatoires de l’UC, le American Museum of Natural History, le Jet Propulsion Laboratory de la NASA, le Infrared Laboratory de l’Université de Californie à Los Angeles, l’Université de Montréal, le Space Telescope Science Institute, l’Université de Californie à Santa Cruz, l’Université de Californie à Berkeley, l’ Institut Dunlap de l’Université de Toronto et le SETI en Californie.

Le CNRC a été l’un des principaux partenaires dans la conception et la fabrication du GMOS, qui a été l’un des instruments les plus productifs de l’Observatoire Gemini depuis plus d’une décennie. Combinant les fonctions d’imagerie et de spectroscopie, l’instrument offre la possibilité d’observer plusieurs centaines d’objets simultanément.

L’instrument original a récemment subi une mise à niveau du plan focal qui améliore considérablement sa sensibilité aux longueurs d’onde du proche infrarouge (600-1000 nm). Un des instruments les plus utilisés, GMOS prend en charge un large éventail de travaux scientifiques, des études à haute efficacité d’ amas d’étoiles et de galaxies éloignées jusqu’à l’étude de supernovae ou d’étoiles explosives qui améliore notre compréhension de l’accélération apparente de l’univers.

Le GMOS a été construit dans le cadre d’une collaboration entre le Centre de technologie astronomique de l’Observatoire royal d’Édimbourg, l’Université de Durham, au Royaume-Uni, et le CNRC. Le CNRC était responsable de la conception et de la livraison de l’optique, ainsi que des installations pré-fente, y compris pour la détection de front d’onde.

CNRC a construit le système d’optique adaptative ALTAIR de Gemini, qui capture trois fois plus de détails dans le spectre infrarouge que le télescope spatial Hubble et donne aux astronomes une nouvelle capacité pour voir à travers la poussière qui bloque la lumière visible et regarder dans les zones de formation des étoiles. Avec cette meilleure visibilité, les astronomes sont en mesure de jeter un regard dans les pouponnières stellaires ou de regarder la naissance des galaxies qui se sont formées il y a 10 milliards d’années.

Le système Altair corrige les images pour compenser la distorsion causée par la turbulence (mélange d’air chaud et froid) dans l’atmosphère terrestre. Altair représente une amélioration significative par rapport aux autres systèmes d’optique adaptative et donne une impulsion majeure à la performance de Gemini Nord.

La campagne d’étude d’exoplanètes utilisant l’imageur GPI utilise l’instrument d’optique adaptative de prochaine génération sur Gemini pour produire l’imagerie de planètes extrasolaires orbitant autour d’étoiles proches. L’équipe de recherche, qui compte plusieurs membres du personnel du CNRC, a été choisie pour mener une campagne de recherche de 890 heures de 2014 à 2016 pour rechercher et caractériser les exoplanètes autour de 600 étoiles. L’Imageur GPI va produire la première étude complète des exoplanètes géantes à des distances correspondant aux distances orbitales où se trouvent des planètes similaires dans notre propre système solaire.

L’étude menée à l’aide de l’imageur planétaire Gemini a déjà débouché sur la découverte d’une nouvelle exoplanète ressemblant à Jupiter, 51 Eridani b (article en anglais seulement). Cette dernière est un demi-million de fois moins brillante que l’étoile autour de laquelle elle tourne, mais des observations poussées et des techniques de réduction des données – que les astronomes du CNRC ont été parmi les premiers à mettre au point – ont permis de supprimer l’éclat derrière lequel elle se dissimulait. L’imagerie directe a révélé la planète la plus froide et la moins massive jamais identifiée. Son atmosphère, extrêmement riche en méthane, et son jeune âge – à peine vingt millions d’années – pourraient nous aider à comprendre comment les planètes se sont formées autour de notre propre soleil.