Des chercheurs de l'observatoire de Shangai, de l'institut d'optique et de l'Observatoire de la Côte d'Azur ont conçu une nouvelle optique focale qui pourrait permettre aux hypertélescopes d’imager plusieurs étoiles en même temps. Ce concept amélioré permettra d’obtenir des images à très haute résolution angulaire d’objets en dehors de notre système solaire, comme des planètes, des pulsars, des amas globulaires et des galaxies lointaines.
« Un hypertélescope multi-champs pourrait, en principe, capturer une image très détaillée d’une étoile, montrant éventuellement aussi ses planètes et même les détails des surfaces des planètes », a déclaré Antoine Labeyrie, professeur émérite au Collège de France et à l’Observatoire de la Côte d’Azur, qui a été le pionnier de la conception de l’hypertélescope. « Cela pourrait permettre de voir des planètes à l’extérieur de notre système solaire avec suffisamment de détails pour que la spectroscopie puisse être utilisée pour rechercher des preuves de vie photosynthétique. »
Dans la revue Optics Letters de la Société d’optique (OSA), ce groupe de chercheurs fait état des résultats de modélisation optique qui vérifient que leur conception multi-champs peut étendre considérablement la couverture étroite du champ de vision des hypertélescopes comme développés jusqu'à ce jour.
Augmenter la taille des miroirs des télescopes
Les grands télescopes optiques utilisent un miroir concave pour focaliser la lumière des sources célestes. Bien que les grands miroirs puissent produire des images plus détaillées en raison de leur pouvoir diffractif, il y a une limite à la taille de ces miroirs. Les hypertélescopes sont conçus pour dépasser cette limitation en utilisant de grands réseaux de miroirs, qui peuvent être largement espacés.
L'équipe a déjà mis au point des prototypes d'hypertélescopes relativement petits, et une version grandeur nature est actuellement en construction dans les Alpes françaises. Lors de ces nouveaux travaux, les scientifiques ont utilisé une modélisation numérique pour démontrer les possibilités d'extension du champ de vue des hypertélescopes. Ces concepts pourraient être mis en œuvre sur Terre, dans un cratère de la lune ou même à très grande échelle dans l'espace.
La construction d’un hypertélescope par exemple dans l’espace, nécessiterait une flottille de petits miroirs espacés pour former un très grand miroir concave. Ce dernier concentre alors la lumière d’une étoile ou d’un autre objet céleste sur un vaisseau spatial transportant un détecteur et l'ensemble des autres composants optiques nécessaires.
« La conception multi-champs est un ajout plutôt modeste au système optique d’un hypertélescope, mais devrait grandement améliorer ses capacités », a déclaré A. Labeyrie. « Une version finale déployée dans l’espace pourrait avoir un diamètre des dizaines de fois plus grand que la Terre et pourrait être utilisée pour révéler des détails d’objets extrêmement petits tel le pulsar du crabe, une étoile à neutrons dont la taille n’est que de 20 kilomètres. »
Les hypertéléscopes utilisent de larges réseaux de miroirs avec de l’espace entre eux. La conception multi-champs pourrait être incorporée dans le prototype d’hyperteléscope testé dans les Alpes (photo). Crédit : Antoine Labeyrie, Collège de France et Observatoire de la Côte d’Azur
Agrandir le champ de vue
Les hypertélescopes utilisent ce qu’on appelle la densification des pupilles pour concentrer la lumière collectée afin de former des images à haute résolution. Comme dans tout interféromètre, ce processus limite leur champ de vision, empêchant la formation d’images d’objets diffus ou de grande taille tels qu’un amas d’étoiles globulaires, un système exoplanétaire ou une galaxie.
Les scientifiques ont développé un nouveau système optique qui peut être utilisé avec l'optique focale de l'hypertélescope pour générer simultanément des images distinctes de chaque champ d'intérêt. Pour les amas d'étoiles, cela permet d'obtenir simultanément des images distinctes de chacune des milliers d'étoiles.
La conception multi-champs proposée peut être considérée comme un instrument composé de plusieurs hypertélescopes indépendants, chacun avec un axe optique différemment incliné qui lui donne un champ d'imagerie unique. Ces télescopes indépendants peuvent former les images adjacentes sur un seul détecteur.
Les chercheurs ont utilisé un logiciel de simulation optique pour modéliser différentes mise en oeuvre d'un hypertélescope à champs multiples. Tous ces résultats ont fourni des résultats précis qui ont confirmé la faisabilité des observations sur plusieurs champs.
L’intégration de l’ajout de plusieurs champs dans les prototypes d’hypertélescope nécessiterait le développement de nouveaux composants, y compris des composants optiques adaptatifs pour corriger les imperfections optiques résiduelles. Les chercheurs continuent également le développement de techniques d’alignement et des logiciels de contrôle afin que la nouvelle optique focale puisse être utilisée avec le prototype en cours de développement dans les Alpes. Ils ont également développé une proposition similaire pour une version basée sur la lune.
Publications : Z. Xie, T. Lepine, T. Houllier, H. Ma, D. Mourard, A. Labeyrie, “A hypertelescope with multiplexed fields of view,” Opt. Lett., 45, 7, 1878-1811 (2020).
DOI: https://doi.org/10.1364/OL.385953.
À propos de la société d’optique OSA
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Voir aussi le site LISE https://projets.oca.eu/fr/hypertelescope-lise
