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Publié le 28 février 2020 | Mis à jour le 5 mai 2021

Des équipements cryogéniques pour voir toujours plus loin dans l’Univers

À quoi servent les équipements cryogéniques en astronomie ?

The Extremely large telescope in Chile, https://cdn.eso.org/images/banner1920/eso1716a.jpg

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Interview par un journaliste scientifique de Alban REMILLEUX, Directeur technique au CRAL

L’œil humain n’est sensible qu’à une toute petite partie de la lumière, mais l’univers émet sur bien d’autres longueurs d’onde, notamment dans le domaine de l’infrarouge. En astronomie, capter ces ondes permet d’observer ce qui est autrement invisible, comme par exemple les objets célestes très lointains et fortement affectés par le « Redshift », le décalage de leur lumière vers le rouge, en raison de l’expansion de l’Univers. Cependant, ce type d’observation présente une difficulté majeure : les instruments de détection émettent eux-mêmes, à température ambiante, dans ce domaine. Pour éviter que les instruments ne s’auto-parasitent, il faut donc les refroidir, à l’aide de systèmes cryogéniques.

Grâce au financement du LabEX LIO, le Centre de Recherche Astrophysique de Lyon (CRAL) s’est équipé de trois équipements de ce type : un cryostat, une enceinte capable de refroidir à 130 Kelvin (-143 degrés Celsius), et deux autres outils de mesure spécialement conçus pour supporter ces températures extrêmes : un système innovant de mesure photogrammétrique et un analyseur de front d’onde qui permettent de caractériser, avec une très grande précision, la position et l’état de surface des optiques d’un instrument.

 Dans le cadre de quel(s) projet(s) ces équipements sont-ils utilisés ?

Ces instruments vont essentiellement servir à la construction et au paramétrage d’un sous-système d’HARMONI, l’un des instruments très attendus du futur télescope géant européen ELT (Extremely Large Telescope), en cours de construction sur le mont Cerro Amazones, dans le désert d’Atacama, au nord du Chili.

 HARMONI, le premier instrument qui équipera l’ELT, le plus grand télescope optique jamais réalisé.

Une dizaine de laboratoires, principalement en Europe, participent à la construction d’HARMONI, dont la livraison est prévue pour 2025. HARMONI est un spectrographe 3D, qui enregistre à la fois une image en deux dimensions et le spectre de décomposition de la lumière, dans une troisième dimension. HARMONI est un instrument unique qui va rendre possible l’observation d’objets célestes extrêmement lointains, grâce notamment au très grand pouvoir collecteur de l’ELT. Il permettra entre autres d’observer l’univers lorsqu’il était très jeune, environ 400 millions d’années après le Big Bang, au moment de la formation des premières étoiles.

Les équipes du CRAL sont notamment en charge de la réalisation de l’IFU (Integral Field Unit) de HARMONI. Ce sous-système au cœur de l’instrument, servira à séparer, découper et réarranger le champ de vue issu du télescope de manière à alimenter les quatre spectrographes de l’instrument, qui pourront ainsi décomposer la lumière et l’analyser.