VLTI / GRAVITY-NAOMI / GRAVITY+

NAOMI (New Adaptive Optics Module for Interferometry) est un système d’optique adaptative développé pour les 4 télescopes AT afin d’augmenter leur qualité d’images et de permettre aux deux instruments de seconde génération du VLTI, GRAVITY et MATISSE, d’atteindre leur plein potentiel. Des développements restent nécessaires pour que l’instrument atteigne ses pleines capacités (suivi de franges sur les objets faibles et résolus, amélioration de la précision astrométrique, référence de phase sur des objets à fort contraste et faible séparation par exemple) qui font pour certains partis du programme GRAVITY+.

Objectifs

L’objectif du service est de fournir à la communauté astronomique une instrumentation interférométrique dans le proche infrarouge pour une exploitation optimale des capacités du réseau VLTI de l’Observatoire Européen Austral (ESO). Ce réseau combine soit 4 télescopes UT (Unit Telescopes) de 8,2 m de diamètre, soit 4 télescopes AT (Auxiliary Telescopes) de 1,8 m de diamètre.

Le principal objectif de GRAVITY est l’étude du Centre Galactique, et plus particulièrement le voisinage du trou noir central, à haute résolution spatiale ainsi que le test de la relativité générale en champ fort. GRAVITY a d’autres objectifs scientifiques comme l’observation des étoiles jeunes et de leurs disques proto-planétaires, l’imagerie des étoiles en fin de vie, l’étude des jets des binaires X ou encore des noyaux actifs de galaxies.

Le projet GRAVITY+ a pour objectif l’amélioration de plusieurs ordres de grandeur des performances de GRAVITY grâce au déploiement de quatre Optiques Adaptatives Extrêmes (XAO) et quatre Étoiles Laser (LGS), distribuées sur chacun des télescopes de 8m du VLT. Ces transformations, associées à d’autres prévues dans GRAVITY+ (double champ, amélioration des performances de suivi de franges, etc.) permettront de réaliser un véritable saut en performances (x100 de la couverture du ciel, x50 de la sensibilité́, et x10 du contraste) et d’atteindre de nombreux nouveaux objets (par ex. AGN à z 2, exoplanètes avec deltaK > 13mag).

Implantations

Paramètres mesurés

L’instrument GRAVITY est offert à la communauté depuis fin 2016. De premiers résultats sur le Centre Galactique ont été publiés en 2018 : grâce à sa sensibilité et sa précisions astrométrique exceptionnelles, GRAVITY a détecté le déplacement de la matière orbitant autour du trou noir supermassif au centre de la Voie Lactée sur des échelles spatiales de quelques dizaines de micro-secondes d’angle, apportant ainsi une contrainte très forte sur la taille du trou noir. GRAVITY est donc tout prêt d’apporter la preuve définitive que la source compacte au centre de la Galaxie est un trou noir. GRAVITY a aussi détecté, pour la première fois de manière directe, l’effet du rougissement gravitationnel dû à un trou noir et apporté une preuve inédite de la relativité générale dans un régime alors inexploré. La validation sur les télescopes UT n’est cependant pas achevé pour l’objectif des 10 micro-secondes d’angle de précision astrométrique pour le Centre Galactique.

Implication de l’OSUG

Pour GRAVITY, la contribution de l’IPAG a porté sur la réalisation des composants d’optique intégrée, qui assurent la recombinaison de 4 faisceaux du VLTI au sein de l’instrument scientifique et du suiveur de franges, ainsi que la caractérisation des lignes à retard fibrées et des contrôleurs de polarisation fibrés. Deux astronomes de l’IPAG ont contribué au développement des outils de traitement des données. L’IPAG a ensuite pris part à l’installation sur site et, depuis son installation au Chili, plusieurs astronomes ont été impliqués dans la qualification fine des performances de l’instrument sur le ciel.

L’IPAG a eu la charge de la réalisation des 4 optiques adaptatives NAOMI, en étroite collaboration avec l’ESO. Une dizaine d’agents ont été impliqués avec une charge de travail très lourde pendant l’année 2018 qui a vu l’installation des 4 systèmes sur le réseau en septembre, puis une validation sur site jusqu’à fin novembre. La revue d’acceptance avec l’ESO est prévue fin février 2019. Une période de Science Verification aura lieu au printemps 2019.

Au niveau de GRAVITY+, L’IPAG est leader sur les taches de services suivantes :

  • Responsabilité Système AO : La tâche comprend l’ensemble des études et simulations aboutissant au dimensionnement et à l’architecture du système de GPAO, ainsi que la responsabilité du bon fonctionnement de l’instrument. Cette tâche comprend aussi les activités de coordination et de définition des interfaces entre les sous-systèmes RTC, DM, WFS et Banc d’AIT. Les personnels impliqués constituent l’équipe système.
  • Miroirs Déformables & optiques correctrices – DM & CO : La tâche comprend les tests d’acceptation de chacun des quatre DMs et les actions correctrices pour prendre en compte les spécificités ou non-conformités des DM réels si besoin. La tâche comprend aussi les activités de spécifications, assemblage et tests de la monture Tip/Tilt des DMs.

    De part sa responsabilité système, l’IPAG est aussi très fortement impliqués sur les taches de services suivantes :
  • « Assembly, Integration and Verification » - AIV : La tâche comprend les activités d’assemblage d’intégration et de vérification des quatre unités à Paranal avec deux périodes d’activité prévues : l’été 2024 et l’hiver 2025-2026. Chacune de ces périodes sera suivie d’une période d’analyse d’environ 6 mois. Les personnels impliqués seront ceux de l’équipe système et des sous-systèmes.
  • « Commissioning » : La tâche comprend la préparation des missions de « commissioning » à Paranal, la réalisation de ces missions, et l’analyse des données techniques obtenues avec deux périodes d’activité prevues à Paranal, une après chaque période d’AIV. Chacune de ces périodes sera suivie d’une période d’analyse qui pourra s’étendre sur environ 6 mois. Les personnels impliqués seront les mêmes qu’en AIV plus des personnalités scientifiques.

Collaboration

L’institut PI de GRAVITY est l’institut Max Planck à Garching (PI : Frank Eisenhauer) et la contribution française est pilotée par Guy Perrin (LESIA - Observatoire de Paris). 5 instituts participent à sa réalisation.

L’INSU est responsable du lot de travail "GRAVITY+ Adaptive Optics" (GPAO). La première AO de GRAVITY+ est en cours d’intégration à Nice. La seconde sera également testée sur banc courant 2023. Les deux autres seront testées au niveau sous-système dans les instituts. Les quatre systèmes complets seront installés et offerts à Paranal à l’été 2024. Les modes avec étoiles lasers devraient être testés et entrer en service début 2026.

Page web GAVITY
Page web VLT

Coordination : Guy Perrin (Obs. Paris)

Contact local :
Karine Perraut (IPAG/OSUG)
Jean-Baptiste Le Bouquin (IPAG/OSUG)
Crédit bandeau : ESO/GRAVITY Consortium