ELTs : vers une vision européenne

ELTs : vers une vision européenne

Journée du Programme National Galaxies1er Mars 2006

F. Hammer

Les projets ELTs(Extremely Large Telescopes)

• Europe: OWL & post-OWL, ELT Design Study• US: TMT, GMT

• Coûts (capital): 500 M€ - 1 G€• Seules des études financées à ce jour:

~ 30-50 M€ en coût consolidé US / Europe• Calendriers: 2015 -2020

F. Hammer ELTs - Programme National Galaxies 01-03-2006

ELT - Europe (1)

Résolution de stratégie scientifique du conseil de l’ESO:

• ESO’s highest priority strategic goal must be the European retention of astronomical leadership and excellence into the era of Extremely Large Telescopes

• (…)

• the construction of an Extremely Large Telescope on a competitive time scale will be addressed by radical strategic planning (...)


ELT - Europe (2): post-OWL

• OWL, télescope de 100m: projet supporté par fonds propres ESO

Revue de faisabilité Automne 2005 :

« Les risques techniques, de cout et de planning ont conduit a recommander une nouvelle phase de définition détaillée, avec des buts plus réalistes, pour un télescope de plus petit diamètre, moins complexe (secondaire monolithique, plate-forme pour les instruments etc…) »

OWL n’est plus le projet d’ELT Européen 2006: phase de re-définition d’un ELT d’environ 40 mètres-Un ou deux concepts fin Mai 2006 (miroir sphérique ou asphérique)-Un concept d’ELT Européen fin 2006-Workshop projet européen en Novembre 2006


ELT - Europe (3)• ELT dans la liste des infrastructures de recherche prioritaire de l’ESFRI

(forum stratégique européen pour les infrastructures de recherche):

– Physics and Astronomy • Astronomy

– Extremely Large Telescope (ELT) – for optical astronomy –

• Nuclear Physics – Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) – Facility for intense secondary beams of unstable isotopes (SPIRAL II)

• Astroparticles – European deep-sea neutrino telescope (KM3NeT)

– “Global projects”ITER – International Space Station (ISS) – International Linear Collider (ILC) – Square Kilometer Array (SKA) – radio telescope – International Fusion Materials Irradiation Facility (IFMIF)


ELT - Europe (4): ELT Design Study

• Programme 6ème PCRD– 27 participants– 30.5 M€ dont 8.4 CE (importante contribution propre)– 1/3 ESO, 1/3 industrie, 1/3 instituts– 4 ans: 2005-2008

• Programme technologique ‘générique’: fabrication optique, optique adaptative, contrôle, mécanique, tenue au vent, instrumentation, études de site, modélisation.

• Participation française: – INSU (CRAL+GEPI+LESIA+LAM) + Univ. Nice– 10 WPs– ~ 700 k€ labos– Fogale + SAGEM + SESO


ELT - Europe (5): Science case (OPTICON)

• 3 programmes clefs:– Planètes extra-solaires dont les Terres – Populations stellaires résolues– Les premières galaxies et la formation des galaxies actuelles

– CODEX: the COsmic Differential EXpansion experiment – (R= 105, stability: 10 cm/s on > 10 years, QSO abs. lines)


Exo-planètes et exo-terres• 20 milli-arcsec for a 100m telescope = 1 AU at 50 pc

• Specifications:– High-contrast imaging and low-resolution spectroscopy– Coronography and other contrast-enhancing methods– Spatial Resolution: Very high-Strehl ratio (about 90%) adaptive optics – Spectral Resolution: R~500-1000– Wavelength Range: 0.6-1.4m– Dynamic Range constraint: 1010 contrast in brightness between star and an

Earth-like planet; a challenge: residuals!– Telescope Size: As large as possible for spatial resolution and collecting area;

100m class telescope needed to study Earth-like planetsF. Hammer ELTs - Programme National Galaxies 01-03-2006

Système solaire vu à 10 pc

Imagerie et spectroscopie directe d’etoiles dans galaxies ‘proches’ sur toute la séquence de Hubble jusqu’à Virgo

• Specifications – Imaging & Spectroscopy– Field of View: few arcmin

– Spatial Resolution: Diffraction limited

– Wavelength Range: optical and near–IR

– V = 35 (imaging) ! V=28 (spectroscopy)

Populations stellaires résolues


M32 • OA 8m • JWST• 30m

Les premières galaxies et la formation des galaxies

• Specifications– Observation Type: Imaging and multi-IFU– Field of View: 5 arcmin or more – a goal of

10x10 arcmin is desirable. – Spatial Resolution: Local (along line of sight

to targets) AO correction with a goal of at least 50% encircled energy within 0.01 to 0.1 arcsec (TBD).

– Spectral Resolution: 5000–10000. – Wavelength Range: 1.0-2.4 μm. – Target Density: 0.2–5 per arcmin2

– Telescope Size: as large as possible for collecting area.

==> Falcon type concept + Laser stars


multi-IFUs

3WFS/IFU

ELT – Europe • Funding (studies):

30.5 M€ including 8.4 from EC+ ESO funds

• Estimated cost: 600-700 M €

• OWL changed ==> 42m filled aperture, highly segmented

• Adaptive optics designed !

• Field of view 10 arcmin

• Wavelength coverage 0.31 – 28 µm

==> a unique design ‘til October 2006==> ESO’s highest priority strategic goal


ELT – US : TMT & GMT

• Funding (studies):– 17.5 M$ private funds (Moore

fundation)– + Canada (10 M$, manpower…)

• Estimated cost: 600-700 M$• 30m filled aperture, highly segmented• Field of view 20 arcmin• Wavelength coverage 0.31 – 28 µm


•Funding (studies):–8 US Universities + AURA

•Estimated cost: 500 M$ ?• Seven 8.4m mirrors

Contexte Global

• Cycle de réunions entre agences (2 fois/an) pour discussion des projets ELTs (+SKA)– US (NSF), UK (PPARC), Canada (HIA), ESO, Japon, Australie,

Afrique du Sud, France (INSU), Italie (INAF), Allemagne, Pays-Bas, Espagne

• Evolutions possibles ? Projet commun, 1 télescope US + 1 télescope Européen, 1 Nord & 1 Sud, complémentarité (instruments), temps partagé, … ???

situation très évolutive

ELT - France• Groupe de travail CSA – INSU (J.G. Cuby) (www.oamp.fr/elt-insu/)• Coordination nationale activités scientifiques et

techniques en France– E.g. collaboration CRAL / LAM / OPM / ONERA sur

instrumentation OWL et ELT DS– Financement missions colloques– Interface ASHRA, groupe exoplanètes, etc.– Préparation FP7

• Bonne participation française aux activités ELT science case (OPTICON), ELT Design Study, études OWL/ESO.

• Participation insuffisante sur l’OA (Lesia, Onera)

Les ELTs en France2000-2002: NG-CFHT, collab. LAM-OP-ONERA

2001+: concept et R&D « Falcon ou MOAO »(adopté pour TMT et ELT Européen)

2005: OWL/MOMFIS (collab. LAM-OP)

2005-2008: participation à ELT-DS (inst. cosmo & évolution des gal. + exo-planètes/XAO & coronographe)

2006+: proposition d’instrument cosmologique (LAM-OP-CRAL-ONERA etc…) « a la Falcon/Momfis ou MUSE »

Conclusion

• Situation similaire à celle du début des années 1980s versus le VLT (1997!)

• Premières revues d’instruments au TMT: 15 Mars 2006 (1st light: 2015…)

• L’ESO désire conduire le projet AVEC les Instituts et laboratoires européens

• Une opportunité unique pour valoriser l’expertise des labos français

Key ELT Technology Points

Adaptive Secondary

Mirror(face sheet,

controls)

Sodium Lasers(availability)

Instruments(detectors,

optical systems)

Adaptive Optics(high order

DMs,Controls)

Mirror Segments

(mass production)

MCAO: banc de test Observatoire de Paris

Banc Sesame (E. Gendron et al.):multipurpose bench for tests of- MCAO and GLAO concepts- Falcon concept (multiobject)- Magnetic / electrostatic µmirrors- New WFS concepts- Coupling in monomode fibers -…

http://www.lesia.obspm.fr/astro/optada/pages/sesame/

Etablissement des spécifications instrumentales de haut niveau basée sur les simulations et sur les observations effectuées sur le VLT (NACO, GIRAFFE, SINFONI)

>> Un post doc financé un an sur ce sujet (M. Puech)

Simulations et dimensionnement des sous-systèmes d’Optique Adaptative basés sur l’excellence de l’école française (axe OP, ONERA essentiellement).

>> Une thèse démarrée en octobre 2005 sur ces problématiques OA vs. ELTs (B. Neichel)

==> en collaboration avec l’équipe OA de l’ESO

Simulations numériques

OA grand champ (MOAO, GLAO, LGS) en conditions idéales

Axes de R&D (1)

- Les écrans de phase

- La simulation de la segmentation des ELTs

1er type d’écrans (turbulents):Forte amplitude (~ 6µm) distribution des fréquences spatiales type Kolmogorov

2e type d’écrans (corrigés): faible amplitude (~ 0,7 µm) fréquences spatiales élevées uniquement représentatif d’un front d’onde corrigé par un système d’optique adaptative

Simulateur de segmentation: chaque miroir présente une sur-

épaisseur hexagonale

Empilement obtenu par microlithographie (résine – couche réfléchissante)

- Faisabilité des analyseurs de surface d’onde d’un instrument de type FALCON

Axes de R&D (2)

Une miniaturisation est en cours d’étude afin d’avoir la possibilité d’implanter directement les analyseurs dans le plan focal des ELTs.

La lumière est transportée par fibres jusqu’au module d’analyse (déporté afin de ne pas encombrer le plan focal).

R&D associée

microlentilles de formes novatrices pour l’injection dans les fibres

fabrication de torons de fibres

Les atouts de l’Observatoire

Participation des membres de l’Observatoire à:

- ELT-WG-INSU (4 personnes)

- ELT Science case (5 personnes)- ESO-ELT-WG (2 personnes)- revue de projet TMT/IRMOS

Les faiblesses:Retour insuffisant sur Opticon (!) et ELT-DS (rien sur la

partie OA!)

Les ELTs à l’Observatoire

Vers un ELT Européen==> participation aux définition scientifiques==> positionnement sur les instruments==> collaboration renforcée en France==> vers une proposition d’instrument à forte

composante française (avec LAM/CRAL/ONERA)

- demande ANR- Préparation du FP7- Collaboration envisagée avec l’ELT project office

de l’ESO

www.oamp.fr/elt-insu/

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