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LSST - Présentation

Le LSST (Large Synoptic Survey Telescope) est un projet de télescope au Chili, destiné à réaliser à partir de 2015 un sondage du ciel sud (20 000 degrés carrés) dans 6 bandes photométriques (visibles). L'objectif, en ce qui nous concerne) est d'obtenir des contraintes sur les propriétés de l'énergie noire complémentaires de celles de BOSS

  • Le projet LSST
  • La science avec le LSST
  • La place de l'APC dans le projet LSST
  • bartlett [at] apc [dot] univ-paris7 [dot] fr (Physicien référent: James Bartlett)

Le projet LSST

 

Le LSST est un projet de télescope de 8,4 m de diamètre, qui devrait prendre ses premières images scientifiques en 2016. Il sera implanté au Chili, au Cerro Pachón, qui héberge déjà le télescope Gemini Sud. La caméra possédera une mosaïque de 200 CCD 4k x 4k, totalisant 3,2 milliards de pixels, lui donnant un champ de vue de dix degrés carrés.

À raison d'une pose toutes les quinze secondes, le LSST sera capable de couvrir en trois jours l’ensemble du ciel visible du Chili, soit 20 000 deg2 du ciel, dans six longueurs d'onde du visible (u, g, r, i, z et Y). Ce sont les mêmes bandes que le SDSS (Sloan Digital Sky Survey), avec la bande Y en plus. Au terme du programme prévu sur 10 ans, chaque champ aura ainsi été imagé plusieurs centaines de fois, atteignant une sensibilité R=27.8AB mag.

Les fréquents retours au même endroit du ciel permettent d’être sensible aux phénomènes transitoires tels que les supernovae et les astéroïdes (y compris ceux qui pourraient menacer la Terre). La profondeur du relevé obtenu en additionnant toutes les expositions permet l’étude des effets de lentilles gravitationnelles, des oscillations de baryons, de la structure de notre Galaxie… Le volume de données produit est analogue à celui du LHC (15-30 To par jour). Il est prévu entre autres de constituer un catalogue de 3 milliards de galaxies, et d’observer 2 millions de supernovae de type Ia.

La conception même du télescope est originale. Afin d’avoir un très grand champ, la conception optique est très compacte, la lumière étant réfléchie sur trois miroirs successifs avant de parvenir à la caméra, qui comporte trois énormes lentilles correctrices. Le premier et le troisième miroir sont polis en continuité dans le même bloc de verre monolithique, qui a été fondu durant l’été 2008 à Tucson, dans l’Arizona. Le premier miroir forme ainsi un anneau autour du troisième.

L'avantage considérable du LSST est de réunir un très grand miroir et une caméra à très grand champ, lui donnant une étendue inégalée (l'étendue est le produit de la surface du miroir par le champ couvert, et elle joue le même rôle pour un télescope de survey que la luminosité pour un accélérateur de particules).

Sous la direction d'Anthony Tyson, le projet LSST est en phase d'étude avec le soutien constant de la NSF et du DoE aux États-Unis. Trois équipes prennent respectivement en charge la conception et la réalisation du télescope, de la caméra et de la gestion des données. La construction devrait débuter en 2011, la première lumière est prévue en 2015, et le programme se poursuivra de 2016 à 2026.

 

La science avec le LSST

 

À partir d'une base de données commune, le LSST permettra tout un éventail de recherches scientifiques allant de la recherche de petits objets dans le système solaire à l'astrométrie de précision des régions extérieures de la Galaxie et à la surveillance systématique des effets transitoires dans le ciel optique. Dix groupes scientifiques ont été constitués à cette fin:

- étude du cisaillement gravitationnel (shear et weak lensing)
- lentilles gravitationnelles
- mesure des distances en utilisant les supernovae
- oscillations acoustiques des baryons (BAO pour Baryon Acoustic Oscillations)
- galaxies
- noyaux actifs de galaxies
- structure de la Voie lactée
- populations stellaires
- étoiles variables et phénomènes transitoires
- système solaire

On voit ci-dessous les résultats attendus du LSST sur les valeurs des paramètres cosmologiques w et Ωm: l'intérêt de croiser plusieurs méthodes est évident.

Plusieurs laboratoires du CNRS-IN2P3 sont en train de rejoindre le consortium (APC, CCIN2P3, LAL, LMA, LPNHE et LPSC). En étroite collaboration avec le SLAC, les équipes de l’IN2P3 se concentrent principalement sur la construction de la caméra. Elle est à l’image du projet : 1,90 de long, avec un plan focal de 64 cm de diamètre, pour un coût total d’environ 100 millions de dollars.

 

La place de l'APC dans le projet LSST

 

L'APC s'intéresse particulièrement à l’étude de la distribution et de l'évolutiondes amas de galaxies, aux oscillations acoustiques des baryons et aux effets de lentille gravitationnelle. Le LSST est en effet admirablement bien placé pour étudier la nature de l'énergie noire. La mesure des oscillations acoustiques des baryons est bien éprouvée avec des décalages vers le rouge mesurés spectroscopiquement, mais le LSST propose de les mesurer photométriquement ("Photo-z") aussi souvent que possible. La précision de ces mesures photométriques est donc un point critique du programme et le premier objectif scientifique de l'APC dans ce projet.

 

Étalonnage photométrique

 

Plusieurs programmes scientifiques du LSST exigent que les mesures de luminosité effectuées par le télescope soient étalonnées au pour cent près. Pour atteindre régulièrement une pareille précision de mesure, l'APC effectue une modélisation des effets de l’atmosphère, ce qui exige un travail extrêmement soigneux et minutieux, avec en particulier la modélisation de toutes les raies d’absorption de l’atmosphère,

On voit ci-dessous une comparaison entre la précision de la mesure des décalages vers le rouge par la méthode spectroscopique et par la méthode photométrique proposée.

L'APC explore également la possibilité d'utiliser des données d’étalonnage provenant d’un télescope auxiliaire de 1m de diamètre construit à côté du LSST.

 

Contrôle-commande de la caméra

 

L'APC a par ailleurs pris en charge une partie du contrôle-commande de la caméra via la définition de l’architecture du bus de communication entre les sous-modules du système de contrôle, qui sera implémenté en Java. Le laboratoire réalisera également l’implémentation d’un de ces sous-modules, celui qui pilote le changeur de filtres, gigantesque carrousel qui doit venir régulièrement positionner un nouveau filtre devant le plan focal. La réalisation mécanique de ce carrousel est en partie sous la responsabilité du LPNHE. En attendant qu’un prototype mécanique existe, nous développerons également un simulateur logiciel du changeur de filtre.

Pour en savoir plus, lire les articles qui ont été publiés dans les numéros 16 et 17 de la Lettre Informatique de l'IN2P3.