Le télescope spatial JWST
Le James Webb Space Telescope est un observatoire spatial, c’est à dire un télescope équipé de plusieurs instruments d’imagerie ou de spectroscopie permettant de couvrir une gamme spectrale très large du visible (0.6 micron) jusqu’à l’infrarouge moyen (28 microns). Le JWST possède un miroir de 6.6m segmenté et déployable. Le satellite décrira une orbite autour du point de Lagrange L2, situé à 1.5 millions de km de la Terre dans la direction anti-solaire. Le lancement du JWST est actuellement prévu pour le 22 décembre 2021.
Contrairement au Hubble Space Telescope, le JWST est optimisé pour l’infrarouge, ce qui lui permettra par exemple d’observer les premières galaxies de l’Univers, de comprendre la naissance des étoiles et d’étudier les atmosphères d’exoplanètes. Il inclut quatre instruments dont l’instrument européen MIRI (Mid-IR Instrument) qui observe dans la bande spectrale de 5 à 28 microns.
L’instrument MIRI
MIRI est un ensemble comprenant un imageur grand champ, des coronographes, un spectromètre basse résolution et un spectromètre moyenne résolution intégral de champ. L’instrument a été développé à travers un partenariat entre la NASA et l’ESA. Le consortium européen est responsable de toute la partie opto-mécanique, alors que la NASA a fourni les détecteurs infrarouges. L’équipe française est dirigée par le CEA/Saclay, auquel s’ajoute l’Institut d’Astrophysique Spatiale (IAS) à Orsay, le LESIA, et le Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM). Le financement est assuré par le CNES.
Les coronographes de phase
Notre équipe au LESIA avait en charge la fourniture des coronographes et la définition du programme d’imagerie d’exoplanètes. La fonction d’un coronographe est d’atténuer ou de supprimer le flux d’un objet très brillant (une étoile par exemple) afin d’observer son environnement proche peu lumineux (une exoplanète par exemple). La séparation angulaire entre une étoile et son système planétaire étant très petite, l’utilisation de coronographes classiques à pastille de Lyot n’est pas adaptée. Une nouvelle génération de coronographes de phase à 4 quadrants a été mise au point et étudiée par une équipe de chercheurs menée par D. Rouan. Ces coronographes appelés 4QPM (Four-Quadrant Phase Masks) permettent d’atténuer le flux de l’étoile et d’observer des objets angulairement très proches. En centrant l’image d’une étoile sur un 4QPM, l’énergie diffractée est rejetée en dehors de la pupille géométrique du système. Un diaphragme placé dans le plan pupille permet de bloquer le flux de l’étoile. En revanche une planète angulairement proche de l’étoile ne sera pas centrée sur le 4QPM et ne subira pas cet effet. Une grande partie de son flux passera par la pupille géométrique sans être bloquée par le diaphragme.
L’imageur MIRIM comprend un ensemble de quatre coronographes permettant l’étude :
- des exoplanètes joviennes
- des disques circumstellaires
- des noyaux actifs de galaxies
Les coronographes sont situés au plan focal du JWST, à l’entrée de l’instrument MIRIM. Ils sont composés de 3 masques de phase monochromatiques type 4QPM et d’un masque de Lyot. Les 3 masques de phase fonctionnent à 10.65 microns, 11.4 microns et 15.5 microns respectivement alors que le masque de Lyot fonctionne à 23 microns. L’ensemble des masques coronographiques est intégré dans une structure mécanique unique. Pour éliminer la diffraction résiduelle après les masques coronographiques, des diaphragmes sont associés à chaque masque et positionnés en pupille dans la roue à filtre de MIRIM.
Performances attendues
L’équipe du LESIA a développé un simulateur numérique des coronographes de MIRI permettant d’évaluer les performance de l’instrument. On montre ci-dessous des images simulées de quelques systèmes exoplanétaires emblématiques (HR8799, GJ 504, AU Mic).
Ces simulations donnent également une estimation du contraste que l’on pourra atteindre autour de l’étoile pour chercher de nouvelles planètes.
Personnels LESIA impliqués
| Nom | Responsabilité | ||
| Anthony Boccaletti | Responsable scientifique | ||
| Jean-Michel Reess | Chef de projet | ||
| Pierre Baudoz | Scientifique | ||
| Daniel Rouan | Scientifique | ||
| Jacques Baudrand | Optique | ||
| Olivier Dupuis | Mécanique et intégration | ||
| Napoléon Nguyen Tuong | Mécanique | ||
| Jérôme Parisot | Bancs de tests | ||
| Claude Collin | Réalisation mécanique | ||
| Christine Balsamo | Administration et commandes |
