ELTs : vers une vision européenne Journée du Programme National Galaxies 1er Mars 2006 F. Hammer.

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1 ELTs : vers une vision européenne Journée du Programme National Galaxies 1er Mars 2006 F. Hammer

2 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. HammerELTs - Programme National Galaxies01-03-2006

3 ELT - Europe (1) Résolution de stratégie scientifique du conseil de lESO: ESOs 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 (...) F. HammerELTs - Programme National Galaxies01-03-2006

4 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 nest plus le projet dELT Européen 2006: phase de re-définition dun ELT denviron 40 mètres -Un ou deux concepts fin Mai 2006 (miroir sphérique ou asphérique) -Un concept dELT Européen fin 2006 -Workshop projet européen en Novembre 2006 F. HammerELTs - Programme National Galaxies01-03-2006

5 ELT - Europe (3) ELT dans la liste des infrastructures de recherche prioritaire de lESFRI (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) F. HammerELTs - Programme National Galaxies01-03-2006

6 ELT - Europe (4): ELT Design Study Programme 6 ème 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 F. HammerELTs - Programme National Galaxies01-03-2006

7 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= 10 5, stability: 10 cm/s on > 10 years, QSO abs. lines) F. HammerELTs - Programme National Galaxies01-03-2006

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9 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: 0.6-1.4 m –Dynamic Range constraint: 10 10 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 planets F. HammerELTs - Programme National Galaxies01-03-2006 Système solaire vu à 10 pc

10 Imagerie et spectroscopie directe detoiles dans galaxies proches sur toute la séquence de Hubble jusquà 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 F. HammerELTs - Programme National Galaxies01-03-2006 M32 OA 8m JWST 30m

11 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 arcmin 2 –Telescope Size: as large as possible for collecting area. ==> Falcon type concept + Laser stars F. HammerELTs - Programme National Galaxies01-03-2006 multi- IFUs 3WFS/IFU

12 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 ==> ESOs highest priority strategic goal F. HammerELTs - Programme National Galaxies01-03-2006

13 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 F. HammerELTs - Programme National Galaxies01-03-2006 Funding (studies): –8 US Universities + AURA Estimated cost: 500 M$ ? Seven 8.4m mirrors

14 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

15 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 lOA (Lesia, Onera)

16 Les ELTs en France 2000-2002: 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 dinstrument cosmologique (LAM-OP- CRAL-ONERA etc…) « a la Falcon/Momfis ou MUSE »

17 Conclusion Situation similaire à celle du début des années 1980s versus le VLT (1997!) Premières revues dinstruments au TMT: 15 Mars 2006 (1st light: 2015…) LESO désire conduire le projet AVEC les Instituts et laboratoires européens Une opportunité unique pour valoriser lexpertise des labos français

18 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)

19 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/

20 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 dOptique Adaptative basés sur lexcellence de lécole française (axe OP, ONERA essentiellement). >> Une thèse démarrée en octobre 2005 sur ces problématiques OA vs. ELTs (B. Neichel) ==> en collaboration avec léquipe OA de lESO Simulations numériques OA grand champ (MOAO, GLAO, LGS) en conditions idéales

21 Axes de R&D (1) - Les écrans de phase - La simulation de la segmentation des ELTs 1er type décrans (turbulents): Forte amplitude (~ 6µm) distribution des fréquences spatiales type Kolmogorov 2e type décrans (corrigés): faible amplitude (~ 0,7 µm) fréquences spatiales élevées uniquement représentatif dun front donde corrigé par un système doptique adaptative Simulateur de segmentation: chaque miroir présente une sur-épaisseur hexagonale Empilement obtenu par microlithographie (résine – couche réfléchissante)

22 - Faisabilité des analyseurs de surface donde dun instrument de type FALCON Axes de R&D (2) Une miniaturisation est en cours détude afin davoir la possibilité dimplanter directement les analyseurs dans le plan focal des ELTs. La lumière est transportée par fibres jusquau module danalyse (déporté afin de ne pas encombrer le plan focal). R&D associée microlentilles de formes novatrices pour linjection dans les fibres fabrication de torons de fibres

23 Les atouts de lObservatoire Participation des membres de lObservatoire 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!)

24 Les ELTs à lObservatoire Vers un ELT Européen ==> participation aux définition scientifiques ==> positionnement sur les instruments ==> collaboration renforcée en France ==> vers une proposition dinstrument à forte composante française (avec LAM/CRAL/ONERA) -demande ANR -Préparation du FP7 -Collaboration envisagée avec lELT project office de lESO

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26 www.oamp.fr/elt-insu /