LSST Pierre Antilogus LPNHE biennale 2007

Pourquoi le LSST au LPNHE/France ? (1/3) La thématique Energie/Matière Noire est : –« Morte » d’un point de vue astrophysique (les connaître à ~ 10% est suffisant ) –Plus vivante que jamais du point de vue physique : « Kesako »  La cosmologie est aujourd’hui clairement un domaine de mesures de précision / large survey pour aborder ces questions de physique fondamentale

Pourquoi le LSST au LPNHE/France ? (2/3) La prochaine génération d'expérience Energie/Matière noire se doit être multi- méthode : –Aucune méthode aujourd’hui est systématique « garantie » –Au niveau sensibilité on a des gains importants quand on « moyenne » les méthodes phares entre elles.

Pourquoi le LSST au LPNHE/France ? (3/3) Timing / projets : Les survey en cours prennent fin en 2009 (SNLS/SNFactory), l’amalyse ~ la participation à 1-2 projets complémentaires pour certains d’entre nous ~ 2012 Les 3+1 projets majeurs de la prochaine génération ont été évalués en profondeur au LPNHE depuis Fin 2005 un choix c’est imposé : LSST –C’est LE projet sol à venir le plus « puissant » –Indispensable aux projets spatiaux à l’étude aujourd’hui –Il a le calendrier le plus réaliste/proche : 2014 (+~2)

Les projets à venir  Ils sont tous sensibles aux sondes “Energie Noire” : WL, SNe, BAOs, galaxy clusters Sol : visible Espace : IR proche (+visible)

Etendue (= A  ) ou “puissance” du survey

Why is the LSST unique? Primary mirror diameter Field of view (full moon is 0.5 degrees) Keck Telescope 0.2 degrees 10 m 3.5 degrees LSST

LSST Concept : Profond, Large, Rapide 8.4 Meter Primary Aperture8.4 Meter Primary Aperture –3.4 M Secondary –5.0 M Tertiary 3.5 degree Field Of View3.5 degree Field Of View 3.2 Gigapixel Camera3.2 Gigapixel Camera –4k x 4k CCD Baseline –~200 detectors –65 cm Diameter –Six Filters 30 Second Cadence30 Second Cadence –Highly Dynamic Structure –Highly Parallel Readout Accumulated depth ~27 mag. in each filter over 10yAccumulated depth ~27 mag. in each filter over 10y Data Storage and Pipelines ~ 18Tb/night!Data Storage and Pipelines ~ 18Tb/night! Design : Telescope et Camera un Instrument unique

LSST Science Massivement Parallèle – – Dark matter/dark energy via weak lensing – Dark matter/dark energy via baryon acoustic oscillations – Dark energy via supernovae – Dark energy via counts of clusters of galaxies – Galactic Structure encompassing local group – Dense astrometry over sq.deg: rare moving objects – Gamma Ray Bursts and transients to high redshift – Gravitational micro-lensing – Strong galaxy & cluster lensing: physics of dark matter – Multi-image lensed SN time delays: separate test of cosmology – Variable stars/galaxies: black hole accretion – QSO time delays vs z: independent test of dark energy – Optical bursters to 25 mag: the unknown – 5-band 27 mag photometric survey: unprecedented volume – Solar System Probes: Earth-crossing asteroids, Comets, trans- Neptunian objects

LSST : 1 data-set plusieurs sondes pour l’Energie Noire ® Cosmic shear (growth of structure + cosmic geometry) ® Counts of massive structures vs redshift (growth of structure) ® Baryon acoustic oscillations (angular diameter distance) ® Measurements of Type 1a SNe (luminosity distance) ® Mass power spectrum on very large scales tests CDM paradigm ® Shortest scales of dark matter clumping tests models of dark matter particle physics

Comparaison : « Stage-IV DE Facilities »

LSST à l’IN2P3 Programme de R&D actuel Première phase définie Dec 06. débuté Mar 2007 : programme sur 2-3 ans LPNHE, LAL, APC : Travail / M&S : 400/60 k€ en 2007 Filtre/carrousel, FEE ASIC, ( Inst. Calib / prototype SNDICE ) Le LPSC rejoint actuellement la collaboration Française naissante Passage devant le CS de l’IN2P3 en dec 2007 Autres activités : –Etudes scientifiques ( SN, WL, BAO ) –Software ( Objets variables …) –Calcul ; Premier contact ccin2p3/SLAC/SanDiego –Calibration de la transmission atmosphérique (APC : Telescope auxiliaire / INSU) La construction de LSST : –Objectif : mise en place d’un scénario « à la BABAR » par une contribution de l’IN2P3 à la camera de LSST qui est sous responsabilité SLAC / DOE –3 Scénarios de participation Française à la construction de la camera ont été finalisés cet été avec la direction de LSST/SLAC –Dernière Nouvelle : feu vert de la direction de l’IN2P3 pour postuler à un TGE ( ….)

LSST : R&D actuelle au LPNHE Objectifs de la R&D en 2007 : Prendre contact avec la collaboration de l'intérieur + préparer dans les meilleurs conditions une monté en « puissance » en France ( autre R&D, construction ) Contribuer à des points clefs, utiles immédiatement à la collaboration, avec des résultats pour la revue de Conceptual Design de Septembre 2007  Succés

ASPIC: Analog Signal Processing asIC C. De La Taille, M. Moniez, V. Tocut, F. Wicek Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire BP Orsay Cédex – France P. Antilogus, H. Lebbolo, R. Sefri Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Energies 4 place Jussieu – Tour Paris Cedex 05

R&D : LAL & LPNHE ASIC for the ccd readout (Front End) : ~200 ccd, with pixels 10x10 micron, ccd size 4kx4k ( 3.5 Gpixels), 16 readout channels per ccd : 3200 electronic channels Readout at 500 kHz ( readout time of 2s, for an exposure time of 15s ) Full wheel capacity : e-,readout noise b 6 e- rms, dynamic 16 bits, 0.01% crosstalk Inside a cryostat at -100 °C 2 design are under study : Dual Slop Integrator ( DSI) : LSST baseline Clamp and Sample (C&S) ASPIC Clamp and Sample - Channel Front End ASIC for the CCD readout ASPIC Dual Slop Integrator - Channel

The ASPIC chip : 1st prototype Submitted layout   With : 4 DSI and 4 C&S channels  Submitted : 23rd July 2007  Expected delivery : ~15 October Techno : CMOS 0.35µ 5V Vendor : AMS Package : CQFP mm 2.7mm

Carrousel Design LPNHE : Pierre Antilogus, Walter Bertoli, Guillaume Daubard SLAC : Mike Foss, Martin Nordby

Carousel : Filter exchange R&D : LPNHE Carrousel for filter exchange LSST Filters : 80 cm, ~ 25 kg each. 5 filters can fit in the camera at a given time. Constrains : room, wheight, rigidity, dust free, speed, … Planning : Design delivered mid-July 2007 for the Conceptual Design Review of September The most critical points will be prototyped for the 2008 Design Review. Carousel Reference Design August 2006 Carousel Conceptual Design June 2007

Kinematics/clearance studies

Suite de ces R&D au LPNHE Jusqu’au design review (Printemps 2008) Objectif : concrétiser nos premier succès : –Tester l’ASIC pour définir un design final –Réaliser les prototypes clefs pour valider le système de verrouillage/support des filtres –Finir l’étude du carrousel (« roue/engrenage »)  Cela va correspondre à une augmentation de la charge En 2007 la R&D LSST est à la charge des LABO, suite au CS de l’IN2P3 de décembre, l’IN2P3 devrait prendre le relais et permettre de valider un programme de R&D jusqu’au démarrage de la construction de LSST ( )

LSST construction vers une contribution de l’IN2P3 Les scénarios envisagés : une participation Fran ç aise de ~ 15, 20 ou 30% au coût total estimé pour la camera (100 M$) Le schéma : - préparé avec K. Gilmore (camera PM) et S. Kahn - il part de l’effort actuel de R&D -> construction - et inclut (une fraction) des détecteurs (ccd + guidage) - et/ou de éléments optique ( ouverture à l’INSU ) - soustraction des « contingences » (jusqu’à 60%) - conversion en Euros (.73/$) => estimation réaliste pour l’argent « à injecter » ( M&S ) le coût du travail devra être adapté aux pratiques de l’IN2P3 (probablement plus important que ce qui est actuellement) (indiqué dans les documents LSST )

Les # items envisagés itemtaskFractionLaborM&STotal Filter Carousel & Changer Sensor PackagesProd & Test50% LensesProd & Test5429 FiltersProd & Test Slow ControlControls Readout electronics Guide SensorsProd & Test Total of Subtotals Les schémas pour une partition Française de 10, 20 ou 30 % à la construction de la camera ont abouti à envisager des contribution sonnante et trébuchante Française de 5, 10, 15 Meuro parmi ces items

Les items à discuter au LPNHE Construction du carrousel + chargeur de filtre Fournir les ASIC FE ( + extension au BE ?) Fournir les senseurs (25-50%) montés/testés Capteur de guidage (CMOS ? ) + électronique => Evaluation à faire cette automne dans le cadre de la préparation du CS de l’IN2P3 qui sera centré sur le programme de R&D

The LSST camera will have 3 Gigapixels in a 64cm diameter image plane Five Filters in stored location L1 Lens L2 Lens Shutter L1/L2 Housing Camera Housing L3 Lens Raft Tower Filter in light path

Guide Sensors (8 locations) Wavefront Sensors (4 locations) 3.5 degree Field of View (634 mm diameter) The LSST Focal Plane 9.6 square degrees

Raft Towers SENSOR RAFT RAFT TOWER Si CCD Sensor Raft Structure Sensor Packages CCD Carrier Thermal Strap(s) FEE Cage

Construction Commissioning Operations Timeline for the LSST FY Design and Development Submit NSF MREFC Proposal NSF and CD-3 funding begins First light 51 months CD-0 (and early procurement) ~$30M/yr ~$40M $300M Fiscal Years 2006 base-year dollars Then-year dollars is ~$335M

Conclusion L’horizon ~2015 du groupe cosmologie du LPNHE LSST  Opportunité(s) importante de R&D + Construction pour au LPNHE

The LSST will be on El Penon peak in Northern Chile in an NSF compound 1.5m photometric calibration telescope

The Telescope Mount and Dome Altitude over azimuth configuration Camera and Secondary assembly Carrousel dome Finite element analysis