JDEM-(EUCLID) Un projet spatial pour l’énergie noire … et la Science des projets A. Ealet, G. Smadja

Bref Historique 1998: accélération de l’expansion SCP+High z SNAP/JDEM: projet NASA-DOE Supernovae Ia + Lentilles gravitationnelles + BAO (2001-…) 2003: CMB/WMAP confirmation accélération/ 2005: Oscillation Acoustique des Baryons EUCLID : projet européen Lentilles gravitationnelles + BAO/grandes structures (2005-…) Négociations NASA-ESA Etat présent : Elaboration d’un projet de satellite dédié à la mesure de l’énergie noire avec -1)priorité BAO -2)lentilles gravitationnelles -3)mesure des SNIa (spectroscopie/GRISMS possible z<1.2) -4)Autre sciences

Niveau actuel SNIa /BAO BAO = CMB + structures (pics acoustiques) grande marge de progrès Mesure de H0 Le BAO intégré ne mesure PAS  (de même que le CMB) Tranches z nécessaires

Les implications françaises et IN2P3 EUCLID = DUNE (2005-) (lentilles gravitationnelles) + SPACE (BAO+ structures) CEA/INSU (DUNE) /INSU + Europe (SPACE) CEA = imageur visible (+ lentilles gravitationnelles) JDEM/SNAP(2001-) IN2P3/INSU(LAM) Supernovae + lentilles gravitationnelles +… spectroscopie des SNIa LBNL = Supernovae SNIa (+ plan focal CCD ) France = spectrographe champ intégral (IFU) + calibration photométrie

Rôle du spectrographe s = 0.156 s = 0.125 Identification des SNIa ‘spéciales’ Corrections de standardisation Contrôle de l’évolution Spectrophotométrie, extinction SNFACTORY Greg Aldering AAS,Janvier 2009 R(6415/4427) Stretch-couleur s = 0.156 s = 0.125

Un spectrographe à champ intégral Champ intégral: Pas d’effet de fente (corrigé multifentes), pas de contrainte de pointé,spectrophotométrie Le démonstrateur en 2005/2007 cofinancé par l’IN2P3 / CNES / Berkeley résultats en cours de finalisation 1 publication acceptée 2 en cours pour la fin de l’année (thèse Aumeunier Dec 2007) Validation CNES TRL5 attendue fin 2009 Pré-étude du spectrographe embarqué.

R&D 2004-2008 Le démonstrateur construction d’un ‘disséqueur’ d’image (slicer) performances (résolution, calibration) Les détecteurs bas bruit/température longues poses calibration non linéarités, etc… 7

R&D Démonstrateur (2005-2007) visible et IR à 110 K Performances démontrées 1 papier accepté dans PASP 2 en cours HgCdTe fourni par LBNL Berkeley Lecture/systèm DAQ Lyon /IPNL Anne Ealet 8 Dec 18 2008

Reconstruction de la longueur d’onde

détecteurs IR R&D en vue de l’utilisation dans le spectrographe CPPM/IPNL(IN2P3): Physiciens: G. Smadja, A. Ealet Ingénieurs : C. Girerd, A. Castera, C. Cerna J. C. Ianigro,P.Karst Etudiants P.E Crouzet

R&D Détecteurs SNAP/USA Figure : QE of the different detector candidates Teledyne HgCdTe Coupure à 1.7 μm (refroidissement passif) H2RG 2k x 2k format, 18 μm pixel. Substrate aminci Amélioration de l’efficacité quantique Ce choix n’est pas encore acquis dans JDEM/EUCLID (longueur d’onde de coupure 1.7µm ou 2.5µm)

R et D Détecteurs IR (Non spatiale) Achat d’un détecteur H1RG (IN2P3) Accord DOE/IN2P3 Prêt d’un H2RG/LBNL Mise au pont chaîne électronique acquisition à partir de la carte OPERA Construction d’un cryostat de test (Note encourageante d’un expert/demande financière région: ce groupe ne dispose pas de cryostat, et ne pourra pas le construire dans les délais) Etude des mesures de flux dans les conditions du spectrographe

Activité Détecteur IR à l’IN2P3 2005-2009 Cryostat de test (conception + construction) Système d’acquisition propre Préparation des tests démonstrateur IR au LAM (Dec 2007) Calibration (LED, photodiodes, monochromateur) Modes de lecture/performance bruit (poses longue durée,bas bruit,impact des rayons cosmiques) Dépendence en température Interaction avec les autres instituts (Univ Michigan, Caltech,LBNL)

IR Cryostat+ Readout Slow temperature variations <0.5K/min Low LN2 consumption <~0.7l/hour

Designed for easy calibration : Uniform illumination COLD PLATE Thermal Damping Mirror FEEDTHROUGH SPACERS (for strips) THERMAL SCREEN

Digital + analog Cards IPNLyon H2RG readout system Digital + analog Cards IPNLyon Operation at 100khz, 5Mhz possible

Bruit/lecture multiple Fowler 250 température optimale < 125K Physique pas le courant d’obscurité Difference of 2 lectures rms=4.5 e

Calibration/fluctuations de Poisson 1 pixel Méthode multipixel améliorée Calibration: ~2.2 e/ADCU Interpixel Capacitance 0.0<C/C0<0.04 2 pixels 5 pixels 9 pixels

Résultats Non linéarité Calibration Capacité interpixel Soustraction canal de reference Algorithme optimal/flux Deux articles en cours…

2009: mise en œuvre Système EGSE d’Acquisition SLAC/SideCar Lecture des détecteurs + software Reçu à Lyon fin Janvier 2009 Lyon Fourni gratuitement + PC Cryostat: à modifier (SLAC) SIDECAR Adapter Board (SLAC) cPCI crate Instrument Communication Board (SLAC) cPCI MCP750 processor

Poursuite R et D IR 2009 Performance comparées avec Sidecar (compétition USA…) Non linéarité Possibilités au-delà mais cadre incertain Projets spatiaux mal adaptés à une R et D avancée (H2RG jugé marginalement prêt !) Autres technologies/contacts LETI (APD/Comptage) (Même remarque)

Plus long terme selon décisions spectrographe/JDEM (…) Préparation de la mission: collaboration DOE/IN2P3 (agreement, ITAR with Teledyn) Fournitures USA: 4 Détecteurs calibrés/spécifs du spectro deux pour essais:mises au point procédures et deux pour vol financement: ? Un deuxième cryostat de test pour la mise au point du spectrographe (IPNL/CPPM) et la calibration sol du plan focal final En l’absence d’un spectrographe: algorithme d’extraction signaux pixels IR (GRISMS)

Ressources Humaines IN2P3 (Science + Spectro) LABO 2008 2009 2010 ETP phy ITA APC 0.4 0.7 CPPM 3. 3.8 7.2 4. 6.5 IPNL 0,8 1,5 2,15 1,8 LPNHE 0.8 1. 1.5 1 TOTAL 5 6.3 6,7 10, 35 7,7 9, 3 23

Expertise acquise IN2P3 Science SNIa Photométrie SNLS / spectro SNFACTORY Le dossier spectro doit être musclé dans le nouveau contexte (voir résultats récents SNFACTORY) Mécanique de précision pour optique (Démonstrateur) Modèle thermo-mécanique plan focal Outils de calculs/vibration Machines 3D hte précision/alignements optiques Détecteurs/basses températures (CCD, détecteurs IR) Chaîne Acquisition complète + expertise bas bruit/calibration/non linéarité. (Edelweiss fonctionne à 10mK…) Outils de calibrations précises : LED,photodiodes,soft, t_soft>t_hard visible (SNLS),IR Moyens de calcul CCIN2P3,Grille Expertise réduction données SNIa photométrie/SNLS spectro/SNFACTORY 24