SuperNova Acceleration Probe Reynald Pain Reynald Pain Paris, le 12 Juin 2002 Appel à idées CNES 2002 : II - Réponses au groupe ad-hoc.

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1 SuperNova Acceleration Probe Reynald Pain Reynald Pain Paris, le 12 Juin 2002 Appel à idées CNES 2002 : II - Réponses au groupe ad-hoc

2 Objectif Scientifique Principal     DE, w dw/dz  - Diagramme de Hubble des SNe Ia - Cisaillement Gravitationel Mesurer/Caractériser l’Energie Noire

3 Instruments Téléscope TMA : diamètre 2m Imageur grand champ : 2/3 deg 2 Vis+NIR (300nm-1700nm) Spectrographe Intégral de champ : 3’x3’ Vis+NIR (300nm-1700nm)

4 Résumé des questions : 1 - Quels sont les apports uniques du projet ? 2 - SNAP : un télescope “Schmidt” spatial multi-usage ? 3 - Nécessité d’un spectrographe intégral de champ embarqué ? 4 - Quels scénarios pour la participation française ?

5 Images Spectres Redshift & Propriétés de la SN Courbe de lumière & luminosité au maximum  M et   Energie Noire. Apports uniques du projet : Controle des incertitudes systématiques

6 Quantification des systématiques Modelisation de l’explosion (T, v, M) Effet de Métallicité Series spectrales Données Models

7 Précisions (statistique et Systématique) Précisions attendues (un an de données) : En supposant  M   stat. sys. stat. sys. w = -1 0.02 0.02 0.05 <0.01 w = -1, plat 0.01 0.02 w stat. sys. w = const., plat 0.02 0.02 0.05 <0.01  M,  k connus 0.02 <0.01 w' w = const. stat. sys.  M,  k connus 0.02 <0.01 0.12 0.15 w(z)= w + w' z

8 Comparaison avec le CFHTLS Programme SN du CFHTLS - 2003-2008 - 4 degrés carrés - (u’) g’ r’ i’ z’ toutes les 3 nuits (noires) - 5 mois/champ x 5 ans - 1000 SNe Ia + SNII, etc… - Diagramme de Hubble : 600 SNe Ia 0.3<z<0.9 + 200 SNe proches => (+ programme spectro) + Lentilles Gravitationelles

9 Articulation avec NGST- Mission GEST NGST : Imagerie: - Champ : 4’x4’ = SNAP/225 (pas de “Multiplexage”) - Peu adapté aux sondages (temps de stabilisation du pointé) Spectroscopie: - Pas adapté pour spectro de SNe z 600 nm) - 20-50% du temps total disponible nécessaire! - Unique pour spectro SN Ia z>2 et SN II z>1.5 GEST : - Télescope 1.5m - Imageur 2.1 degrés carrés (62 CCD 2kx4k) 1 bande spectrale (600-1000nm). Observation du bulbe galactique 8mois/an Modifications nécessaires: - Augmenter la taille du miroir (précision photométrique), étendre dans le NIR (->1700 nm) + roue à filtre, ajouter un spectrographe (350->1700nm), définir un programme SN (suivi >5 mois à z=1, incompatible avec le programme actuel

10 Un télescope “Schmidt” multi-usage L’ instrumentation et la stratégie sont optimisés pour le programme principal. Conditions d’observation : Champ 0.68 degré carré ( 50% IR) Balayage du ciel Multibandes (9 filtres / 3 NIR) Dans l’espace Stratégie d’observation : Au voisinage des poles Plan d’observation pré-programmé, répétitif - 7.5 degrés carrés pour les SNe (Champ N et S) - 500 degrés carrés pour lentilles gravitationelles Pas de réduction des données à bord Programmes PI après les programmes SNe + lentilles (16+12+16 mois)

11 Un outil pour la Cosmologie et l’Astrophysique Cosmologie : formation et évolution des structures dans l’Univers : Sondage profond (m=30), résolution angulaire 0.15” => 1Kpc quelque soit z 400000 galaxies/degré carré. 50 Millions de galaxies jusqu’à z=3.5 Redshifts photométriques dz=0.05 Astrophysique : - Mouvements propres - Etude du halo Galactique - Objets variables : Quasars, GRB, naines brunes

12 Politique d’accès aux données - Pas de répartition a priori des thèmes scientifiques (par ex selon instruments) - Données immédiatement accessibles à tous les membres de la collaboration => mise en place d’un service d’accès aux données - Données calibrées publiques après une année => préparation des analyses - Ouvert à demandes PI après la mission primaire

13 Nécessité du Spectrographe Intégral de Champ embarqué Pourquoi un spectrographe? - Identification des SNe - Mesures spectrophotométriques avec une précision moyenne de 2% - Mesurer les caractéristiques des raies du Silicium (615 nm rest-frame, largeur 20 nm) et du Souffre (535 nm rest-frame) - Mesure des spectres vs phase pour un sous échantillon z<0.7 - Effectuer les mesures des spectres des standards de calibration Pourquoi embarqué? - Accès à l’infra-rouge, faible bruit de fond, visibilité des champs - Spectro 3D : facilité de positionement, calibration, soustraction du bruit de fond Notez: - ~50% du temps total pour la spectro, temps d’expo individuels: 1000s - Temps d’intégration : ~8h pour z=1.7 varie (1+7) 6

14 Spectroscopie au Sol Indispensable pour la mesure des redshift des galaxies les plus lointaines (faibles) Simulation détaillée effectuée pour les SNe : - Télescope type Keck + NIR + suppression OH et/ou AO - 3300 heures/an – efficacité ~40% (jour/nuit) Résultats : - Un télescope de 10m nécessaire par 10 degrés carrés pour z<1 - 1<z<1.3 : SiII dans l’NIR (accessible avec AO) mais indicateurs de métallicité entre 850-1050 nm => temps d’expo prohibitifs - Pas de mesure de SiII à z=1.3 (absorption atmosphérique) - z>1.4 : temps de pose prohibitifs même avec AO (supérieurs à 9 heures) + Observabilité des champs + météo + coût comparé

15 Scénarios pour la participation française Quatre domaines identifiés : - Etude, fabrication du spectrographe complet - Contribution aux logiciels de simulation, de dépouillement. Traitement et mise à disposition des données auprès de la communauté scientifique française - R&D détecteurs (caractérisation) et électronique associée, en particulier pour l’IR - Suivi de fabrication des miroirs du télescope si fabriqués en France

16 Etude et Réalisation du Spectrographe Pré-étude en cours : - R~100 – 350-1700nm sur 2 voies - Transmission optique ~ 72-85% - Efficacité globale attendue ~30% Risques identifiés : - Slicer => étude de faisabilité => R&T CNES soumise - Détecteurs et électronique => R&T CNES + R&D IN2P3 Estimation du coût (instrument complet) : 6 ME + 10.5 ME (Manpower)

17 Spectrographe : Organisation en phase R&D Int. Scientist: Anne Ealet Project Manager: Eric Prieto Optical Design: E. Prieto Mechanical Design: P.E. Blanc Thermal Design: P.E. Blanc Focal plan : G. Smadja Electronic Interfaces: P. Levacher System Engineer: ??? Documentation: ??? Expert Board: ??? Software: A. Bonissent Calibration: TBD

18 Traitement et accès aux données Software lié au spectrographe : simulation, reconstruction (spectro 3D), calibration (coût : 5.4 ME inclus dans estimation spectro) Logiciels de traitement d’images : - SNe (soustraction, courbes de lumière) - Lentilles gravitationelles Traitement et accès aux données : Volume total ~ 1000 Teraoctets => centre de traitement, archivage, distribution Coût total : 1 ME + 2.8 ME (Manpower) (Manpower : 12 (A+B)+36(C+D) = 48 FTE)

19 R&D détecteurs électronique associée Contribution au système optique principal Détecteurs et électronique : Identifié risque majeur (NASA) - Quelques ~10 9 pixels CCD + pixels HgCdTe ! - Bruit électronique : facteur limitant dans l’espace (spectro) - Spatialisation Action R&D en cours à l’In2p3 : Caratérisation des détecteurs CCD (LBL), évaluation architecture générale SNAP, R&D proto ASICS Extension vers détecteurs IR, application spectrographe, développement chaine de lecture complète Coût estimé: 0.3 ME + 3.6 ME (manpower) Système optique principal : - Miroir 2m : 3 technologies identifiées : ULE (USA), Zerodur allégé (France), CSi (France) Fourniture?/Suivi si solution française: Coût estimé: 17 ME + 2 ME (manpower)

20 Tableau récapitulatif Financier Humain 1 FTE*an Total (ME) (FTE) =0.15 ME -------------------------------------------------------------------------------------- Spectrographe 6.0 70 10.5 16.5 Traitement et Serveur 1.0 12 1.8 2.8 R&D Détect. et elec. 0.3 24 3.6 3.9 Sytème optique 17.0 12 1.8 18.8 Total (hors fourniture et suivi des miroirs) : 23.2 ME (dont 15.9 ME manpower)

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