Pr

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SIAMOIS Sismomètre Interférentiel A Mesurer les
Oscillations des Intérieurs Stellaires
Astérosismologie en Antarctique au Dôme C
   Benoît Mosser, Michel Auvergne,
Thierry Appourchaux, Annie Baglin, Caroline
Barban, Claude Catala, Marc-Antoine Dupret,
MarieJo Goupil, Jean-Pierre Maillard, Eric
Michel, Reza Samadi, Francois-Xavier Schmider,
Frédéric Thévenin, Gérard Vauclair et al.
  Observatoire de Paris/LESIA,IAP, IAS,
UNSA/LUAN, OMP/LATT, OCA
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PLAN

• Quel programme dastérosismologie mener après
  COROT ?
• Quelques caractéristiques du Dôme C en
  Antarctique
• SIAMOIS principe et performances instrumentales
• Le projet organisation, programme scientifique

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En 2006, du sol
Les observations astérosismiques du sol restent
limitées par leffet de fenêtre
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En 2006, du sol
Les observations astérosismiques du sol restent
toujours limitées par leffet de fenêtre en
observation bi-sites
Besoin dobservations continues
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En 2009, fin de la mission COROT
aura achevé un programme
considérable !
Et après ???
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Photométrie / spectrométrie

• Le signal spectrométrique est moins bruité par
  la granulation que son équivalent photométrique
• Les modes de degré l 3 sont 3 fois plus
  visibles par spectrométrie
• ? mesure de la petite séparation entre les modes
  de degrés 1 et 3

Mesure au sol, donc spectrométriques, continues,
de longue durée réseau ou Antarctique
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Les buts scientifiques après COROT
1ère étape dans lespace, photométrie 2ème
étape du sol, spectrométrie

• Pour des observations complémentaires à COROT
• Étoiles brillantes
• Étoiles de faible masse
• Signal Doppler (bruit de granulation limité,
  modes l 3)
• Suivi de type de cibles repérées par COROT
• Questions soulevées par COROT

Et nécessairement, après COROT observations
continues sur de longues durées
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Le Dôme C

• Base Concordia
• 7506 sud 12321 est
• Températures moyennes
• - 40C lété
• - 60C lhiver
• Vent faible
• Précipitations limitées
• 2 à 10 cm/an neige
• Nuit polaire 3 mois
• Seeing dominé par les 30 premiers mètres

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cycle utile gt 90 pendant les 3 mois dhiver
(K. Agabi)
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Premières observations au Dôme C

• Spécifications pour un projet dobservations au
  Dôme C
• Projet intégré
• - et testable de A à Z avant installation en
  Antarctique
• Collecteur de taille réduite
• pour débuter
• Projet entièrement automatisé, quasi spatial
• intervention humaine limitée à la survie de
  lappareil
• masse, puissance, télémétrie mesurées
• Programme scientifique ambitieux
• irréalisable ailleurs, sauf peut être dans
  lespace
• bien positionné par rapport à COROT

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Observations au Dôme C

• IPEV (Institut Paul-Emile Victor)
• - gère la base Concordia
• - subventionne le fonctionnement des projets
  scientifiques
• INSU / Groupe Antarctique
• - promeut les observations au Dôme C
• - doit identifier des projets pour commencer
  lexploitation astronomique du site
• PNPS
• - conseille le développement rapide dun
  astérosismomètre au Dôme C

-1- 2009/2010 Projet intégré
dastérosismologie, avec un  petit 
télescope, sismomètre dédié -2- A lhorizon
2010/2012 télescope de la classe 2-m avec un
spectropolarimètre
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Lastérosismométrie Doppler

• Principe (Bouchy et al. 2001, Mosser et al.
  2003) performances limitées par le bruit de
  photons
• Un sismomètre, en plus dêtre extrêmement stable,
  se doit dêtre - efficace facteur de qualité Q
  
• - lumineux nombre de photoélectrons Ne
• Le facteur de qualité Q dépend
• - de létoile (type spectral, rotation)
• de linstrument
• GS spectromètre à réseau
• FS spectromètre de Fourier

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Facteur de qualité stellaire
Le facteur de qualité mesure le nombre, la
profondeur et la finesse des raies stellaires Q
dln A /dln l
Avantage aux étoiles froides Aile bleue du
spectre plus performante
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GS sismo avec un spectro réseau
Le facteur de qualité mesuré dépend de la
résolution R du spectromètre Obtenir une
résolution élevée nécessite une fente source fine
et un spectromètre de grande taille R f / d
Spectromètre à réseau nécessairement de taille
imposante
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FS sismométrie par TF
Sismométrie par transformée de Fourier Le
signal Doppler est recherché dans
linterférogramme dune portion du spectre
stellaire
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Sismométrie par TF
FT seismometry successfully tested with the FTS
at CFHT Procyon Mosser et al. 1998, AA 340,
457 Jupiter Mosser et al. 2000, Icarus 144, 104
FTS au CFHT scan de la frange Instrument dédié
enregistrement simultané des différents points
de la frange
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FS facteur de qualité
avec

• (Mosser et al. 2003, PASP 115, 990)
• Le facteur de qualité Q augmente avec
• le nombre donde s0
• la différence de marche de travail dopt
• le contraste des franges C
• Un bon contraste de franges C nécessite un
  domaine spectral étroit
• en contradiction avec la spécification sur Ne

Nécessité dobserver dans plusieurs bandes
spectrales
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FS post - dispersion
Sismométrie par transformée de Fourier avec
post-dispersion Le signal Doppler est recherché
dans linterférogramme de de chaque élément
spectral défini par la post-dispersion
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Comparaison FS / GS
Projet GS FS
Fibre Brouillage Double ( /400) 1" 6 m/s Simple ( /100) 1" 1 cm/s
Résolution Dispersion R QGS ? R ? 1/dfibre -----
Post-dispersion Rpd QFS ? Rpd
Facteur de qualité QGS Q(Q , R) QFS Q(Q , Rpd)
Elément dimensionnant Réseau 10 x 40 cm ddm 1 cm
Détecteur 4k x 2k 1k x 256
Bilan FS plus lumineux Instrument plus
compact
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Comparaison pôle / réseau
Projets SONG Danemark, Australie SIAMOIS France
Réseau équateur Base Concordia Dôme C
Nombre de sites pour un cycle utile de 90 Au-moins 6 1
Atout Redondance Site cycle utile, altitude
Point dimensionnant Réf lampe à iode Perte defficacité Site Principe FS
Coût annoncé 600 kE par site 800 kE
Maintenance 6 sites au-moins à maintenir Projet quasi-spatial
Projets complémentaires
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Performances GS versus FS
Performances comparées GS de type HARPS (réf
lampe ThAr) de résolution 90000 FS de type
SIAMOIS avec une post-dispersion de 1200.
GS plus sensible que FS si référence lampe
ThAr Performances GS moindre ( 50) si référence
cellule à iode Performances limitées par le
bruit de photons identiques
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GS performances au Dôme C
Performances limitées par le bruit de photons
SIAMOIS, au Dôme C, 40-cm télescope, 120
heures avec un cycle utile de 95, mV 4
SNR obtenu sur les cibles circumpolaires
accessibles
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Cibles
Cibles observables avec SIAMOIS et un collecteur
de 40-cm dédié au projet
COROT

• Télescope de 40-cm
• - 7 cibles F, G et K de classe IV
  V,oscillations de type solaire
• - plus de 30 géantes rouges très nombreuses d
  Scuti (v sin i lt 20 km/s)
• ? Un programme scientifique pour plus de 3
  hivernages

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Cibles
1) Etoiles K à F, de classe IV et V
oscillations de type solaire
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Cibles
3) Cibles de type delta-Scuti
1) Etoiles K à F, de classe IV et V
oscillations de type solaire 2) Géantes rouges
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Linstrument

• 40-cm telescope low cost, easy antartization,
  dedicated to the projet
• Interferometer monolithic instrument
• no moving part, reduced size
• fiber fed
• Post-dispersion efficiency, photon noise limited
  performances

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Planning du projet

• 2004 phase 0
• étude préliminaire
• test dun sous-système critique
• 2005 phase A (financement ACI)
• design de linstrument pour lAntarctique
• projet intégré
• recommandation positive du groupe de travail
• du PNPS pour le Dôme C
• 2006 fin de phase A phase B (ACI)
• design de linstrument complet
• analyse thermo-mécanique
• prototype, tests
• 2008
• transfert au Dôme C
• 2009 premier hivernage au Dome C
• PARTENAIRES LESIA, IAS, LUAN, LATT

Interféromètre SIAMOIS JP Amans, GEPI, Obs Paris
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Conclusion

• Dôme C un site unique pour lastérosismologie
• 3 mois avec un cycle utile 90
• Un programme scientifique spécifique après
• Des performances avec un collecteur de 40 cm
• Un projet pour poursuivre le leadership en
  astérosismologie des équipes françaises réunies
  par lobjectif COROT
• Un projet pour apprendre à observer dans les
  conditions quoffre la base Concordia au Dôme C
• Un projet davenir lavantage multiplex dun
  spectromètre par TF permet denvisager le suivi
  simultané de plusieurs cibles

siamois
Big science  au Dôme C pour un budget lt 1 ME