ELTs : vers une vision europ

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• ELTs vers une vision européenne

Journée du Programme National Galaxies 1er Mars
2006 F. Hammer
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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. Hammer ELTs - Programme National
Galaxies 01-03-2006
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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 (...)

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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

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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)

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ELT - Europe (4) ELT Design Study

• Programme 6ème 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 (CRALGEPILESIALAM) Univ. Nice
• 10 WPs
• 700 k labos
• Fogale SAGEM SESO

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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 105, stability 10 cm/s on gt 10 years, QSO
  abs. lines)

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(No Transcript)
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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 R500-1000
• Wavelength Range 0.6-1.4mm
• Dynamic Range constraint 1010 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

Système solaire vu à 10 pc
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Populations stellaires résolues

• 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 nearIR
• V 35 (imaging) ! V28 (spectroscopy)

• M32
• OA 8m
• JWST
• 30m

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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 500010000.
• Wavelength Range 1.0-2.4 µm.
• Target Density 0.25 per arcmin2
• Telescope Size as large as possible for
  collecting area.
• gt Falcon type concept Laser stars

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ELT Europe

• Funding (studies)
• 30.5 M including 8.4 from EC
• ESO funds
• Estimated cost 600-700 M
• OWL changed gt 42m filled aperture, highly
  segmented
• Adaptive optics designed !
• Field of view 10 arcmin
• Wavelength coverage 0.31 28 µm
• gt a unique design til October 2006
• gt ESOs highest priority strategic goal

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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

• Funding (studies)
• 8 US Universities AURA
• Estimated cost 500 M ?
• Seven 8.4m mirrors

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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

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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)

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Les ELTs en France

• 2000-2002 NG-CFHT, collab. LAM-OP-ONERA
• 2001 concept et RD  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 

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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

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Key ELT Technology Points
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MCAO banc de test Observatoire de Paris
http//www.lesia.obspm.fr/astro/optada/pages/sesa
me/

• 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

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Simulations numériques

• Etablissement des spécifications instrumentales
  de haut niveau basée sur les simulations et sur
  les observations effectuées sur le VLT (NACO,
  GIRAFFE, SINFONI)
• gtgt 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).
• gtgt Une thèse démarrée en octobre 2005 sur ces
  problématiques OA vs. ELTs (B. Neichel)
• gt en collaboration avec léquipe OA de lESO

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Axes de RD (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
Empilement obtenu par microlithographie
(résine couche réfléchissante)
Simulateur de segmentation
chaque miroir
présente une sur-épaisseur hexagonale
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Axes de RD (2)
- Faisabilité des analyseurs de surface donde
dun instrument de type FALCON
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). RD associée
microlentilles de formes novatrices pour
linjection dans les fibres
fabrication de torons de fibres
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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!)

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Les ELTs à lObservatoire

• Vers un ELT Européen
• gt participation aux définition scientifiques
• gt positionnement sur les instruments
• gt collaboration renforcée en France
• gt 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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(No Transcript)
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www.oamp.fr/elt-insu/