Travaux pratiques en interféromètrie

Qu’est-ce que l’interférométrie?

Plus le miroir d’un télescope est grand, plus son pouvoir de résolution i.e. capacité à voir des détails est important. Typiquement, un miroir de diamètre D a une capacité à séparer angulairement deux points dans le ciel de lambda/D. Aujourd’hui les télescopes les plus grands au monde ont des miroirs d’une dizaine de mètres (Keck, VLT). L’Europe doit prochainement construire un télescope de 37 m de diamètre. Il semble toutefois extrêmement difficile de construire des télescopes de plus grande taille même avec les techniques de miroir segmenté. Pourtant, il existe un grand nombre d’objets astrophysiques qui nécessitent des miroirs de taille supérieure pour que l’on en donne des images résolus : Les surfaces stellaires des étoiles proches de nous nécessiteraient des miroirs de quelques dizaines à centaines de mètres, la résolution des régions centrales des AGN est obtenue avec des miroirs de quelques centaines de mètres, l’image résolue d’exo-terre autour d’étoiles proches nécessiterait des miroirs d’une dizaine de kilomètres de diamètre, etc. L’interférométrie offre une solution originale en reliant des télescopes séparés pour atteindre une très grande résolution angulaire. Les premiers interféromètres fonctionnaient avec 2 télescopes (I2T, GI2T, Keck, etc). Un tel instrument forme des franges d’young comme image des étoiles. On peut déduire des informations comme le diamètre des étoiles en mesurant le contraste des franges. Aujourd’hui, on essaye de relier de plus en plus de télescopes pour reconstruire l’image des étoiles et objets astrophysiques observés.

Description du T.P.

Nous masquons le télescope de 80 cm de l'OHP avec des disques troués. On fabrique ainsi un mini-interféromètre. Les trous sont optiquement équivalents à des télescopes de 2 millimètres de diamètre espacés de quelques centimètres.

Miroir éteint par un couteau placé avant le foyer

Fig 1 : En haut à droite, le masque du télescope de 80 cm de l'OHP laissant une petite ouverture pour les masques à 2 trous (en bas à gauche)

Lors de ce T.P., les étudiants mesurerent le diamètre apparent de planètes de notre système solaire. Ces diamètres sont connus et donc ce T.P. n’a pas d’intérêt scientifique. C’est par contre un excellent exercice pédagogique : un certain nombre de planètes du système solaire étant résolu avec des bases de quelques millimètres ou centimètres, nous ne sommes pas gênés par la turbulence atmosphérique i.e. il est possible de faire des poses longues sur une camera; Les étudiants peuvent ainsi observer la baisse du contraste des franges sur les objets résolus avec les masques de la figure 1. De simples observations visuelles (oculaire et CCD) permettent à des étudiants de niveau L de s’initier à l’interférométrie.

Fig2. Franges contrastées sur cappella (à gauche) et peu contrastées sur Mars (à droite Mars est résolu par la base) pour une Base de 15 mm

Les Masters traitent les données comme si elles provenaient d’un véritable interféromètre (ex : VLTI). Nous avons ainsi développé avec des étudiants  (Davide Ricci, Pierre Deram) un soft IDL pour extraire des visibilités.

Ce TP permet de faire de la reconstruction d’image comme on peut la réaliser avec les techniques de pointes en interférométrie (à partir de visibilités et clotures de phase). Je prévois prochainement d’améliorer cet exercice pour reconstruire une image sur Saturne (et pas simplement mesurer un diamétre).

D’un point de vue pédagogique, ce T.P. offre un grand nombre de possibilités et est en constante évolution depuis sa création. A travers ce T.P., les étudiants abordent l’interférométrie depuis ses bases jusqu’aux travaux de recherche les plus récents dans ce domaine de l’instrumentation. Il y a quelques années, il a inspiré Jean Surdej professeur à l'université de Liège qui a créé un TP d’interférométrie sur le soleil.

Fig 3.  Spectre de Puissance calculé (code de Davide Ricci) avec des Franges de Venus (base 10 mm)

Fig. 4 Visibilité d'une étoile de calibration en fonction de la base

Fig. 5 "fit" des points de visibilité sur Venus. On en déduit le diamètre apparent.