Astronomie

MOONS : le spectrographe multi-objets optique et proche-infrarouge du VLT, alimenté par un millier de fibres optiques !

MOONS : le spectrographe multi-objets optique et proche-infrarouge du VLT, alimenté par un millier de fibres optiques !

Le défi
Le défi pour SEDI-ATI consiste à produire un déport télescope d’un millier de fibres optiques pour faire la liaison entre le télescope et les deux spectrographes jumeaux de l’instrument MOONS. Du côté télescope, les liens fibrés se trouveront dans une partie rotative (RFE), tandis que du côté des spectrographes les fibres seront dans un environnement cryogénique à 130 Kelvin.

Contraintes majeures

  • arrangements complexes et cohérents de nombreuses fibres optiques de grandes longueurs
  • souplesse requise pour permettre le mouvement des fibres dans les gaines et les faibles rayons de courbures
  • environnement cryogénique à 130 Kelvin

Solution SEDI-ATI

  • agencement linéaire précis de 16 fibres optiques de 150 µm de cœur avec coating Polyimide dans une mini-fente ; réalisation de 64 mini-fentes identiques.
  • montage de 32 mini-fentes selon une trajectoire courbe précise pour former une fente de 512 fibres sur un arc de 200 mm ; réalisation de 2 fentes identiques.
  • réalisation de traversées étanches en ligne ; 1 par bundle de 16 fibres gainé métallique ; 2 lots de 32 traversées étanches en ligne montées sur brides de gros diamètre.
  • enfilage de bundles de 16 fibres dans des gaines métalliques sur de grandes longueurs.

Avantages de la solution SEDI-ATI

  • une expertise dans le positionnement de précision et de façon ordonnée de milliers de fibres optiques en fentes
  • une expertise dans l’enfilage, sur plusieurs centaines de mètres, de fibres optiques dans des gaines de protection métalliques
  • une expertise dans les technologies de scellement hermétique de systèmes fibrés
  • une expertise en optomécanique

MOONS : le spectrographe multi-objets optique et proche-infrarouge du VLT, alimenté par un millier de fibres optiques !

SEDI-ATI a livré 64 torons de 16 fibres optiques chacun, pour former 2 fentes identiques de 512 fibres, visant à transporter la lumière d’objets célestes depuis la plaque focale du télescope VLT jusqu’aux deux spectrographes cryogéniques de l’instrument MOONS.

MOONS est le nouveau spectrographe multi-objets optique et proche-infrarouge du VLT. Il a été principalement conçu pour étudier la formation des galaxies et leur évolution tout au long de l’histoire de l’Univers, de l’étude des propriétés de millions d’étoiles au centre de notre propre Voie lactée à des millions de galaxies dans l’Univers primitif.

L’instrument MOONS consiste en réalité en deux spectrographes cryogéniques identiques, refroidis à 130 Kelvin dans un même cryostat. Chaque spectrographe est alimenté en lumière par un système de positionnement, rapide et extrêmement précis, d’environ 500 fibres optiques. Ainsi, MOONS permettra aux astronomes d’obtenir des spectres optiques dans le proche-infrarouge (640-1700 nm) d’environ 1000 objets en même temps !

Les capacités infrarouges de MOONS

Lorsqu’un objet céleste s’éloigne de nous, la lumière est décalée vers l’extrémité rouge du spectre, c’est ce que l’on appelle l’effet « redshift ». Les capacités infrarouges de MOONS lui permettront donc de recueillir les caractéristiques spectrales de millions de galaxies à haut décalage vers le rouge.

Grace à ces spectres à haute résolution, les astronomes pourront mesurer les abondances chimiques de certains éléments dans l’atmosphère des étoiles, en relation avec leurs propriétés dynamiques. Cela permettra de reconstituer la chronologie des événements qui ont conduit des groupes d’étoiles à atteindre les caractéristiques qu’elles présentent aujourd’hui.

L’étude de notre propre galaxie nous offre l’occasion unique d’étudier tous les composants d’une galaxie, étoile par étoile. Ainsi, les astronomes pourront comprendre les détails des processus qui se déroulent lors de la formation d’une galaxie spirale comme la Voie Lactée.

En outre, la spectroscopie réalisée par MOONS permettra de mesurer la vitesse à laquelle les étoiles s’éloignent ou se rapprochent de nous. MOONS fait donc office de GPS galactique, nous permettant de produire une cartographie 3D de notre Galaxie.

Le système fibré de MOONS

En partenariat avec l’Observatoire de Paris – GEPI, SEDI-ATI a réalisé à l’identique deux fentes courbes de 200 mm, comportant chacune 512 fibres de 150 µm de cœur avec coating Polyimide.

Chacune des fentes est placée à l’entrée de l’un des deux spectrographes de MOONS, dans un environnement cryogénique à 130 Kelvin.

Une fente est composée de 32 torons disposés de telle sorte à donner sa forme courbe à la fente. Et chaque toron comporte un parfait alignement de 16 fibres optiques.

Des traversées étanches multifibres en ligne viennent compléter l’ensemble à raison d’un passage étanche par toron. Les traversées multifibres sont disposées sur une grosse bride, pour isoler les deux spectrographes dans le cryostat, du reste de l’instrument.

Chaque bundle de 16 fibres est enfilé dans une gaine métallique de grande longueur de part et d’autre de la bride. Cette gaine constitue une protection mécanique des fibres qui seront soumises à de fortes contraintes mécaniques (rotations, déplacements, faibles rayons de courbures…) dans la partie mobile RFE (Rotating Front End) de l’instrument.

Au foyer du télescope, les paquets de fibres sont éclatés en fibres unitaires. Chaque fibre est connectée à son extrémité à un cordon optique très court par un microconnecteur, et est positionnée au foyer du télescope via un FPU (Fiber Positionning Unit).

Toutes les fibres de la fente ne sont pas connectées à des FPU : il y a 1024 fibres dans les deux fentes, pour 1001 FPU, ce qui permet une certaine flexibilité dans l’association des FPU aux fentes. Chacune des fibres connectée à un FPU permet de scruter un objet. Ainsi, 1001 objets célestes peuvent être observés simultanément !!

De gauche à droite : M. FLORES (Director GEPI), M. AMANS (Engineer GEPI), M. LAPORTE (Deputy Directeur GEPI), Mme GUINOUARD (Project Manager GEPI), M. VINCHANT (CEO SEDI-ATI), and M. LIOTARD (R&D Engineer SEDI-ATI).
Crédit photo : GEPI et SEDI-ATI.

Etapes

  • Mai 2011 : l’ESO sélectionne le projet MOONS pour la réalisation d’un instruments spectroscopiques multi-objets grand champ.
  • Mars 2017 : dernière revue de conception.
  • Mars 2021 : SEDI-ATI a finalisé la livraison des deux ensembles jumeaux de fibres, en vue de leur intégration prochaine par l’ATC d’Edimbourg.
  • 2023 : première lumière attendue au VLT.