mars 2016 – JWST

GTO et ERS

Général

Guaranteed Time Observations

GTO et ERS

Du temps d’observation (GTO – Guaranteed Time Observations) a été attribué à des individus ou des équipes qui ont construits des instruments, délivré des composants électroniques, des logiciels, ou fait profiter le projet de leurs compétences techniques ou interdisciplinaires. Parmi les personnes qui bénéficieront de temps garanti, on trouve en particulier les responsables de chacun des 4 instruments (Principal Investigators – PIs).

Les programmes conduits dans ce cadre utiliseront environ 16% du temps total d’observation du JWST au cours des trois premiers cycles de son opération. Un temps total de 4020 heures pour les programmes GTO sera utilisé durant les premiers 30 mois qui suivront la phase de recette en vol. Pour le cycle 1, le total du temps consacré aux programmes GTO et aux observations classiques (General Observing Time – GO) doit être entre 25% et 49% du temps d’observation.

Général

GUARANTEED TIME OBSERVATIONS

GTO et ERS

Du temps d’observation (GTO – Guaranteed Time Observations) a été attribué à des individus ou des équipes qui ont construits des instruments, délivré des composants électroniques, des logiciels, ou fait profiter le projet de leurs compétences techniques ou interdisciplinaires. Parmi les personnes qui bénéficieront de temps garanti, on trouve en particulier les responsables de chacun des 4 instruments (Principal Investigators – PIs).

Les programmes conduits dans ce cadre utiliseront environ 16% du temps total d’observation du JWST au cours des trois premiers cycles de son opération. Un temps total de 4020 heures pour les programmes GTO sera utilisé durant les premiers 30 mois qui suivront la phase de recette en vol. Pour le cycle 1, le total du temps consacré aux programmes GTO et aux observations classiques (General Observing Time – GO) doit être entre 25% et 49% du temps d’observation.

Les équipes ayant travaillé sur l’instrument NIRCam, construit par l’université d’Arizona à Tucson disposeront de 900 heures de temps garanti, de même que celles ayant contribué à la réalisation de l’instrument NIRSPEC, construit par l’Agence Spatiale Européenne. Les équipes Canadiennes responsables des instruments FGS/NIRISS bénéficieront de 450 heures. Six scientifiques interdisciplinaires ayant contribué activement au projet recevront chacun 110 heures, et 5 chercheurs/ingénieurs de l’Institut Scientifique du Télescope Spatial à Baltimore (STScI) qui ont la charge des opérations et de la calibration des instruments du JWST auront chacun 12 heures d’observations garanties. Enfin, le directeur du STScI disposera de 210 heures qu’il distribuera entre les scientifiques US en charge du télescope.

Le cas de MIRI est un peu particulier, puisque c’est un instrument construit à la fois par un consortium Européen et par les US (Jet Propulsion Laboratory – JPL, à Pasadena, Californie).

Ainsi, le leader scientifique US bénéficiera de 210 hours de temps garanti, et les 3 membres principaux de l’équipe scientifique MIRI-US hériteront chacun de 60 heures d’observations. Le consortium Européen qui a réalisé l’instrument MIRI disposera quant à lui de 450 heures de temps garanti, qui seront réparties dans plusieurs programmes qui pourront utiliser d’autres instruments que MIRI (essentiellement NIRCAM et NIRSPEC): galaxies lointaines, galaxies proches, exo-planètes, disques proto-planétaires, supernovae, chimie du milieu interstellaire. Des observations simultanées avec MIRI seront possibles dès le cycle 1 pour tous les types de proposition (GTO, ERS, GO).

Science Capabilities

Les programmes GTO ont été soumis le 1er avril 2017 et furent analysés par un comité d’experts techniques entre le 28 juillet et le 15 septembre 2017. Le programme devait être finalisé le 31 janvier 2018, deux mois avant l’appel d’offre pour les observations GO pendant le cycle 1 (mars 2018).

Le Directeur du STScI (Space Telescope Science Institute) à Baltimore a lancé en janvier 2017 un appel pour recevoir les lettres d’intention pour les programmes ERS (Early Science Release). Les propositions finales ont été soumises avant le 18 aout 2017, et les résultats de la sélection furent rendus publiques en décembre 2017 (voir dans la rubrique Centre d’Expertise). La sélection s’est faite en fonction de la pertinence des programmes pour les thèmes de recherche principaux du JWST: la détection des premières lueurs de l’univers et l’époque de la ré-ionisation; l’assemblage des galaxies; la naissance des étoiles et des systèmes protoplanétaires; l’étude des planètes et l’origine de la vie. De plus, l’ensemble de ces programmes devait utiliser la plus grande variété possible des techniques d’observation liées à chaque instrument, et démontrer les capacités observationnelles du JWST. Un comité d’experts dans des disciplines diverses a été chargé de la sélection de ces programmes en fonction de ces critères.

La description complète de chacun des programmes GTO (pour le premier cycle d’observation) et des programmes ERS inclut la liste des sources à observer et les instruments et techniques d’observation qui seront utilisés. Les observations GTO ne peuvent en aucun cas être dupliquées (sans une justification scientifique claire et rigoureuse) par des observations ERS ou GO. La description des programmes GTO a été rendue publique le 15 juin 2017 et celle des ERS le 13 novembre 2017.

Les outils nécessaires pour la préparation de chacun de ces programmes (Astronomer Proposal Tool (APT) et Exposure Time Calculator (ETC)) ont été mis à la disposition des chercheurs le 18 décembre 2017.

En ce qui concerne les ERS, 200 déclarations d’intention ont été soumises, pour un total de 3665 chercheurs (soit 18 scientifiques par équipe), provenant de 24 pays. Il est à noter qu’il y avait 2379 chercheurs qui ne faisaient partie que d’une seule équipe, dont 477 n’avaient jamais demandé de temps d’observation au HST (Hubble Space Telescope). L’équipe la plus nombreuse comprenait 119 scientifiques. Les chercheurs Principaux (PIs) et collaborateurs (CoPIs) provenaient de 24 pays, et de 34 états et un territoir US. Au final, 13 programmes ERS pour un total de 460 heures, conduits par 16 PIs et co-PIs des Etats-Unis et par 6 Européens, furent sélectionnés.

Ces programmes couvrent différents domaines des 4 thèmes scientifiques principaux du JWST, comme le montre le diagramme ci-joint, ainsi que des instruments et mode d’opération variés.

Les programmes sélectionnés représente une participation de 253 chercheurs de 18 pays, 22 des États-Unis, dans 106 institutions différentes.

Des 253 chercheurs concernés, 157 sont basés aux U.S., 84 proviennent des pays membres de l’ESA, 7 du Canada, et 5 d’autres pays (Australie et Chili).

A ce nombre, il faut ajouter 456 collaborateurs scientifique associés à ces programmes.

Les 3 équipes les plus nombreuses combinent un total de 138, 105, et 80 chercheurs et collaborateurs.

Feuille de Route des Observations

La liste détaillée des programmes GTO et leur description (en anglais)

La description (en anglais) des programmes ERS approuvés

Une documentation sur le GTO et les ERS

Pour plus d’informations (y compris les programmes détaillés qui ont été sélectionnés), voir les sites (en anglais):

GTO News, Programmes GTO, ERS News,

Les Exoplanètes

Exoplanètes

Plus de 1 800

Les Exoplanètes

Nous connaissons déjà l’existence de plus de 1 800 exoplanètes dans notre Galaxie et tout indique que nous ne sommes encore qu’au tout début de l’exploration de ces mondes dans la Voie lactée. Plus que jamais, l’astrophysique nous conduit à envisager la possibilité qu’il pourrait exister des planètes similaires à la Terre qui auraient pu voir émerger une vie, similaire ou différente à celle que nous connaissons.

Exoplanètes

PLUS DE 1 800

Les Exoplanètes

Nous connaissons déjà l’existence de plus de 1 800 exoplanètes dans notre Galaxie et tout indique que nous ne sommes encore qu’au tout début de l’exploration de ces mondes dans la Voie lactée. Plus que jamais, l’astrophysique nous conduit à envisager la possibilité qu’il pourrait exister des planètes similaires à la Terre qui auraient pu voir émerger une vie, similaire ou différente à celle que nous connaissons.

Le JWST devrait notamment nous permettre de voir les premières étoiles de l’univers observable mais on attend aussi de lui des informations sur la composition des atmosphères de ces exoplanètes. Il devrait être en mesure de détecter des concentrations de deux chlorofluorocarbones (en l’occurrence CF4 et CCl3F) dix fois supérieures à celles de l’atmosphère terrestre dans celles de certaines exoplanètes. Il faudrait pour cela qu’elles soient en orbite autour de naines blanches. On sait qu’il en existe bel et bien, et certaines pourraient être dans la zone d’habitabilité.

L’instrument MIRI, dont le CEA, en collaboration avec divers laboratoires Français (L’Observatoire de Paris – LESIA, l’Institut d’Astrophysique Spatiale d’Orsay -IAS, et le laboratoire d’Astrophysique de Marseille – LAM), et sous l’égide du CNES a assuré la conception et la réalisation de la partie imageur et coronographie va permettre, entre autres, de réaliser des observations d’étoiles proches de nous.

Ce mode d’observation permet d’éviter que l’éclat d’une étoile proche éblouisse le détecteur ; Mais il est d’autre part un paramètre fondamental : c’est dans l’infrarouge que le contraste entre une étoile et sa planète est le moins élevé. En effet, une planète comme la Terre sera en moyenne cinq milliards de fois moins lumineuse qu’une étoile comme le Soleil en lumière visible, alors qu’elle ne le sera “que” sept millions de fois dans l’infrarouge moyen. Il est donc évident qu’un télescope conçu pour s’adonner à ce domaine de recherche doit non seulement être doté des nouvelles techniques mentionnées, mais de plus opérer dans l’infrarouge. Les astrophysiciens pourront alors envisager de sonder l’environnement des étoiles et y découvrir des exoplanètes, des compagnons peu lumineux, voire des disques de poussière.

Les planètes extrasolaires qui ont été découvertes à ce jour ont des masses allant de moins d’une masse terrestre à plus d’une dizaine de masses de Jupiter, et des périodes de révolution qui s’échelonnent entre plusieurs heures et plusieurs années. Dans plusieurs centaines de cas, les étoiles possèdent même un cortège planétaire de deux ou trois planètes, voire cinq ou six. À travers la recherche et l’étude de ces planètes, l’astrophysicien cherche à répondre à plusieurs questions :

Quelles sont les caractéristiques physiques de ces planètes (masse, taille, densité, température, composition chimique, champ magnétique, rotation…) ?

Quels sont leurs processus de formation puis d’évolution ?
Comment interagissent-elles avec leur étoile (marées, interactions avec le vent solaire) ?
Quelle est la proportion des étoiles qui possèdent un cortège planétaire ?
Comment les caractéristiques de l’étoile (âge, masse, taille, température, composition chimique…) influent-elles sur les questions précédentes ?

Au-delà de ces questions purement astrophysiques, se posent des questions qui n’appartiennent plus seulement au champ philosophique mais désormais sont aussi l’objet de la recherche scientifique : existe-t-il des planètes semblables à la Terre et en particulier propres à abriter la vie telle que nous la connaissons ? Une autre forme de vie ? Existe-t-il des planètes habitées ?

La première exoplanète fut détectée en 1992 autour d’un pulsar, par l’analyse fine du rayonnement radio périodique émis par ce pulsar. En 1995, avec le télescope de 193 cm de l’Observatoire de Haute Provence, Michel Mayor et Didier Queloz détectèrent la première exoplanète en orbite autour d’une étoile de type solaire, 51 Peg b. La méthode utilisée était la vélocimétrie, c’est-à-dire la mesure des fluctuations périodiques de la vitesse radiale de l’étoile-hôte, une méthode qui s’est avérée très fructueuse dans les années qui suivirent la première détection. Mais il existe bien d’autres méthodes de détection.

Les nombreuses exoplanètes détectées à ce jour, principalement grâce aux observatoires au sol, l’ont été par des méthodes indirectes (transits, primaires et secondaires, vitesses radiales, astrométrie, microlentilles gravitationnelles). Des efforts énormes sont actuellement entrepris pour développer une technologie qui permette d’obtenir des images astronomiques à très haut contraste, grâce auxquelles il serait possible, soit d’observer directement les exoplanètes déjà découvertes, soit d’en détecter d’autres. Ceci ne pourra être réalisé qu’en améliorant les techniques d’optique adaptative, de coronographie stellaire et du traitement d’image.

Si détecter des exoplanètes est déjà intéressant en soi, il reste à pouvoir les étudier, en déterminer les caractéristiques, scruter leur atmosphère et y rechercher des signatures de la Vie, puisqu’il faut bien l’admettre, au bout du compte, c’est là l’objectif ultime. Il faut pour cela augmenter considérablement la surface des télescopes actuellement disponibles. Comprendre les mécanismes de formation d’une planète terrestre passe par l’observation des proto-étoiles enfouies au sein de nébuleuses et des poussières qui se condensent ultérieurement dans ce disque. De plus la dimension typique d’un disque protoplanétaire par rapport à sa distance est telle qu’elle nécessite une résolution angulaire très élevée. Les exemples précédents, mais il y en a beaucoup d’autres, nous montrent clairement que s’il veut répondre aux questions brûlantes de l’astrophysique actuelle, un télescope de nouvelle génération doit opérer dans l’infrarouge, et doit être doté d’une instrumentation qui délivre la meilleure résolution spatiale possible. L’atmosphère terrestre ne laissant passer qu’une infime partie du spectre infrarouge, et produisant d’autre part une scintillation et une agitation des images qui limitent fortement la résolution angulaire, ce télescope devra donc idéalement être placé dans l’espace. Ce qui ne remet aucunement en cause l’utilité d’un télescope gigantesque au sol, qui pourrait satisfaire des nécessités différentes, et qui en serait donc un complément essentiel.

Voir aussi (texte en anglais) le site de la NASA (vidéos, illustrations graphiques, etc…).

Tests au Centre de Vol Spatial Goddard

Descente de l’ISIM dans la chambre Cryo-vide du GSFC pour CV3 (Crédits à l’ESA

Mars 2016

Tests au Centre de Vol Spatial Goddard

De Décembre 2015 à Janvier 2016 s’est déroulé le troisième et dernier test de l’ISIM Integrated Science Instrument Module dans des conditions de froid et de vide (Cryo-Vide; CV3) au Centre de Vol Spatial Goddard de la NASA (« Goddard Space Flight Center », GSFC). Il aura duré 109 jours. Les tests précédents avait eu lieu en septembre 2013 (CV1) et avaient duré 73 jours, et en juillet 2014 (CV2) pendant 116 jours.

En mars 2016, l’ISIM a été livré au Johnson Space Center à Houston (TX) pour son intégration avec la partie optique du télescope (OTE) pour former OTIS (OTE + ISIM). Durant les tests à Goddard, la complexité de la mission a généré des exigences stimulantes qui ont mis au défit les performances du système, qui devaient être très fiables, ainsi que les capacités de la chambre sous vide su Simulateur d’Environnement Spatial (SES).
L’objectif de CV1 était de réduire les risques; CV2 a fourni la vérification initiale des instruments de vol entièrement intégrés; CV3 a permis de vérifier l’excellent état du système dans sa configuration finale de vol, après avoir effectué des tests mécaniques environnementaux (vibration et acoustique). D’un test à l’autre des améliorations insoupçonnées, associées aux capacités opérationnelles et à la fiabilité de l’installation, furent nécessaires pour permettre au projet de s’acquitter de ses plus grandes exigences.

Archives mensuelles : mars 2016

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