GEPI

De la conception instrumentale
à l’exploitation des observables

Giraffe

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Spectrographe GIRAFFE installé sur le site du VLT au Chili. Crédit : GEPI.

Où que l’on regarde dans le ciel, les galaxies sont là, nombreuses. Leur présence est évidente, mais leur naissance reste un mystère. Comment les premières galaxies sont apparues ? Et pourquoi ? Comment évoluent-elles ? Pour répondre à toutes ces questions, photographier, classer, « peser » et étudier les galaxies dans leur ensemble ne suffit pas. Il faut accéder à la dynamique des galaxies, c’est-à-dire à leur mouvement et à leur évolution. Cela signifie d’être capable d’acquérir la lumière non pas de toute la galaxie mais en plusieurs points, l’ensemble fournissant une carte de la galaxie. Les étoiles, qui constituent en partie les galaxies ont leur importance dans cet échéquier. Il est important de pouvoir les classer, les identifier, et déterminer, par exmple, les populations d’étoile majoritaires dans les galaxies. Beaucoup de questions pour lesquelles l’instrument GIRAFFE a été conçu afin de trouver des réponses. Installé sur l’un des quatre télescope VLT (Very Large Telescope) de l’ESO (European Southern Observatory) au Chili depuis 2002, il permet d’observer 15 galaxies à la fois et dispose d’un autre mode autorisant plus de cent cibles de faible dimension.

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Champ de vitesse. Crédit : GEPI.

La moisson de résultats depuis le début de l’exploitation de GIRAFFE est grande. L’un des succès réside dans la détermination de la vitesse de rotation des galaxies observées. Cette image montre un champ de vitesse, c’est-à-dire la vitesse relative mesurée en chaque point de l’objet observé. La couleur rouge représente la zone de l’objet qui se rapproche de nous. En bleu, c’est le contraire.

A la clé, une nouvelle hiérarchie des galaxies, dans lesquelles certaines catégories de galaxies, jusqu’alors inclassables, ont trouvé leur place dans l’histoire de l’univers !

L’instrument GIRAFFE utilise les fibres optiques pour acquérir la lumière dans le plan focal et la transporter avec un minimum de perte vers le spectrographe où elle est dispersée pour obtenir un spectre. Les raies présentes dans ce spectre sont une mine d’information qui permet d’accéder, entre autres, à la vitesse de la galaxie. En effet, la position des raies, leur luminosité, leur asymétrie, leur largeur sont autant d’information qui permettent de déterminer des paramètres physiques comme la vitesse de la matière qui a émis la lumière, sa température, son degré d’ionisation et bien d’autres paramètres encore. Comme son rôle est d’acquérir les spectres, on parle de spectrographe. Sur l’image est représenté un IFU (Integral Field Unit) constitué d’un toron de fibre et d’une trame de microlentille qui injecte la lumière dans les fibres. En plus d’un cahier des charges strict, on peut voir sur l’image que ces éléments sont très petits et donc délicats à assembler. Ce travail d’orfèvre a été intégralement réalisé au GEPI.

Trois modes d’observation sont proposés :

  • MEDUSE, qui autorise l’observation de plus de cent objects en même temps.
  • IFU (pour Integral Field Unit) consiste en un rectangle de 20 microlentilles de 0.52 arcsec chacune, fournissant une ouverture de 2X3 arcsecs. 15 IFU sont disponibles par observation.
  • ARGUS, qui propose un large champ (300 fibres) avec les mêmes caractéristiques que les IFUs.
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GIRAFFE en cours de montage sur le site du VLT au Chili. En jaune, la structure métallique qui porte les plaques focales. Elle constitue la partie visible du positionneur qui permet de placer les fibres dans le plan focal du télescope. Le foyer Nasmyth du télescope est au centre du grand cercle bleu en arrière plan de la structure métallique jaune. Crédit : ESO.

Le nom de GIRAFFE vient du premier concept selon lequel le spectrographe devait être vertical et ressembler à une girafe. L’instrument définitif est horizontal et mesure près de quatre mètres de long. La longueur d’un spectrographe est déterminée par les performances que l’on souhaite atteindre, comme la capacité à distinguer des raies proches les unes des autres. On parle alors de la résolution du spectrographe. Celle de GIRAFFE varie entre 7500 et 30000, selon le réglage souhaité par les scientifiques. La limite supérieure, 30 000, est très élevée pour un instrument. Mais elle est nécessaire pour étudier finement les spectres des objects galactiques.

Commentaire photo : GIRAFFE en cours de montage sur le site du Chili. En jaune, la structure métallique qui porte les plaques focales. Elle constitue la partie visible du positionneur qui permet de placer les fibres dans le plan focal du télescope. Le foyer Nasmyth du télescope est au centre du grand cercle bleu en arrière plan de la structure métallique jaune.

GIRAFFE fonctionne parfaitement depuis 2002 et poursuit brillamment sa carrière. Une seconde version est actuellement en cours d’étude afin de faire profiter des dernières tecnologies aux scientifiques. Ce projet est en cours de soumission à l’ESO (European Southern Observatory). Pour en savoir plus, cliquez ici.