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Contrôle et mise en forme du front d’onde couplé à de la coronographie à faible séparation angulaire (PIAACMC) pour du haut contraste avec des télescopes segmentés

Description

La détection et la caractérisation des planètes extrasolaires font partie des domaines de recherche les plus importants de l’astrophysique moderne. Parmi les différentes méthodes permettant la détection d’une exoplanète, l’imagerie directe est la technique la plus difficile mais également celle qui apporte le plus de retours scientifiques. Les coronographes sont utilisés pour permettre de rendre visible l’environnement proche d’une étoile pour détecter un compagnon, mais ils sont extrêmement sensibles à : (1) l’architecture du télescope et (2) aux aberrations optiques qui dégradent fortement l’obtention du haut contraste dans le champ d’observation.

(1) La prochaine génération de télescopes au sol actuellement en développement atteindra une résolution favorable à la détection d’exoplanètes mais va rajouter des contraintes architecturales et de stabilité additionnelles nouvelles défavorables à ces détections comme par exemple la nature segmentée de leur miroir primaire et les larges structures mécaniques de support du miroir secondaire qui font obstruction à l’obtention du haut contraste.

(2) Ces aberrations sont dites quasi-statiques, car évoluant lentement lors d’une observation, mais génèrent cependant de forts résidus lumineux appelés speckles dans le plan focal qui présentent des caractéristiques similaires au signal d’une planète et risquent ainsi de compromettre leur détection. Pour résoudre ce problème, des miroirs déformables sont utilisés pour corriger le champ et obtenir une zone de très fort contraste communément appelée dark hole en mesurant et corrigeant en temps réel l’évolution de ces aberrations. Le contrôle et la mise en forme du front d’onde est devenu un domaine de recherche incontournable depuis plusieurs années. D’importants efforts de recherche visent à définir des algorithmes et des méthodes optimales de mesure du champ électrique sur l’image scientifique, ainsi que d’étendre l’applicabilité de ceux-ci sur de larges bandes spectrales (pour permettre la caractérisation spectrale d’une planète).

La thèse proposée vise à démontrer en conditions de laboratoire que du haut contraste dans un dark hole à très faible séparation angulaire est possible avec un télescope segmenté. Le banc SPEED (Segmented Pupil Experiment for Exoplanet Detecion, https://lagrange.oca.eu/fr/accueil-speed) vise à l'étude des méthodes d’observation en imagerie très haute dynamique avec un télescope segmenté orienté vers les très faibles séparations angulaires. Le banc propose un simulateur de télescope ELT avec un miroir déformable de 163 segments, une voie visible dédiée au cophasage du miroir primaire, et une voie infrarouge haut contraste combinant deux miroirs déformables à membrane continue et un coronographe PIAACMC (développé dans le cadre d'une R&T CNES). Ce coronographe est très largement soutenu aux USA par des développements financés par la NASA, et plus récemment en France avec le soutien du CNES. Un premier prototype pour le banc SPEED est réalisé par SILIOS Technologies.

Le Phase Induced Amplitude Apodization Complex Mask Coronagraph (PIAACMC, Guyon et al. 2014) est un coronographe qui permet d’approcher les limites théoriques de détection et qui peut s’accommoder d’une pupille complexe (télescope sur axe, obstruction centrale, segmentation du miroir primaire, etc.). L’obtention du haut contraste dans le champ d’observation reste cependant intimement lié à la mesure du front d’onde idéalement sur l’image scientifique en aval du coronographe, et au contrôle et à la mise en forme du front d’onde par utilisation d’un ou plusieurs miroirs déformables. A cette fin, une architecture multi-miroir déformables (optique active) couplé au PIAACMC est implémentée sur SPEED. 

Profil

Ecole d’ingénieur physique ou optique ou signal, Master 2 traitement du signal ou optique ou astronomie/astrophysique. Connaissances en IDL, Matlab ou équivalent. Connaissances en optique de Fourier, Fresnel, et électromagnétisme.

Description de la structure
Laboratoire d'accueil : Laboratoire Lagrange
Directeur(rice) de thèse/recherche : Martinez Patrice
E-mail du directeur(rice) de thèse/recherche : patrice.martinez@oca.eu
Responsable Cnes de l'offre : LE DUIGOU Jean-Michel

Pour postuler à cette offre, nous vous invitons à vous rapprocher du directeur/rice de thèse et compléter avec son aide la partie cofinancement  du formulaire en ligne (Répondre à l’offre)  pour le 1er avril 2019

 

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