Calibration Atmosphérique pour Rubin-LSST – CARL

Le projet Rubin-LSST (Large Survey of Space and Time) est un relevé profond du ciel avec un télescope de 8,40 de diamètre équipé d’une caméra de 3,2 milliards de pixels. A partir de 2024, il cartographiera le ciel de l’hémisphère sud pendant 10 ans, à raison de 800 mesures photométriques par objet, obtenues à travers 6 larges bandes passantes dans le visible. Ce relevé permettra non seulement de mesurer précisément les paramètres cosmologiques, mais aussi de révolutionner les études du ciel variable.
Afin de mesurer la transparence de l’atmosphère en temps réel un spectrographe, équipé d’un composant optique holographique développé à l’IJCLab et au LPNHE et réalisé en France, est installé sur un télescope auxiliaire en fonctionnement depuis début 2021. Le processus de compensation atmosphérique que nous voulons mettre au point consiste à mesurer la transmission de l’atmosphère avec ce spectrographe, puis à s’en servir pour restituer des estimations de flux rapportés à des conditions d’atmosphère « standard ».
Cette opération doit permettre d’exploiter au mieux les données du télescope principal de LSST. L’objectif est en effet d’atteindre une précision photométrique de l’ordre de 0,1%, même dans des conditions atmosphériques non stables, ce qui constituerait une percée remarquable : premièrement, les nuits qualifiées de non-photométriques seraient mieux utilisables ; deuxièmement l’amélioration de la précision photométrique aurait un effet équivalent à une augmentation de la surface collectrice du télescope principal.
Les retombées sont prévues dans tous les domaines de l’astronomie, et en particulier en cosmologie à cause de l’amélioration du suivi photométrique des quelque 100 000 supernovæ attendues dans LSST.
Le management de LSST a délégué à l’équipe française, qui mène ce projet à très forte visibilité depuis son début, la responsabilité de faire fructifier l’effort consenti depuis 2017 pour achever l’implémentation du spectrographe et mettre au point les procédures de compensation photométriques liées à l’atmosphère.
Dans ce but, notre programme de travail consiste tout d’abord à terminer l’installation, le calibrage et la vérification des performances du spectrographe du télescope auxiliaire dans toutes les situations atmosphériques possibles, en termes d’humidité et d’absorption par les aérosols. Nous estimons en outre qu’au moins 3 années d’effort soutenu sont encore nécessaires pour parfaire et fiabiliser les programmes de réduction des spectres et d’extraction des paramètres atmosphériques en temps réel, pour mettre au point les procédures de compensation photométrique, pour optimiser la stratégie d’observation du spectrographe en synchronisme avec le télescope principal, et pour mesurer et comprendre l’impact de l’atmosphère sur un cycle annuel. En conséquence, nous demandons en premier lieu à l’ANR le financement d’un post-doctorant pour 3 années, en prévision de la fin d’un contrat en cours, pour nous permettre de maintenir nos efforts dans ces développements.
En second lieu, pour mesurer au mieux la transparence de l’atmosphère, il est essentiel de disposer d’une excellente connaissance de la transmission complète de l’instrument constitué par le télescope auxiliaire et sa caméra, en fonction de la longueur d’onde. Cette transmission combine la réflectivité des miroirs, la transmission des optiques et de l’hologramme, et l’efficacité quantique du détecteur. Nous avons donc besoin de compléter notre spectrographe avec un dispositif de calibrage du télescope auxiliaire, le « travelling CBP » pour Collimated Beam Projector, un dispositif dérivé d’un appareil déjà utilisé pour le projet StarDICE, et dont une version a été construite pour le télescope principal de LSST. La version à développer pour mesurer régulièrement la transmission du télescope auxiliaire nécessite l’acquisition d’une source lumineuse intense (plasma excité par laser) couplée à un monochromateur, dont nous demandons le financement à l’ANR.