Observer le ciel en millimétrique avec la caméra NIKA2 – NIKA2Sky

Le projet NIKA2Sky est dédié à l'exploitation scientifique de la caméra NIKA2, de la mise en service jusqu’aux premières observations et résultats de nos trois grands programmes (LP) du temps garanti NIKA2. Le premier LP vise l'observation à haute résolution d'un échantillon de 50 amas de galaxies via l'effet Sunyaev-Zel'dovich, dans l'objectif d’améliorer la cosmologie avec des amas. Dans le deuxième LP, notre objectif est de cartographier la formation d'étoiles poussiéreuses à grand redshift. En observant deux champs cosmologiques de référence avec NIKA2, nos objectifs définitifs sont d'obtenir un recensement complet de l'histoire de la formation des étoiles dans les galaxies et d'accroître nos connaissances sur le carburant pour la formation des étoiles. Dans le troisième LP, notre objectif est de cartographier les champs magnétiques dans les régions de formation des étoiles. L'utilisation de ces observations de l'émission continue de poussières polarisées permet de clarifier le rôle des champs magnétiques dans la régulation de la fragmentation/évolution des filaments denses et dans la canalisation du matériau filamentaire dans les noyaux pré-stellaires

Les résultats obtenus dans le cadre du projet NIKA2Sky sont de deux ordres. Il s'agit tout d'abord de la mise en service de la caméra NIKA2 au télescope de 30 m de l'IRAM. Ce sujet est d'intérêt général car cette dernière a été ouverte à la communauté scientifique internationale. Deuxièmement, il s'agit des premiers résultats des trois grands programmes (LP) dirigés par les laboratoires français. Les résultats obtenus grâce à l’observation du ciel millimétrique avec NIKA2 couvrent des thématiques aussi variées que la cosmologie ou la formation stellaire.

Le projet NIKA2 se poursuit au-delà de NIKA2Sky car la caméra est un instrument résident au télescope de 30 mètres de l'IRAM pour la prochaine décennie. Le temps garanti de la collaboration se poursuit également avec des observations à venir et de nombreux résultats à publier.

Le projet NIKA2Sky a donné lieu à la publication de 14 articles dans des revues à comité de lecture, dont plusieurs ont eu un écho important dans la communauté scientifique internationale. Il a également permis d’organiser une conférence internationale qui a réuni à Grenoble les spécialistes mondiaux de l’astronomie millimétrique et dont les actes de congrès sont en cours de rédaction.

L'observation du ciel aux longueurs d'onde millimétriques et submillimétriques a considérablement contribué à la compréhension d'une grande variété de phénomènes astrophysiques, allant de la formation des étoiles dans notre Galaxie, à la formation et l'évolution des structures dans l'Univers, et la mesure des paramètres cosmologiques. Après les satellites Planck et Herschel, l'avènement d'une caméra millimétrique capable de mener des observations combinant une grande résolution angulaire, une sensibilité élevée et un grand champ de vue, permettra de révéler les détails de la formation et de l’évolution des structures dans l'Univers.

La caméra NIKA2 est un instrument de nouvelle génération pour l'astronomie millimétrique. Elle fonctionne à 100 mK et sera installée en Juin 2015 au télescope de 30 m de l'IRAM (Institut de radioastronomie millimétrique). NIKA2 va observer le ciel à 150 et 260 GHz dans un large champ de vue (6,5 minutes d'arc) à haute résolution angulaire (nominalement 18 et 12 secondes d'arc, respectivement), en polarisation à 260 GHz et avec une excellente sensibilité (20 et 30 mJy.s1/2, respectivement). Avec sa grande vitesse de cartographie (5000 détecteurs), NIKA2 va révolutionner notre vision de l'Univers froid. Aucun autre instrument existant ou en projet pour les années à venir ne pourra rivaliser avec NIKA2 en termes de sensibilité, résolution angulaire et de temps d’observation disponible.
Le consortium NIKA2 rassemble 14 laboratoires (France, Royaume-Uni et Italie) dans une collaboration internationale qui a remporté en 2011 un appel d'offre lancé par l’IRAM pour la prochaine génération de caméra grand champ au télescope de 30 m.

La première phase (2011-2015) du projet a été partiellement financée par l'ANR. Elle concerne la conception, la construction et les tests de la caméra NIKA2. Cette phase est achevée et la caméra prend actuellement les premières images en laboratoire dans les deux bandes, y compris le canal de polarisation. Le calendrier de NIKA2 pour l'installation en Juin 2015 au 30 m a été approuvé par l'IRAM. Pendant cette première phase, une caméra prototype (NIKA1: bi-bandes avec 300 KIDs) a également été construite et installée au télescope de 30 m. Les deux campagnes d’observation ont permis d’améliorer ses performances et d’atteindre d’ores et déjà les objectifs de NIKA2 en termes de sensibilité.

La deuxième phase (2016-2020) concerne l'exploitation scientifique de cet instrument voué à être le leader mondial en astronomie millimétrique au sol. En effet, 1300 heures ont été attribuées au consortium NIKA2, i.e. le plus grand programme de temps garanti jamais donné par l'IRAM à une unique collaboration. Notre projet NIKA2Sky est centré sur les trois grands programmes menés par des instituts français, qui ont chacun obtenu 300 heures d'observation. Le programme scientifique est dédié à l'étude de la structure interne des amas de galaxies par effet Sunyaev Zel’dovich, de la formation des étoiles dans notre Galaxie, en étudiant le rôle du champ magnétique à l'échelle du dixième de parsec, et dans les galaxies lointaines, en détectant des centaines de galaxies infrarouges (dont plus de 100 à z>3.5) durant leurs épisodes majeurs de formation d'étoiles.

Nous demandons un soutien financier pour recruter 4 post-doctorants, et organiser des réunions de collaboration ainsi qu'une conférence internationale afin d'assurer une grande visibilité aux résultats obtenus avec NIKA2. Ce soutien permettra de capitaliser nos efforts instrumentaux, financés en partie par l'ANR, qui ont conduit à la construction d'un instrument unique et leader en astronomie millimétrique.