GRAVITY+ : Les essais laser marquent le début d'une nouvelle ère dans le domaine de l'interférométrie

« Il s'agit d'une étape très importante pour une installation unique au monde », déclare Antoine Mérand, astronome à l'ESO et responsable scientifique du programme VLTI.

Le VLTI combine la lumière provenant de plusieurs télescopes individuels du VLT (soit les quatre télescopes « UT » de huit mètres, soit les quatre télescopes auxiliaires plus petits) à l'aide de l'interférométrie. GRAVITY+ est une mise à niveau du VLTI, axée sur GRAVITY, un instrument du VLTI très performant qui a été utilisé pour obtenir des images d'exoplanètes, observer des étoiles proches et lointaines et effectuer des observations détaillées d'objets faibles en orbite autour du trou noir supermassif de la Voie lactée. GRAVITY+ comprend également des modifications infrastructurelles des télescopes et des mises à niveau des tunnels souterrains du VLTI, où les faisceaux lumineux sont rassemblés. L'installation d'un laser sur chacun des UT précédemment non équipés est une réalisation majeure de ce projet à long terme, qui transforme le VLTI en l'interféromètre optique le plus puissant au monde.

« Le VLTI avec GRAVITY a déjà permis tant de découvertes imprévues que nous sommes impatients de voir comment GRAVITY+ repoussera encore plus loin les limites », déclare Frank Eisenhauer, chercheur principal de GRAVITY+ à l'Institut Max-Planck de physique extraterrestre (MPE), en Allemagne, qui a dirigé le consortium chargé de la mise à niveau.

La série de mises à niveau est en cours depuis quelques années et comprend une technologie optique adaptative révisée — un système permettant de corriger le flou causé par l'atmosphère terrestre — avec des capteurs de pointe et des miroirs déformables. Jusqu'à présent, pour le VLTI, les corrections optiques adaptatives étaient effectuées en pointant vers des étoiles de référence brillantes qui devaient être proches de la cible, ce qui limitait le nombre d'objets que nous pouvions observer. Grâce à l'installation d'un laser sur chacun des UT, une étoile artificielle brillante est créée à 90 km au-dessus de la surface de la Terre, ce qui permet de corriger le flou atmosphérique partout dans le ciel. Cela ouvre tout le ciel austral du VLTI et améliore considérablement sa puissance d'observation.

« Cela permet d'observer des objets situés dans les confins de l'Univers, comme le quasar que nous avons observé lors de la deuxième nuit, où nous avons pu distinguer le gaz chaud émettant de l'oxygène très proche du trou noir », explique Taro Shimizu, astronome au MPE et membre du consortium chargé de l'instrument. Grâce aux lasers installés sur les télescopes utilisés par le VLTI, les astronomes pourront étudier les galaxies actives lointaines et mesurer directement la masse des trous noirs supermassifs qui les alimentent, ainsi qu'observer les jeunes étoiles et les disques de formation planétaire qui les entourent.

Les capacités améliorées du VLTI augmenteront considérablement la quantité de lumière pouvant traverser le système, rendant l'installation jusqu'à 10 fois plus sensible. « L'un des principaux objectifs de GRAVITY+ est de permettre l'observation approfondie de cibles peu lumineuses », explique Julien Woillez, astronome à l'ESO et responsable scientifique du projet GRAVITY+. Cette capacité accrue à détecter des objets plus faibles permettra d'observer des trous noirs stellaires isolés, des planètes errantes qui ne gravitent pas autour d'une étoile mère et les étoiles les plus proches du trou noir supermassif Sgr A* de la Voie lactée.

La première cible des équipes de GRAVITY+ et de l'ESO à Paranal, qui ont effectué des observations tests à l'aide des nouveaux lasers, était un amas d'étoiles massives situé au centre de la nébuleuse de la Tarentule, une région de formation stellaire dans notre galaxie voisine, le Grand Nuage de Magellan. Ces premières observations ont révélé qu'un objet brillant dans la nébuleuse, que l'on pensait être une étoile unique extrêmement massive, est en fait un système binaire composé de deux étoiles très proches l'une de l'autre. Cela démontre les capacités impressionnantes et le potentiel scientifique du VLTI amélioré.

Cette amélioration va bien au-delà d'une simple mise à jour et a été envisagée pour la première fois il y a plusieurs décennies. Le système laser a été suggéré dans le rapport final du « Very Large Telescope Project » en 1986, avant même que le VLTI n'existe : « S'il pouvait fonctionner dans la pratique, ce serait une avancée majeure », indiquait le rapport. Aujourd'hui, cette avancée est devenue réalité.
 

Cette image, l'une des premières obtenues avec le VLTI et GRAVITY+ fonctionnant avec quatre lasers, montre une étoile double dans la région centrale de la nébuleuse de la Tarentule, une région de formation stellaire dans le Grand Nuage de Magellan. On pensait à l'origine que cette étoile double était une étoile extrêmement massive, mais les nouvelles observations révèlent désormais qu'il s'agit d'une étoile double. Cela démontre les capacités impressionnantes et le potentiel scientifique du VLTI amélioré. L'image d'arrière-plan est une vue grand champ de la nébuleuse de la Tarentule prise avec le télescope danois de 1,5 mètre à l'observatoire de La Silla de l'ESO. Le premier encart montre un gros plan de l'amas stellaire central obtenu avec le Very Large Telescope de l'ESO à l'observatoire de Paranal. Nous voyons ensuite un gros plan encore plus rapproché pris avec la caméra d'acquisition GRAVITY+, et enfin l'étoile double elle-même. La petite ellipse dans ce dernier encart représente la résolution de GRAVITY+. (Crédit : ESO / GRAVITY+ Collaboration. Image de fond : ESO / IDA / Danish 1.5 m /R. Gendler, C. C. Thöne, C. Féron et J.-E. Ovaldsen / P. Crowther / C.J. Evans)
 

Retrouvez ce communiqué de presse en intégralité avec contacts, images et vidéo sur le site de l'ESO en cliquant ici (English version here).
Vous pouvez également retrouver cette actualité sur le site du LIRA en cliquant ici.
 

Membres du consortium GRAVITY+

• Allemagne : Institut Max-Planck de physique extraterrestre ; Institut Max-Planck d'astronomie ; Université de Cologne ;
• France : CNRS Terre & Univers ; CNRS ; Institut de planétologie et d'astrophysique de Grenoble ; Laboratoire d'instrumentation et de recherche en astrophysique ; Laboratoire Lagrange ; Centre de recherche astrophysique de Lyon ;
• Portugal : Center for Astrophysics and Gravitation ; Université de Lisbonne ; Université de Porto ;
• Royaume-Uni : Université de Southampton ;
• Belgique : Katholieke Universiteit Leuven ;
• Irlande : University College Dublin ;
• Mexique : Instituto de Astronomía de la Universidad Nacional Autónoma de México ; 
• European Southern Observatory.