Institut d'Astrophysique de Paris - Services d'observation

Services d'observation

L’IAP est un Observatoire des Sciences de l’Univers (OSU). A ce titre il participe aux services nationaux d’observation en astronomie et astrophysique, définis à l’échelle nationale par l’Institut National des Sciences de l’Univers (INSU) dans le cadre des Actions Nationales pour l'observation en Astronomie-Astrophysique, et dont bénéficie également la communauté astronomique internationale. Une base de données permet une recherche par OSU des services d'observation labellisés par l’INSU. Ces services d’observation sont déclinés en tâches de services scientifiques et constituent l’une des missions du corps des astronomes et astronomes adjoint.e.s recruté.e.s et évalué.e.s par le Conseil National des Astronomes et Physiciens (CNAP).

L’IAP est impliqué dans les services d'observation des Actions Nationales ANO-1, ANO-2, ANO-3, ANO-4, ANO-5.

ANO-1 Métrologie de l'espace et du temps

ANO-2 Instrumentation des grands observatoires au sol et spatiaux

Tâche de service EUCLID

La mission spatiale Euclid fut sélectionnée en 2012 par l'ESA dans le cadre des missions de classe M de son programme « Cosmic Vision ». L'IAP est fortement appliqué dans cette mission, puisque le Consortium en charge de la construction des instruments scientifiques et de l'exploitation scientifique des données de la mission, est sous la responsabilité scientifique de Yannick Mellier, chercheur à l'IAP.
L'IAP est notamment responsable du traitement des images de l'instrument VIS (OU-VIS), des performances de bout en bout (« End-to-End »), et de l'organisation et du fonctionnement de la communication du Consortium. L'Institut contribue aussi au traitement des données sol de la mission, aux simulations des données simulées de l'instrument VIS, aux simulations numériques de modèles d'Univers et à l'exploitation scientifique des données, en particulier pour l'analyse et l'interprétation des distorsions gravitationnelles cosmologiques.

Les activités liées à Euclid constituent donc une importante composante des tâches de service de l'IAP. Elles s'échelonneront jusqu'en 2030 environ, et porteront sur le service SO2 (« Instrumentation des télescopes et observatoires spatiaux ») et principalement SO4 (« Grands relevés et sondages profonds »).

Contact : Yannick Mellier
Tâche de service SPIRou
SPIRou est un SpectroPolarimètre InfraRouge en développement pour le Télescope Canada-France-Hawaii (CFHT). Cet instrument de nouvelle génération verra sa première lumière sur le ciel au CFHT en 2017. Ses objectifs principaux sont d'une part la recherche et la caractérisation de planètes telluriques dans la zone habitable autour d'étoiles M, et d'autre part l'étude de l'impact du champ magnétique sur la formation des étoiles et des planètes.

Ce projet est mené par un consortium international dans lequel la France tient le premier rôle ; Jean-François Donati (IRAP) en est le PI. Le CFHT a attribué à SPIRou le statut de Guest Instrument, et s'est engagé en 2013 à contribuer à son financement. La Région Île-de-France contribue elle aussi au financement de SPIRou en tant qu'équipement mi-lourd relevant de son Domaine d'intérêt majeur « Astrophysique et conditions d'apparition de la vie » (DIM/ACAV). Une vingtaine de chercheurs franciliens sont associés à ce programme DIM/ACAV, dont Guillaume Hébrard (IAP) est le responsable scientifique.

SPIRou permettra d'atteindre une haute précision en polarimétrie et vélocimétrie radiale dans le domaine spectral des bandes JHK (de 0,98 à 2,35 microns). Il s'agit d'un spectrographe échelle à haute-résolution entièrement situé dans un cryostat. L'injection se fait par fibres à sections octogonales depuis un module Cassegrain doté d'un polarimètre achromatique. Cet instrument s'appuie sur l'expérience acquise lors de la construction et l'utilisation des spectrographes SOPHIE (OHP), HARPS (ESO) et HARPS-N (TNG) d'une part, et des polarimètres ESPaDOnS (CFHT) et NARVAL (TBL) d'autre part.

Deux types de tâches de services liées à SPIRou sont proposées à l'IAP dans le cadre du service d'observation SO2 (instrumentation des grands observatoires sols et spatiaux) :
- Comme ses prédécesseurs, SPIRou sera pourvu d'un logiciel de réduction automatique des données (DRS, data reduction software). Cette DRS permet notamment d'avoir en temps réel au télescope la réduction des spectres et l'extraction de données. La tâche de service consiste à participer au développement du code en ce qui concerne les aspects spécifiques liés à la spectropolarimétrie, à la vélocimétrie et à la soustraction des raies telluriques. Il s'agira par la suite de participer aux tests de la DRS et à sa validation, via des données simulées et réelles. Ce travail se fait en collaboration avec les autres laboratoires français impliqués (IRAP, IPAG, LAM). Cette tâche peut débuter dès 2014. Elle se prolongera après la première lumière de l'instrument pour la validation sur le ciel, puis durant ses opérations par le suivi de ses performances et des améliorations logiciels.
- Une fois l'instrument SPIRou assemblé, il s'agira de participer aux tests d'acceptance et au contrôle qualité sur son lieu d'intégration à Toulouse (à partir de 2015), puis à la validation scientifique sur le ciel à Hawaii (à partir de 2016). Les différents partenaires de SPIRou participeront à ces tâches, et notamment les membres franciliens via le programme DIM/ACAV. En complément du suivi logiciel, un suivi instrumental sera nécessaire tout au long de la vie de l'instrument afin de vérifier très régulièrement ses performances, notamment en terme de précision en vélocimétrie radiale et en polarimétrie, voire de les améliorer par d'éventuels développements techniques (par exemple l'implémentation d'un étalon en vitesse radiale utilisant un peigne de fréquence laser). Ces travaux seront également utiles pour la préparation d'instruments de générations suivantes.
À noter que les tâches de service de SPIRou sont bien sûr susceptibles d'évoluer au cours du développement et de la mise en fonction de l'instrument.
Contact : Guillaume Hébrard
Tâche de service SVOM
SVOM est un projet de satellite sino-français dédié à l'étude des sursauts gamma et à leur utilisation pour la cosmologie. Le satellite disposera à bord d'un télescope à masque codé en X et gamma, ECLAIRS, d'un spectromètre gamma, GRM, d'un télescope dans le domaines des X mous, MXT, et d'un télescope dans le visible, VT. Les instruments ECLAIRs et MXT sont sous responsabilité française, les instruments GRM et VT sous responsabilité chinoise. Des instruments au sol complètent ce dispositif : des caméras optiques à grand angle pour la recherche de contreparties optiques simultanées aux sursauts gamma (GWAC, instrument chinois), et des télescopes robotiques pour le suivi de la rémanence précoce dans l'optique et le proche infrarouge (GFT).

La chaîne de détection est la suivante : détection et localisation d'un sursaut gamma par ECLAIRs, re-pointage du satellite, détection par MXT puis VT et affinage de la localisation. Les positions sont transmises en temps réel au sol pour le suivi automatique par les instruments dédiés du projet SVOM et la diffusion sur les réseaux d'alertes sursauts gamma habituels. Le projet permet une couverture spectrale de l'émission du sursaut gamma proprement dit, en gamma, X et visible (GRM, ECLAIRs et GWAC) et de sa rémanence en X, optique et proche infrarouge (MXT, VT, GFT).

Plusieurs laboratoires français sont impliqués dans SVOM, en particulier le CEA, l'IRAP, le LAM, l'APC et l'IAP. L'Institut d'Astrophysique de Paris comporte trois collaborateurs du projet SVOM, F. Daigne, R. Mochkovitch et P. Petitjean. F. Daigne est en charge du programme scientifique sur les sursauts gamma. Les contributions de l'Institut au projet portent sur les points suivants :
- préparation scientifique : simulations de la population de sursauts gamma qui sera détectée par SVOM ; optimisation des caractéristiques des algorithmes de détection, de la stratégie de suivi, etc.
- contribution au segment sol de la partie française ; définition des produits scientifiques du programme principal « sursauts gamma » ; développement d'une partie de la partie de la chaîne de traitement des données, celle concernant les produits scientifiques de haut niveau, qui combinent des mesures obtenues par plusieurs instruments de SVOM lors de l'observation d'un sursaut gamma.
Après une longue période d'incertitude programmatique, un accord stratégique entre les agences spatiales chinoise (CNSA) et française (CNES) a confirmé, en avril 2014, la poursuite du projet avec signature d'un mémorandum d'entente au printemps. La date de lancement est prévue pour 2020, au plus tard. Les contributions de l'IAP évoquées ci-dessus sont susceptibles d'évoluer lorsque ce cadre sera précisé.

ANO-3 Stations d'observation

ANO-4 Grands relevés, sondages profonds et suivi à long terme

Tâche de service EUCLID

La mission spatiale Euclid fut sélectionnée en 2012 par l'ESA dans le cadre des missions de classe M de son programme « Cosmic Vision ». L'IAP est fortement appliqué dans cette mission, puisque le Consortium en charge de la construction des instruments scientifiques et de l'exploitation scientifique des données de la mission, est sous la responsabilité scientifique de Yannick Mellier, chercheur à l'IAP.
L'IAP est notamment responsable du traitement des images de l'instrument VIS (OU-VIS), des performances de bout en bout (« End-to-End »), et de l'organisation et du fonctionnement de la communication du Consortium. L'Institut contribue aussi au traitement des données sol de la mission, aux simulations des données simulées de l'instrument VIS, aux simulations numériques de modèles d'Univers et à l'exploitation scientifique des données, en particulier pour l'analyse et l'interprétation des distorsions gravitationnelles cosmologiques.

Les activités liées à Euclid constituent donc une importante composante des tâches de service de l'IAP. Elles s'échelonneront jusqu'en 2030 environ, et porteront sur le service SO2 (« Instrumentation des télescopes et observatoires spatiaux ») et principalement SO4 (« Grands relevés et sondages profonds »).

Contact : Yannick Mellier
Tâche de service JWST
Le James Webb Space Telescope (JWST) est développé par la NASA, l'Agence Spatiale Européenne (ESA) et l'Agence Spatiale Canadienne (CSA). Son lancement est prévu fin 2018, et la mission durera au minimum cinq ans, avec un objectif de dix ans. Le JWST est doté d'un miroir primaire de 6.5 mètres de diamètre, et de quatre instruments : NIRCam, une caméra en proche infrarouge (0.6 à 5 microns) ; NIRSpec, un spectrographe polyvalent et à large champ de vue dans l’infrarouge proche (0.6 à 5 microns) ; MIRI, une caméra et un spectrographe dans l’infrarouge moyen (5 à 28 microns) ; et NIRISS, une caméra et un spectrographe dans l’infrarouge proche (0.6 à 5 microns).
Le temps d'observation sera partagé entre temps garanti et temps ouvert, ce dernier faisant l'objet d'appels à propositions annuels et comprenant des programmes-clés. Les instruments ont été conçus notamment pour répondre à des questions majeures dans les domaines de la cosmologie et de l'évolution des galaxies, par exemple en permettant la détection de la première génération d'étoiles dans les galaxies primordiales. La communauté française, qui participe déjà aux programmes de temps garanti via l'ESA (dont la part est de 15%), participera également aux relevés profonds en temps ouvert, pour lesquels il est important qu’elle se fédère.
Le service d’observation proposé ⁽¹⁾ par les trois OSU partenaires, l’Observatoire de Lyon (responsable du service), l’IAP et l’Institut Pythéas, a pour objet tous les volets techniques de la préparation, la mise en œuvre, l'exploitation et le suivi des relevés profonds. Il s'agira de définir l'architecture de l'ensemble des champs profonds, de réaliser des simulations pour optimiser la stratégie d'observation et caractériser les biais d'analyse, d'organiser le suivi avec d'autres instruments, de générer des catalogues de paramètres physiques avec leurs incertitudes, et de mettre rapidement à disposition de la communauté l'ensemble des données, outils et catalogues.
Les trois instituts ont fourni une contribution importante au développement des instruments et des outils logiciels. L'IAP, en particulier, a élaboré depuis plusieurs décennies des outils sophistiqués d'analyse spectrale dédiés à l'extraction de paramètres physiques d'observations multi-longueurs d'onde de galaxies. Le dernier en date, BEAGLE (BayEsian Analysis of GaLaxy sEds) a été optimisé pour le JWST, et a été adopté comme principal outil de modélisation pour la préparation des programmes de temps garanti par les équipes scientifiques des instruments NIRSpec (ESA) et NIRCam (NASA). Cet outil sera utilisé massivement dans le cadre de cette tâche de service, tant pour l'exploitation des simulations que pour l'analyse des données.
⁽¹⁾ SNO - JWST Extragalactic Deep Legacy Surveys

Contact : Stéphane Charlot
- Page web du service d'observation SNO-4 JWST (en anglais)
Tâche de service SPIRou Legacy Survey

Le relevé SPIRou baptisé « SPIRou Legacy Survey » (SLS) se concentre sur deux thèmes scientifiques principaux, (i) la détection et la caractérisation des systèmes planétaires des naines M du voisinage solaire, et (ii) l’étude de l’impact du champ magnétique sur la formation stellaire et planétaire. Un total de 300 nuits CFHT a d’ores et déjà été alloué au SLS qui rassemble un large consortium scientifique international ouvert à tout membre de la communauté française et canadienne qui souhaite s’y impliquer.
Le service inclut les opérations qui accompagnent habituellement un relevé de cette ampleur, notamment (i) son suivi tout au long des observations, (ii) son évolution en fonction des besoins, (iii) la réduction, l’analyse et le contrôle qualité des données, notamment à chaque nouvelle version de la chaîne de traitement des données, et (iv) l’archivage et la mise à la disposition des données et métadonnées du SLS (via la base PolarBase) vers la communauté scientifique dans son ensemble à la fin du relevé.

Contact : Guillaume Hébrard

ANO-5 Centres de traitement, d'archivage et de diffusion des données

Tâche de service GAZPAR
Le service d'observation GAZPAR propose des outils pour la mesure des redshifts photométriques et spectroscopiques ainsi que des paramètres physiques à partir de méthodes d'ajustement de distributions spectrales d'énergie (SED) de référence sur des données multi-couleur et des spectres. Ce service repose pour le moment sur trois logiciels publics développés au LAM et à l'IAP: BEAGLE, CIGALE et Le Phare (en 2018, de nouveaux codes dont Hyperz seront intégrés). Des techniques d'ajustement de SED (Spectral Energy Distribution) exploitant les données disponibles de l’ultraviolet l'infrarouge lointain (FUV -FIR) et en modélisant la SED des différents composants d'une galaxie (étoiles, gaz, AGN, poussières) sont utilisées. Chacun de ces codes possède ses spécificités et l’utilisation de ces codes est complexe. Une mission de ce SNO est d'une part d'offrir un soutien aux utilisateurs de ces codes. De plus, une interface web permettant aux utilisateurs de déposer des catalogues photométriques, analysés ensuite par les experts du SNO, est proposée. Pour chaque objet d'un catalogue, on obtient alors le redshift photométrique, une classification par type étoile/galaxie/QSO ainsi que les principales caractéristiques physiques des galaxies (masse stellaire, taux de formation d'étoiles, atténuation, luminosité infrarouge etc.). Les experts scientifiques du SNO fournissent à l'utilisateur les fichiers de configuration utilisés et de nombreux tests de qualité. En 2019, des outils permettant la mesure des redshifts spectroscopiques (AMAZED) seront intégrés au service.

Contact : Stéphane Charlot
- Page web du service d'observation SNO-5 GAZPAR

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