F-CELT : un EquipEx+ pour la contribution française aux instruments de l’Extremely Large Telescope

L’ELT : le plus grand télescope au monde

Au cours des 50 dernières années, l’astronomie a connu plusieurs révolutions qui ont apporté leur lot de nouvelles questions passionnantes. Comment l’Univers s’est-il construit et comment a-t-il évolué depuis le Big Bang ? L’énergie et la matière sombres pourraient-elles s’expliquer par des propriétés à grande échelle de la gravitation ? La relativité générale est-elle toujours valide dans l’environnement proche des trous noirs ? Quelle était la nature des premières étoiles ? Et bien d’autres encore.

Un télescope extrêmement sensible et doté d’un très fort pouvoir de résolution angulaire est nécessaire pour faire des avancées décisives sur ces questions. C’est pourquoi l’Observatoire Austral Européen (ESO) est en train de construire le plus grand télescope jamais imaginé pour l’observation astronomique dans l’optique et l’infrarouge : l’Extremely Large Telescope (ELT). D’un diamètre de 39 mètres, sa surface collectrice sera la plus grande au monde, devant le Thirty Meter Telescope (30 m) et le Giant Magellan Telescope (24,5 m). L’ELT, dont la construction sera terminée en 2027, renforcera le leadership européen en astronomie optique.

Les instruments de l’ELT

Les instruments de l’ELT sont en cours de construction par des consortia instrumentaux qui impliquent plusieurs états membres de l’ESO. Il s’agit de :

• MICADO, une caméra proche infrarouge dotée de capacité spectroscopique (elle reçoit la lumière d’un objet et la décompose pour voir l’ensemble de ses longueurs d’ondes)
• MAORY, un module d’optique adaptative auquel sera couplé MICADO (et potentiellement de futurs instruments visiteurs) pour compenser la distorsion de la lumière causée par les turbulences de l'atmosphère terrestre et rendre les images plus nettes
• HARMONI, un spectrographe intégral de champ proche infrarouge
• METIS, un spectro-imageur pour l’infrarouge moyen
• MOSAIC, un spectrographe multi-objets pour observer simultanément un grand nombre d’objets ou plusieurs parties d’un même objet
• ANDES (ex-HIRES), un spectromètre à très haute résolution spectrale

L'exploitation scientifique des instruments ELT permettra d’étudier les étoiles des galaxies proches et de détecter, d'imager et de caractériser directement un nombre important d'exoplanètes. Les astronomes pourront également retracer la naissance des systèmes planétaires en visualisant simultanément les disques autour de jeunes étoiles avec une résolution angulaire sans précédent, et les jeunes objets planétaires chauds, encore potentiellement en train d'accréter de la matière du disque. L’ELT va changer notre vision des processus physiques, chimiques et dynamiques qui façonnent l'évolution du Système solaire en rendant possible l’étude des petits corps (astéroïdes, comètes etc.) qui sont les constituants les plus primitifs du Système solaire. Sont aussi attendus des progrès majeurs dans l’étude de la physique et de la chimie du milieu interstellaire – mélange de gaz et de poussières qui remplit l’espace entre les étoiles d’une galaxie. Autre grand projet pour l’ELT : élucider la nature de la matière sombre, une matière hypothétique qui constituerait 85 % de l’Univers. La liste ne s’arrête pas là : les instruments pourront détecter et suivre les contreparties électro-magnétiques des ondes gravitationnelles, faire progresser notre compréhension de la formation et de l'évolution des galaxies et du milieu intergalactique à travers les temps cosmiques, et éclaircir les propriétés physiques de la première génération de galaxies formée après le Big Bang grâce à l’observation spectrocopique de milliers de galaxies. L’ELT a donc le potentiel d'avoir un impact considérable sur notre compréhension du cosmos et de son destin.

Une importante contribution française

La France est principal investigator (PI) de MOSAIC, PI adjoint de HARMONI et co-investigator (Co-I) des autres instruments. Les équipes françaises fourniront des parties majeures ou sont chargées de lots de travaux majeurs pour tous les instruments. La contribution à ANDES est plus limitée mais la France est bien impliquée dans la préparation de l’exploitation scientifique. Participer à la construction des instruments est essentiel pour :

• maintenir l’excellence et le leadership du savoir-faire en instrumentation optique en France ;
• être parmi les premiers utilisateurs des instruments de l’ELT ;
• bénéficier de temps garanti et former la communauté des astronomes français à l’utilisation des instruments de l’ELT.

Une coordination nationale a été mise en place par le CNRS-INSU en 2013 pour définir une feuille de route claire, assurer la visibilité nationale dans l’ELT et optimiser les ressources. En 2021, le projet F-CELT, qui rassemble l’essentiel des contributions françaises à l’instrumentation de l’ELT, était l’un des 50 lauréats de l’appel à manifestations d’intérêt « Équipements structurants pour la recherche/EquipEx+ », lui assurant ainsi un financement supplémentaire de presque 8 millions d’euros pour mener à bien l’ensemble de ses missions.