Spectropolarimètre UV spatial

par Maëlle Le Gal

Projet de thèse en Astronomie et Astrophysique

Sous la direction de Coralie Neiner et de Martin Pertenaïs.

Thèses en préparation à l'Université Paris sciences et lettres , dans le cadre de École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine ; 1992-....) , en partenariat avec Laboratoire d'Etudes Spatiales et d'Instrumentation en Astrophysique (Paris) (laboratoire) et de Observatoire de Paris (établissement opérateur d'inscription) depuis le 30-09-2017 .


  • Résumé

    Plusieurs projets de missions spatiales prévoient l'utilisation d'un spectropolarimètre fonctionnant dans le domaine UV et visible avec des lancements envisagés dans la décennie 2030-2040. En particulier, Arago est un projet de mission spatiale étudiée au CNES pour une future mission ESA, mené par la France, équipée d'un miroir de 1.3-m de diamètre et d'un spectropolarimètre haute-résolution couvrant le domaine de longueur d'onde de ~119 à 888 nm (Neiner et al. 2014). Parallèlement, un spectropolarimètre haute-résolution est proposé par un consortium européen, également mené par la France, pour la future mission Flagship UV-visible de la NASA appelée LUVOIR. Le but principal de ces instruments est d'étudier les étoiles, les exoplanètes, et leurs environnements, en particulier leurs champs magnétiques et magnétosphères. Cependant, les spectropolarimètres haute-résolution actuels n'existent que sur des instruments sol et dans le domaine visible. Les français (et en particulier le LESIA et l'IRAP) sont les spécialistes de ce type de spectropolarimètres (par exemple ESPaDOnS au CFHT ou Narval au TBL), mais aucun instrument de ce type n'a encore été embarqué sur une mission spatiale. Grâce à une R&T et une thèse financées par le CNES en 2013-2016, nous avons développé ces trois dernières années deux designs de spectropolarimètres spatiaux, petits et robustes, fonctionnant soit avec des lames biréfringentes tournantes, soit avec des wedges biréfringents (voir Pertenaïs, Neiner et al. 2014a,b, 2015a,b). Des prototypes de ces deux designs ont été construits et testés dans le domaine visible en laboratoire, avec succès. Cependant, il faut à présent adapter et tester ces designs pour le domaine UV et dans les conditions spatiales (sous vide). C'est le but de la thèse proposée ici. En particulier, un compromis devra être trouvé entre la précision de la mesure spectropolarimétrique (c'est-à-dire la minimisation de la polarisation instrumentale, de la rotation de la polarisation, du cross-talk, etc) et la quantité de flux transmis dans l'UV (c'est-à-dire la minimisation du nombre de surfaces traversées). Pour cela, il faudra développer un modèle instrument, établir des stratégies d'optimisation du design et de calibration de l'instrument, et tester les solutions envisagés sur un prototype dans le domaine UV sur un spectrographe UV disponible à l'Observatoire de Meudon ou dans la cuve SimEnOm du LESIA simulant les conditions spatiales.

  • Titre traduit

    Space UV spectropolarimeter


  • Résumé

    Many space mission projects are planning to use spectropolarimeters working in the UV and visible domains with launches planned in the decade 2030-2040. In particular, Arago is a space mission project studied at CNES as a future ESA mission, led by France, equipped with a 1.3-m mirror and a high-resolution spectropolarimeter covering the wavelength domain from ~119 to 888 nm (Neiner et al. 2014). In parallel, a high-resolution spectropolarimeter is proposed by a European consortium, also led by France, for the future UV-Visible Flagship mission by NASA called LUVOIR. The goal of these instruments is to study stars, exoplanets and their environments, in particular their magnetic fields and magnetospheres. However, current high-resolution spectropolarimeters only exist on ground-based instruments and only for the Visible domain. French scientists (in particular at LESIA and IRAP) are specialists of this kind of spectropolarimeters (e.g. ESPaDOnS at CFHT or Narval at TBL), but no such instrument has ever been installed on a space mission. Thanks to R&D work and a PhD thesis funded by CNES in 2013-2016, we developed over the last three years two designs of small and robust space spectropolarimeters, working either with rotating birefringent plates or with fixed birefringent wedges (see Pertenais, Neiner et al. 2014a,b, 2015a,b). Prototypes of these two designs have been built and successfully tested in the visible domain in our laboratory. Now time has come to adapt and test these designs for the UV domain in space conditions (in vacuum). This is the goal of the PhD thesis proposed here. In particular, a compromise must be found between the precision of the spectropolarimetric measurement (i.e. the minimisation of the instrumental polarisation, polarisation rotation, cross-talk, etc) and the quantity of UV transmitted flux (i.e. the minimisation of the number of surfaces the light must go through). To this aim, it will be necessary to develop an instrument model, establish strategies for the optimisation of the design and the calibration of the instrument, and test the possible solutions on a prototype in the UV domain on a large UV spectrograph available at the Meudon observatory or in the SimEnOm device at LESIA which simulates space conditions.