Etoiles laser pour les grands telescopes: effet de cone et implications astrophysiques
Résumé
The performance of an Adaptive Optics (AO) system equipped with a Laser Guide Star (LGS) on 3.6~m and 8~m telescopes are evaluated. The use of an LGS allows to significantly increase the sky coverage (fraction of the sky which can be observed). Indeed, 99~\% of the sky is accessible with a LGS (whereas 10~\% only is accessible with a Natural Guide Star (NGS), at 2.2~$\mu$m, average galactic latitude and longitude with a Strehl ratio of 0.2). The number of quasars which can be observed with a Strehl ratio greater than 0.2 increases from 357 to 6803. The performances of an LGS-AO decrease dramatically towards shorter wavelengths ($<1 \mu$m), due to the cone effect (i.e. focus isoplanatism). A 3 dimensional study of atmospheric turbulence allows to solve this problem. Four LGSs provide a good correction quality in the visible (Strehl of 80~\% for an 8~m telescope). The corrected Field of View can be significantly increased(100'', Strehl of 30~\%). Some low order modes (forms of tilt, defocus, astigmatism) must be measured from a NGS. Due to the finite number of deformable mirrors being used, anisoplanatism appears in the corrected field. The performances of an AO system for correction in the visible on a 100~m diameter telescope are estimated, using 4 laser (and natural) guide stars. The are no physical limitations preventing a high sky coverage, with a milli-arcsecond resolution in the visible. The last chapter is devoted to the study of a few Mira-type stars, with a AO system and an integral field spectrograph, with the aim of detecting shock waves in their atmosphere.
Les performances d'une optique adaptative (OA) avec étoile laser, sur des télescopes de 3.6~m et 8~m de diamètre sont évaluées. L'utilisation d'une étoile laser permet d'améliorer significativement la couverture du ciel (pourcentage du ciel observable): 99~\% du ciel est accessible avec une étoile laser (contre 10~\% avec une étoile naturelle (à 2.2~$\mu$m, latitude et longitude galactique moyenne et un rapport de Strehl de 0.2)). Le nombre de quasars observables avec un rapport de Strehl de plus de 0.2 passe de 357 à 6803. Les performances de l'OA avec étoile laser chutent vers les courtes longueurs d'onde ($<1 \mu$m), à cause de l'effet de cône. Cependant l'étude tridimensionnelle de la turbulence atmosphérique permet de résoudre ce problème. Quatre étoiles laser permettent d'obtenir une bonne correction dans le visible sur un télescope de 8~m (Strehl de 80~\%). Le champ de vue corrigé peut être significativement élargi (100'') avec un Strehl de 30~\%. Des modes élevés de la surface d'onde (tilt, forme particulière de défocalisation et d'astigmatisme) doivent être mesurés à partir d'une étoile naturelle. L'anisoplanétisme appara\^(\i)t dans le champ corrigé, à cause du nombre fini de miroirs déformables utilisés. Les performances d'une OA fonctionnant dans le visible, avec plusieurs étoiles laser (et naturelles) sont estimées sur un télescope de 100~m de diamètre. Il n'y a pas de limitation physique qui empêche d'atteindre, avec une bonne couverture du ciel, une résolution d'une milli-seconde d'arc dans le visible. Le dernier chapitre est consacré à l'étude d'étoiles Mira, avec une OA et un spectrographe intégral de champ, pour localiser par imagerie des ondes de choc dans leur atmosphère.