La nébuleuse planétaire NGC6963 observée avec le système Canopus du télescope Gemini. ©Gemini Observatory.

Le télescope américain Gemini Sud livre ses premières images en couleurs réalisées avec un système optique unique, capable de compenser les turbulences atmosphériques sur un champ large.

Une première mondiale
Le télescope Gemini (large de 8,1 m) est le premier au monde à mettre en œuvre de façon routinière une optique adaptative dite multiconjuguée. Ce système basé sur l'analyse de 5 étoiles artificielles et de 3 miroirs, déformables 500 à 1000 fois par seconde, permet d'obtenir des images très fines sur un champ 10 à 15 fois plus large que les optiques adaptatives d'ancienne génération.

Deux nouvelles images en couleur
Ces images ne sont pas les premières réalisées avec cet instrument baptisé Canopus, mais ce sont les premières vues en couleurs montrées au grand public. Il s'agit de fausses couleurs, car l'instrument observe dans l'infrarouge. Le spectre visible va de 400 à 750 nm de longueur d'onde. Ici les objets sont vus à 806 et 900 nm, donc juste au-delà de la lumière rouge perceptible à l'œil nu.

Presque aussi bien que Hubble
La résolution obtenue est de 0,08 seconde d'arc, soit la taille d'une pièce de 1€ vue à 50 km ! C'est proche des performances du télescope spatial Hubble capable de voir des détails de 0,05 seconde d'arc.
Pour resituer ces performances, la vue ci-dessous compare le centre de la galaxie du Centaure, vue avec plusieurs instruments. Crédit : ESO / Gemini observatory / NASA, ESA, and the Hubble Heritage (STScI/AURA) / Ciel et Espace Photos.

À gauche avec l'un des télescopes de 8,2 m du Very Large Telescope sans optique adaptative. La vue au centre, prise avec le télescope Gemini Sud et sa nouvelle optique adaptative, est nettement plus fine. À droite : une vue prise par le télescope spatial Hubble, sensiblement plus détaillée, mais à peine. La plus grosse différence avec le Gemini se voit au niveau des étoiles les plus brillantes qui diffusent moins car elles n'ont pas à traverser l'atmosphère plus un système optique complexe.

Un film pour tout comprendre
Pour expliquer le principe de fonctionnement de Canopus, l'observatoire Gemini vient de mettre en ligne une vidéo commentée par l'astronome français Benoît Neichel, chargé du développement de ce nouvel instrument.

En résumé si vous ne parlez pas anglais :
Benoît Neichel explique que lorsque l'on regarde une étoile à travers l'atmosphère, l'image est déformée comme lorsque l'on regarde le Soleil depuis le fond d'une piscine. Ces effets de turbulence sont les mêmes que ceux que l'on voit au-dessus d'une route ou d'une piste chauffée au Soleil. Ils ont liés à des échanges entre de l'air chaud et de l'air froid.

L'effet est encore plus important quand on regarde le ciel avec un télescope géant comme Gemini. Pour limiter ce problème, les astronomes ont plusieurs solutions.

1. Se placer au sommet de montagnes où le ciel est plus stable qu'en plaine. Ce sont les conditions que l'on rencontre au Chili, mais c'est loin d'être suffisant avec des télescopes de plus de 1 mètre.

2. La solution suivante consiste à analyser la lumière d'une étoile brillante et à compenser les turbulences avec un petit miroir déformable devant le capteur. Ce miroir est capable d'effectuer des centaines de corrections par seconde. Seulement, les étoiles assez brillantes pour analyser les corrections à appliquer ne permettent même pas de couvrir 1% du ciel.

3. Pour aller plus loin, les astronomes ont donc créé des étoiles artificielles avec des lasers au sodium. Ceux-ci se reflètent sur une couche d'atmosphère à 90 km d'altitude. Ainsi, le télescope peut observer 30% du ciel. Seulement cette technique permet d'avoir des bonnes images sur un angle très étroit autour de l'étoile guide.

4. Pour aller plus loin, il faut plus d'étoiles artificielles et faire des corrections avec plus de miroirs déformables. C'est ce que fait le nouvel instrument Canopus, avec 5 étoiles artificielles, 5 analyseurs et 3 miroirs déformables. Le laser est projeté sur le ciel à travers un télescope de 45 cm de diamètre, situé juste derrière le miroir secondaire du télescope de 8,1 mètres.