Communiqué de presse

L’instrument MATISSE récemment installé sur l’Interféromètre du Very Large Telescope de l’ESO collecte sa première lumière stellaire

Cet instrument devient l’interféromètre le plus puissant au monde du domaine de l’infrarouge moyen

5 mars 2018

Le nouvel instrument MATISSE installé sur l’Interféromètre du Very Large Telescope (VLTI) de l’ESO vient de collecter avec succès sa première lumière stellaire depuis l’Observatoire de Paranal au nord du Chili. MATISSE est aujourd’hui l’instrument interférométrique le plus puissant au monde dans le domaine de l’infrarouge moyen. Pour sonder l’environnement des jeunes étoiles où se forment les systèmes planétaires ainsi que l’environnement des trous noirs supermassifs situés au centre des galaxies, il combinera des techniques d’imagerie à haute résolution angulaire et de spectroscopie. Les premières observations de MATISSE ont été effectuées au moyen des Télescopes Auxiliaires du VLTI. Elles visaient quelques-unes des étoiles les plus brillantes du ciel nocturne – telles Sirius, Rigel et Bételgeuse, et ont démontré le parfait fonctionnement de l’instrument.

MATISSE (pour Multi AperTure Interferometry and SpectroScopic Experiment) observe les longueurs d’onde infrarouges de 3 à 13 micromètres (µm) de longueur d’onde, situées entre les domaines visible et micro-onde du spectre électromagnétique [1]. MATISSE figure parmi les instruments de spectro-interférométrie de seconde génération installés sur le Very Large Telescope de l’ESO, capables de fonctionner avec plusieurs télescopes et d’utiliser la nature ondulatoire de la lumière. Il est ainsi en mesure de produire des images plus détaillées des objets célestes qu’un seul et unique télescope opérant dans ce même domaine de longueurs d’onde.

De nombreux ingénieurs et astronomes en France, Allemagne, Autriche, Pays-Bas et à l’ESO ont consacré 12 années à son développement. S’ensuivit une longue période d’installation et de test de cet instrument pour le moins complexe.

Les premières observations viennent de confirmer le bon fonctionnement de MATISSE [2]. Elles se sont focalisées sur la supergéante rouge Bételgeuse, censée exploser en supernova dans quelques centaines de milliers d’années. Bien que très observée par les techniques d’interférométrie - Betelgeuse a été la première étoile observée et résolue par Michelson en 1920 - elle recèle encore quelques mystères [3]. Les nouvelles observations font apparaître les différentes dimensions de l’étoile à diverses longueurs d’onde. Sur la base de ce type de données, les astronomes étudieront plus en détail l’environnement de cette étoile ainsi que la manière dont elle répand une partie de la matière la constituant dans l’espace.

Le responsable scientifique de MATISSE, Bruno Lopez (Laboratoire J.-L. Lagrange – CNRS-INSU - Observatoire de la Côte d’Azur - Université de Nice Sophia-Antipolis, France), explique le potentiel unique de l’instrument : « La limitation des télescopes individuels en terme de résolution d’image découle de la taille de leurs miroirs. Augmenter cette résolution présuppose donc de combiner – ou de faire interférer – les faisceaux de lumière issus des quatre télescopes du VLT.  MATISSE se trouve désormais en mesure de délivrer des images avec une résolution nettement supérieure à celles issues de tout autre télescope opérant dans la gamme de longueurs d’onde comprises entre 3 et 13 μm. Les observations de MATISSE et celles, à venir, du James Webb Space Telescope, seront en particulier tout à fait complémentaires. »

MATISSE contribuera à plusieurs domaines de recherche fondamentale en astronomie. Ses observations se focaliseront notamment : sur les régions internes des disques qui entourent les jeunes étoiles identifiées comme étant les zones de formation planétaire ; sur l’étude des étoiles à différentes étapes de leur existence; ainsi que sur l’environnement des trous noirs situés au centre des galaxies.

Thomas Henning, directeur de l’Institut Max Planck pour l’Astronomie (MPIA) à Heidelberg en Allemagne, et co-responsable scientifique de l’instrument MATISSE, ajoute : « En examinant les régions internes des disques protoplanétaires avec MATISSE, nous espérons comprendre l’origine des différents minéraux qui les composent – des minéraux qui, par la suite, composeront les planètes de type Terre. »

Walter Jaffe, le responsable scientifique du projet et co-responsable de MATISSE à l’Université de Leiden aux Pays-Bas, et Gerd Weigelt, co-responsable à l’Institut Max Planck pour la RadioAstronomie (MPIfR) de Bonn, Allemagne, ajoutent : « MATISSE nous offrira de spectaculaires images des régions de formation planétaire, d’étoiles multiples et, lorsqu’il fonctionnera de concert avec les télescopes de 8m20 du VLT, des disques de poussière qui alimentent les trous noirs supermassifs. Nous espérons également pouvoir observer les détails d’objets exotiques de notre Système Solaire, tels les volcans sur Io, ainsi que les atmosphères d’exoplanètes géantes. »

MATISSE est capable de combiner les faisceaux de lumière issus des quatre Télescopes de 8,2 mètres de diamètre du VLT appelés Télescopes Unitaires (UTs pour Unit Telescopes) ou ceux des quatre Télescopes Auxiliaires (ATs pour Auxiliary Telescope) qui composent le VLTI. Ainsi, lorsque MATISSE et le VLTI travaillent de concert, leur potentiel d’imagerie atteint celle d’un télescope avoisinant les 200 mètres de diamètre. L’ensemble est capable de produire aux longueurs d’onde de l’infrarouge moyen les images les plus détaillées à ce jour.

Les premiers tests ont été effectués au moyen des Télescopes Auxiliaires. D’autres observations seront menées avec les quatre UTs de 8m20 du VLT dans les mois à venir.

Ainsi, la première lumière de MATISSE constitue une étape importante pour les interféromètres optiques et infrarouges actuels. Elle permettra aux astronomes d’acquérir des images astronomiques dotées d’une meilleure résolution et sur un domaine spectral plus étendu qu’actuellement. En outre, MATISSE et les instruments prévus pour l’Extremely Large Telescope (ELT) de l’ESO – notamment METIS (Imageur et spectrographe de l’ELT dans l’infrarouge moyen) – se complètent. MATISSE observera des objets plus brillants que METIS et que le JWST, mais avec une résolution spatiale supérieure.

Andreas Glindemann, chef de projet MATISSE à l’ESO  conclut : « La réalisation de MATISSE constitue l’aboutissement de nombreuses années de travail pour grand nombre de personnes. Il est merveilleux de voir l’instrument fonctionner si parfaitement. Nous attendons avec impatience les premiers résultats scientifiques ! »

Notes

[1] MATISSE a été conçu, financé et construit en étroite collaboration avec l’ESO par un consortium de laboratoires et d’instituts : français (Laboratoire J.-L. Lagrange – CNRS-INSU et Observatoire de la Côte d’Azur - Université de  Nice Sophia-Antipolis, membres de l’Université Côte d’Azur); allemands (MPIA, MPIfR et Université de Kiel), hollandais (NOVA et Université de Leiden) et autrichiens (Université de Vienne). L’Observatoire Konkoly et l’Université de Cologne ont également apporté leur soutien à la fabrication de l’instrument. Des personnels du Laboratoire IPAG de l’OSUG de Grenoble et du CEA à Saclay contribuent à la conduite des programmes scientifiques dits de « temps garanti ».

[2] MATISSE est le dernier d’une série d’instruments de seconde génération pour le VLT/VLTI à être livré à Paranal. 17 ans presque jour pour jour après les premières franges d’interférence obtenues au VLTI au moyen de VINCI et de deux sidérostats, la première génération d’instruments se trouve remplacée par PIONIER, GRAVITY et MATISSE, qui tous combinent quatre télescopes (UTs ou ATs) et couvrent une vaste gamme de longueurs d’onde infrarouges (de 1.6 à 13 µm). MATISSE est le premier interféromètre opérant dans l’infrarouge moyen capable de reconstruire des images.

[3] Bételgeuse fut la première étoile observée par interférométrie par Michelson et Pease en 1920. Elle fut également utilisée comme source test par les premiers interféromètres opérant dans l’infrarouge moyen : SOIRDETE au plateau de Calern à Caussol, ISI au Mont Wilson et plus récemment MIDI sur le VLTI.

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