() 12/6/02 - SuperNova Acceleration Probe SATellite
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SuperNova Acceleration Probe Appel à idées CNES 2002 : II - Réponses au groupe ad-hoc Reynald Pain Paris, le 12 Juin 2002 Objectif Scientifique Principal Mesurer/Caractériser l’Energie Noire W DE , w dw/dz - Diagramme de Hubble des SNe Ia - Cisaillement Gravitationel Instruments Téléscope TMA : diamètre 2m Imageur grand champ : 2/3 deg2 Vis+NIR (300nm-1700nm) Spectrographe Intégral de champ : 3’x3’ Vis+NIR (300nm-1700nm) Résumé des questions : 1 - Quels sont les apports uniques du projet ? 2 - SNAP : un télescope “Schmidt” spatial multi-usage ? 3 - Nécessité d’un spectrographe intégral de champ embarqué ? 4 - Quels scénarios pour la participation française ? Apports uniques du projet : Controle des incertitudes systématiques . Courbe de lumière & luminosité au maximum Images Redshift & Propriétés de la SN Spectres WM et WL Energie Noire Quantification des systématiques Modelisation de l’explosion (T, v, M) Models Effet de Métallicité Données Series spectrales Précisions (statistique et Systématique) Précisions attendues (un an de données) : WM En supposant stat. w = -1 w = -1, plat sys. 0.02 0.02 WL stat. 0.05 sys. <0.01 w 0.01 0.02 stat. w = const., plat 0.02 0.02 sys. 0.05 <0.01 WM, Wk connus w = const. 0.02 <0.01 WM, Wk connus w(z)= w + w' z 0.02 <0.01 w' stat. sys. 0.12 0.15 Comparaison avec le CFHTLS Programme SN du CFHTLS - 2003-2008 - 4 degrés carrés - (u’) g’ r’ i’ z’ toutes les 3 nuits (noires) - 5 mois/champ x 5 ans - 1000 SNe Ia + SNII, etc… - Diagramme de Hubble : 600 SNe Ia 0.3<z<0.9 + 200 SNe proches => (+ programme spectro) + Lentilles Gravitationelles Articulation avec NGST- Mission GEST NGST : Imagerie: - Champ : 4’x4’ = SNAP/225 (pas de “Multiplexage”) - Peu adapté aux sondages (temps de stabilisation du pointé) Spectroscopie: - Pas adapté pour spectro de SNe z<1.0 (l> 600 nm) - 20-50% du temps total disponible nécessaire! - Unique pour spectro SN Ia z>2 et SN II z>1.5 GEST : - Télescope 1.5m - Imageur 2.1 degrés carrés (62 CCD 2kx4k) 1 bande spectrale (600-1000nm). Observation du bulbe galactique 8mois/an Modifications nécessaires: - Augmenter la taille du miroir (précision photométrique), étendre dans le NIR (->1700 nm) + roue à filtre, ajouter un spectrographe (350->1700nm), définir un programme SN (suivi >5 mois à z=1, incompatible avec le programme actuel Un télescope “Schmidt” multi-usage L’ instrumentation et la stratégie sont optimisés pour le programme principal. Conditions d’observation : Champ 0.68 degré carré ( 50% IR) Balayage du ciel Multibandes (9 filtres / 3 NIR) Dans l’espace Stratégie d’observation : Au voisinage des poles Plan d’observation pré-programmé, répétitif - 7.5 degrés carrés pour les SNe (Champ N et S) - 500 degrés carrés pour lentilles gravitationelles Pas de réduction des données à bord Programmes PI après les programmes SNe + lentilles (16+12+16 mois) Un outil pour la Cosmologie et l’Astrophysique Cosmologie : formation et évolution des structures dans l’Univers : Sondage profond (m=30), résolution angulaire 0.15” => 1Kpc quelque soit z 400000 galaxies/degré carré. 50 Millions de galaxies jusqu’à z=3.5 Redshifts photométriques dz=0.05 Astrophysique : - Mouvements propres - Etude du halo Galactique - Objets variables : Quasars, GRB, naines brunes Politique d’accès aux données - Pas de répartition a priori des thèmes scientifiques (par ex selon instruments) - Données immédiatement accessibles à tous les membres de la collaboration => mise en place d’un service d’accès aux données - Données calibrées publiques après une année => préparation des analyses - Ouvert à demandes PI après la mission primaire Nécessité du Spectrographe Intégral de Champ embarqué Pourquoi un spectrographe? - Identification des SNe - Mesures spectrophotométriques avec une précision moyenne de 2% - Mesurer les caractéristiques des raies du Silicium (615 nm rest-frame, largeur 20 nm) et du Souffre (535 nm rest-frame) - Mesure des spectres vs phase pour un sous échantillon z<0.7 - Effectuer les mesures des spectres des standards de calibration Pourquoi embarqué? - Accès à l’infra-rouge, faible bruit de fond, visibilité des champs - Spectro 3D : facilité de positionement, calibration, soustraction du bruit de fond Notez: - ~50% du temps total pour la spectro, temps d’expo individuels: 1000s - Temps d’intégration : ~8h pour z=1.7 varie (1+7)6 Spectroscopie au Sol Indispensable pour la mesure des redshift des galaxies les plus lointaines (faibles) Simulation détaillée effectuée pour les SNe : - Télescope type Keck + NIR + suppression OH et/ou AO - 3300 heures/an – efficacité ~40% (jour/nuit) Résultats : - Un télescope de 10m nécessaire par 10 degrés carrés pour z<1 - 1<z<1.3 : SiII dans l’NIR (accessible avec AO) mais indicateurs de métallicité entre 850-1050 nm => temps d’expo prohibitifs - Pas de mesure de SiII à z=1.3 (absorption atmosphérique) - z>1.4 : temps de pose prohibitifs même avec AO (supérieurs à 9 heures) + Observabilité des champs + météo + coût comparé Scénarios pour la participation française Quatre domaines identifiés : - Etude, fabrication du spectrographe complet - Contribution aux logiciels de simulation, de dépouillement. Traitement et mise à disposition des données auprès de la communauté scientifique française - R&D détecteurs (caractérisation) et électronique associée, en particulier pour l’IR - Suivi de fabrication des miroirs du télescope si fabriqués en France Etude et Réalisation du Spectrographe Pré-étude en cours : - R~100 – 350-1700nm sur 2 voies - Transmission optique ~ 72-85% - Efficacité globale attendue ~30% Risques identifiés : - Slicer => étude de faisabilité => R&T CNES soumise - Détecteurs et électronique => R&T CNES + R&D IN2P3 Estimation du coût (instrument complet) : 6 ME + 10.5 ME (Manpower) Spectrographe : Organisation en phase R&D Int. Scientist: Anne Ealet Project Manager: Eric Prieto System Engineer: ??? Documentation: ??? Optical Design: E. Prieto Expert Board: ??? Mechanical Design: P.E. Blanc Thermal Design: P.E. Blanc Focal plan : G. Smadja Electronic Interfaces: P. Levacher Software: A. Bonissent Calibration: TBD Traitement et accès aux données Software lié au spectrographe : simulation, reconstruction (spectro 3D), calibration (coût : 5.4 ME inclus dans estimation spectro) Logiciels de traitement d’images : - SNe (soustraction, courbes de lumière) - Lentilles gravitationelles Traitement et accès aux données : Volume total ~ 1000 Teraoctets => centre de traitement, archivage, distribution Coût total : 1 ME + 2.8 ME (Manpower) (Manpower : 12 (A+B)+36(C+D) = 48 FTE) R&D détecteurs électronique associée Contribution au système optique principal Détecteurs et électronique : Identifié risque majeur (NASA) - Quelques ~109 pixels CCD + pixels HgCdTe ! - Bruit électronique : facteur limitant dans l’espace (spectro) - Spatialisation Action R&D en cours à l’In2p3 : Caratérisation des détecteurs CCD (LBL), évaluation architecture générale SNAP, R&D proto ASICS Extension vers détecteurs IR, application spectrographe, développement chaine de lecture complète Coût estimé: 0.3 ME + 3.6 ME (manpower) Système optique principal : - Miroir 2m : 3 technologies identifiées : ULE (USA), Zerodur allégé (France), CSi (France) Fourniture?/Suivi si solution française: Coût estimé: 17 ME + 2 ME (manpower) Tableau récapitulatif Financier Humain (ME) (FTE) 1 FTE*an Total =0.15 ME -------------------------------------------------------------------------------------Spectrographe 6.0 70 10.5 16.5 Traitement et Serveur 1.0 12 1.8 2.8 R&D Détect. et elec. 0.3 24 3.6 3.9 17.0 12 1.8 18.8 Sytème optique Total (hors fourniture et suivi des miroirs) : 23.2 ME (dont 15.9 ME manpower)
