[tel-00726959, v1] Caractériser le milieu interstellaire ... - HAL - INRIA

Contribution de l'Action Spécique ALMAà l'exercice de prospective 2009J. Pety pour le conseil scientique de l'ASA10 Juin 2009Les cinq prochaines années vont voir la mise en service scientique d'ALMA. Dans le calendrier actuel,la phase de "commissioning and science verication" commencera sur le site n 2009, les premières observationsscientiques ("early science") auront lieu mi-2011 et la n de la construction d'ALMA est prévuepour 2013. Le passage de la phase de construction à la phase d'exploitation scientique d'un observatoiretel qu'ALMA pose de nombreuses questions. Comment préparer au mieux la phase scientique d'un instrumentextrêmement compétitif car unique et ouvrant de nouveaux espaces de paramètres (très hauterésolution angulaire, longueurs d'onde sub-millimétriques) ? Comment s'assurer que l'expertise technique(matérielle et logicielle) utilisée lors de la construction soit conservée pour permettre de faire d'ALMA uninstrument évolutif ? Quel est l'avenir des observatoires actuels de radio-astronomie sub-millimétrique ?tel-00726959, version 1 - 31 Aug 20121. aspects organisationnelsune communauté bien plus grande que la communauté radio. Par ailleurs, la sensibilité accrue d'ALMApar rapport à l'interféromètre du Plateau de Bure actuel (environ un facteur 10) compensera tout justela diculté des observations demandées sur ALMA dans le submillimétrique et à très haute résolutionangulaire (cf. table 1). Le nombre de propositions acceptées sur ALMA devrait être du même ordre degrandeur que le nombre de propositions acceptées aujourd'hui au Plateau de Bure (environ 150 projetspar an). Une conséquence directe est que la qualité formelle (pédagogie, clarté des objectifs, compétencesde l'équipe, etc...) des propositions d'observation devra être irréprochable pour être acceptée par le comitédes programmes.L'Action Spécique ALMA est active pour sensibiliser la communauté au sens large à la compétitionaccrue sur ALMA et à l'imminence des premiers appels d'ore. Le bilan des journées ASA 1 indiqueclairement que la communauté française a des cartes à jouer dans de nombreux domaines : cosmologie,formation et évolution des galaxies, formation stellaire, disques circumstellaires et protoplanétaires, étoilesévoluées et matière circumstellaire, physique et chimie du milieu interstellaire, système solaire, etc... Bienque la France soit en pointe sur les thématiques scientiques au coeur d'ALMA, l'internationalisationnécessaire (et déjà visible sur les demandes IRAM) des équipes risque de diluer la visibilité française.Il est donc important que la communauté française se structure au niveau national pourassurer le leadership français de propositions internationales ambitieuses sur ALMA. Cettestructuration est d'autant plus importante qu'il n'y a pas de temps garanti sur ALMA, et que les étudesmulti-longueurs d'ondes vont sans aucun doute jouer un rôle crucial dans l'analyse des données de ALMA.1.2 Rôle des ALMA Regional Center dans l'obtention et la réduction desdonnéesL'ARC (ALMA Regional Center) est la structure qui sert d'interface entre ALMA et la communautéscientique, avant les observations (call for proposals, phase 1, phase 2) et une fois que les données ont étéobtenues (accès à l'archive, support aux utilisateurs, etc). En Europe, l'ARC est organisé sous la formed'un réseau. Le noeud central à l'ESO/Garching est en charge de la gestion des demandes de temps etdes observations, de l'archive, et de la distribution des données de ALMA. Les six noeuds additionnelssont en charge de la formation des utilisateurs en amont, de l'aide directe fournie aux utilisateurs pour lapréparation des projets et la réduction des données (support face-à-face), ainsi que du développement detechniques et d'algorithmes de traitement de données innovants.L'ARC est une structure essentielle pour assurer le succès de ALMA : dans une compétition mondialeextrêmement forte, il est nécessaire d'avoir des centres d'expertise pouvant fournir un support ecace etrapide à la communauté, notamment pour la réduction des données. Les ARC nord-américains et asiatiquessont localisés à un seul endroit. Le modèle européen consistant à impliquer plusieurs laboratoires est justiépar le manque d'expertise disponible à l'ESO, mais comporte un risque très fort de dispersion des eorts.La communauté française est dans ce contexte avantagée, car elle possède déjà une expertise indéniableen interférométrie millimétrique, grâce notamment à l'IRAM, qui est l'un des noeuds de l'ARC.L'expérience du Plateau de Bure montre qu'un support ecace nécessite des personnes impliquées pourune large fraction de leur temps (au moins 30%), ainsi qu'une masse critique permettant de couvrir toutesles problématiques (instrumentales, logicielles, scientiques). La communauté française doit soutenirle développement du noeud de l'ARC européen à l'IRAM, qui sera un atout essentiel dansl'exploitation d'ALMA.1.3 Besoins spéciques à l'analyse scientique des donnéesLa communauté s'étonne de la faiblesse des moyens consacrés à l'utilisation scientique de nouveauxinstruments en regard de leur coûts de construction et de fonctionnement. Pour obtenir un retour scientiquecomplet d'un instrument tel qu'ALMA, il faut un grand nombre de compétences très pointues,incluant entre autres : les développements instrumentaux ; le développement et la maintenance de logiciels de traitement des données ;1 Voir http ://www.graal.univ-montp2.fr/hosted/alma/programme.htmlet http ://www.graal.univ-montp2.fr/hosted/alma/cs2009a.html.1 Aspects organisationnels1.1 ALMA : le premier observatoire mondialisé au solLa pratique de la radio-astronomie évolue d'une pratique individuelle à une pratique collective. Al'IRAM, parmi les propositions ordinaires, les signataires d'une seule proposition sont souvent nombreux.Cet eet est amplié du fait que l'IRAM propose depuis 1 an un appel à observation spécique grandsprojets (plus de 100 heures par semestre sur 2 ans, les données étant rendues publiques 18 mois après lan des observations). Une raison sous-jacente à ce changement de pratique est que la radio-astronomiemillimétrique est devenue mature : de constatations "simples" sur quelques objets pas toujours résolus,on est passé soit à des modèles complexes sur des objets très bien observés, soit à des statistiques sur ungrand nombre d'objets. Ce que l'on pouvait faire seul sur un ou deux spectres demande maintenant des expertisestrès poussées et complémentaires (traitement des données, transfert de rayonnement, modélisationchimique et/ou mhd, etc...) sur une grande quantité de données.L'eet sera amplié avec ALMA car il s'agit d'un instrument unique, signiant une compétition mondialed'autant plus accrue que le comité de sélection des propositions sera unique et qu'ALMA devra servirTab. 1 Sensibilité en brillance à 1mm en fonction de la résolution angulaire et du temps d'intégrationpour l'interféromètre du Plateau de Bure (PdBI) et ALMA. A même résolution angulaire, ALMA estbeaucoup plus rapide que PdBI. Par contre, une augmentation de la résolution angulaire d'un facteur 10 àmême sensibilité en brillance demande une fraction signicative d'une année pour un interféromère commeALMA. Un compromis soit sur la sensibilité soit sur la résolution angulaire est nécessaire pour diminuerles temps d'intégration.Instrument Résolution Sensibilité Temps d'intégration CommentairePdBI 2009 1 ′′ 0.3 K 2 hrsALMA 2013 1 ′′ 0.3 K 3.5 min Même raie, beaucoup d'objetsALMA 2013 0.1 ′′ 0.3 K 575 hrs 6.5% d'une année!ALMA 2013 0.1 ′′ 5 K 2 hrs Compromis en sensibilitéALMA 2013 0.4 ′′ 0.3 K 2 hrs Compromis en résolution12. aspects instrumentaux la fourniture de données de micro-physique ; le développements et la maintenance d'outils d'analyse des données (par exemple transfert de rayonnement); le développement et la maintenance d'outils de modélisation (modèles physico-chimiques génériques,modèles magnéto-hydrodynamiques génériques, etc...) ;Un souci particulier se situe aux interfaces comme la fourniture de données micro-physiques ables. Il s'agitde services essentiels pour la communauté astrophysique, mais insusemment valorisés (cités) et soutenussur le long terme. En outre, le dialogue entre communautés de culture très diérente est le seul moyend'obtenir une bonne adéquation entre les besoins astrophysiques et l'expertise disponible. C'est d'autantplus crucial que les problèmes astrophysiques sont plus diciles et plus nombreux à traiter. Un soutienpérenne à ces diérentes communautés et à leur dialogue est donc une priorité.Par ailleurs, la possibilité de mobiliser rapidement des post-docs une fois le temps d'observation obtenusera également un aspect clé du succès de l'utilisation d'un instrument comme ALMA, et l'ASA s'inquiètedes possibilités restreintes existantes en France. L'Action Spécique ALMA soutient une idée récurrenteavancée pour améliorer la situation : l'attribution à ces tâches d'un pourcentage ducoût de construction d'instruments de classe mondiale.1.4 Ressources humainesLa mise en service d'ALMA s'accompagne de besoins assez diérents en ressources humaines. ALMAdevant servir une communauté bien plus large que la communauté des radio-astronomes, il faut encouragerles actions de formation des autres communautés. Cela passe par l'organisation d'écoles (par exemple lesécoles de radio-astronomie et d'interférométrie de l'IRAM ) mais aussi par la formation d'étudiants sur desthématiques scientiques à cheval sur plusieurs longueurs d'ondes. En outre, l'accueil d'étudiants chiliensest un moyen particulièrement ecace de commencer des collaborations avec le Chili, qui dispose de 10%du temps ALMA. Il est aussi important d'encourager des personnes à passer du temps au Chili commeastronome résident mis à la disposition de l'ESO pour ALMA. C'est certainement la meilleure manièred'assurer une très bonne connaissance de l'instrument et de la diuser dans la communauté française.Le noeud de l'ARC à l'IRAM est un projet qui s'inscrit dans le long terme, puisqu'il devra accompagnerla montée en puissance de ALMA avant sa phase de fonctionnement. L'ASA aura donc une action pour quele noeud de l'ARC à l'IRAM soit cité dans la catégorie AA-SO5 : Centres de traitement et d'archivagede données . En plus des besoins précédents, le succès scientique d'ALMA dépend d'un grand nombred'activités qui sont autant de services à la communauté (cf. section 1.3). Une diculté dans la dénitiondes tâches de service ALMA est que le projet reconnaît dicilement les contributions qu'il ne nance pas.Pour prendre ces diérents aspects en compte et pour s'assurer que l'ensemble de la communauté soitpleinement associée à la dénition des tâches de service ALMA, l'ASA propose donc de lancer un appel àidées, les réponses étant classées par l'ASA puis transmises à la CSA pour une demande de labellisation.2 Aspects instrumentaux2.1 L'évolution d'ALMA au-delà de 2013Dans le calendrier actuel, la construction d'ALMA se terminera en 2013. Dans le budget de fonctionnementd'ALMA (environ 65 M$), 10 M$ sont envisagés annuellement à partir de 2015 pour faire évoluerALMA jusqu'à l'horizon 2020. A l'heure actuelle, des discussions préliminaires ont lieu, essentiellementdans le cadre du Science Advisory Committee d'ALMA. Or il est dicile d'envisager dès aujourd'hui l'impactscientique de ces possibles améliorations puisqu'il faudra plusieurs années pour ressentir pleinementl'impact d'ALMA dans sa conguration actuelle. Parmi les options envisagées, on trouve : une amélioration de certains aspects d'ALMA (par exemple, la possibilité de faire du VLBI ou desobservations solaires) ; la complétion de la couverture spectrale d'ALMA par la construction des bandes de fréquence actuellementmanquantes (B11 au-delà du THz, B5 de 163 à 211 GHz, B2 de 67 à 90 GHz, B1 de 31à 45 GHz) ; une augmentation signicative du nombre d'antennes (par exemple de 50 à 64).23