ALMA - Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux

Sommaire• Aperçu Objectifs Scientifiques & Techniques• Statut• Enjeux• Définition de ALMA & Domaine des observations• Implication scientifique du LAB• Sites ALMA• Equipes techniques au LAB• Préparation scientifique• Retombées travaux techniques => labos & région

ALMA, Définition (très) brève• ALMA = Atacama Large Mm & submm Array• Réseau de 50 + 16 (+ 14) antennes, ouradiotélescopes, mobiles pour l’imagerie;sur plateau d’Atacama, Chili, 5000 m• Domaine d’observation (passive) ! 10 mm à 0.3 mm• 30 GHz à 1 THz (IR lointain)• Partenaires - projet impossible à mener par une seule communauté -• Europe (exécutif ESO)• US/Canada (exécutif AUI inc - NRAO)• Japon/Taiwan (exécutif NAOJ)• Chili

Cibles prioritaires d’ALMA• Objets observés en priorité• Nuages moléculaires et de poussière où se formentétoiles et systèmes proto-planétaires• Gaz et poussière des galaxies proches ou ‘primitives’Milieux Froids i.e. Régions optiquemment invisibles mais brillantes enmm/submm Froid 3K du fond cosmique à ~ 100 K• ALMA contrepartie mm/submm des grands télescopesoptiques: VLT (-I) de l’ESO• En mm/submm bilan de bruit dominé par atmosphère• Site sec, très peu de vapeur d’eau => ‘fenêtres’ d’observation

Fenêtres Atmosphériques & 10 RécepteursBande 31-45 GHz pas représentée

Pourquoi ALMA?• ALMA = résultat d’un mélange subtil d’objectifs scientifiquesnouveaux et de défis techniques à relever• Astrophysique en mm a explosé, années 70 … à nos jours:floraison d’instruments et résultats nouveaux (e.g. moléculescomplexes, nuages IS en effondrement)• Instruments ‘phare’ en Europe ceux de l’IRAMInterféromètre de Bure (Alpes) et le 30 m de Pico Veleta• Même les meilleurs instruments actuels sont limités en• Sensibilité (+ de surface collectrice et altitude)• Résolution angulaire et capacité d’imagerie (+ de télescopes)• Couverture spectrale

Institut de Radio Astronomie Mm (IRAM)PdBI

Résultats IRAM … mais plus de sensibilté(1/4)Carte de la poussière dansdisque proto-planétaire(LkCa 15)Piétu, Dutrey, Guilloteau, Chapillon, Pety 2006,A&A 460, L43Cavité due à effets demarée petit companionstellaire ou grosseplanète?

M 33 Observée avec IRAM 30-m(2/4)Image composite UV de M33vue par GALEXLa boîte est la zone observée en CO

M 33 Observée avec IRAM 30-m(2/4)Emission CO(2-1) dans M33Observée avec le télescope de 30mde l’IRAM - instrument multibeamHERA.Résolution 11’’ soit 45 pcà la distance de M33 (nuages individuels).Les ellipses sont les rayons galactiques(de 3 à 7kpc).Emission détectée jusqu’au rayon optique.Gardan, Braine, Schuster,Brouillet, Sievers 2007, A&A 473

Résultats IRAM … mais plus de sensibilté(3/4)NGC 253 (3.5 Mpc)• 1 er balayage spectralsystématique dans unegalaxie à ‘flambéed’étoiles’• 129-175 GHz111 raies spectrales de 25molécules distinctesVoir: agrandissementintervalle 129-144 GHz• Beaucoup plus demolécules … lesquelles?

Résultats IRAM … mais plus de sensibilté(4/4)• C+ à 256 GHz dansJ1148+5251, z=6.42• Spectre en 4h, config D• Image en config Amontre un ‘point’

Science avec ALMA• Couvre l’ensemble des domaines Astron & Astrophys… accès aux non spécialistes à long terme• ALMA Instrument privilégié pour• Galaxies primitives (grand z) ou Détermination de z• Structure et évolution des galaxies» imager CO & C+ dans galaxies normales, z=3 en < 24 heures• Formation et évolution des étoiles & des systèmes planétaires» contraintes sur masse des disques protoplanètaires et leur évolution• Chimie IS dans: galaxies, étoiles jeunes, systèmes protoplanétaires» formation molécules complexes ou pré-biotiques• Système solaire: planètes, soleil, comètes (imagerie instantanée, largebande, grande résolution spectrale)+ détecter photosphères toutes * du diag. HR … les découvertes auxquelles on ne pense pas

LAB et Science avec ALMA• Quatre équipes au LAB• 1- Formation d’étoiles (équipe ‘radio’)• 2- AMOR SP• 3- Planétologie• 4- M2A (Métrologie de l’espace, Astrodynamiqie, Astrophysique)Activités 1- préparent l’utilisation d’Herschel et d’ALMAActivités 2- entièrement tournées vers l’utilisation d’ALMAActivités 3- ‘passeront’ par ALMAActivités 4- pas d’implication actuelle … astrométrie et astrodynamique• Investissement considérable du LAB en amont d’ALMA– par l’utilisation actuelle des instruments d’IRAM et d’autres instrumentsdont Herschel (communautés proches)– dans la préparation des programmes scientifiques+ investissement technique pour la construction ALMA

LAB et Science avec ALMA• Thématiques et EquipesThématique ALMAFormation et évolutiongalaxies et étoiles.ProtoétoilesFormation et évolution dessystèmes planétairesChimie IS (galaxies, étoiles,SP) + Astrochimie etExobiologieAtmosphères et SurfacesplanètesEquipe# 1, Formation d’étoiles# 2, AMOR SP# 1 et 2, 3# 3

Disques Protoplanétaires• Simulation hydrodynamique:réponse disque protoplanétaireà une planète enfouie (Wolf et al. 2002)• 1 Jupiter, Disque = 0.05 M soleil• Etoile centrale = 1 Soleil• 140 pc• BW=8 GHz, Intégr.= 4 heures• 700um, B=10 km 14 masALMA détectera sillages et trouscréés par protoplanètes dansdisques => stat. que présencedes planètes

Détecter une Protoplanète ?• M planète / M étoile = 1 M Jupiter / 0.5 M soleil• Rayon Orbital = 5 AU• Ligne de base = 10 km, Intégration = 8heures• Résolution spatiale 0.007’’ (à 330 microns)• Excellente atmosphère (30° bruit de phase)• Protoplanète serait détectable à 50-100pc (Wolf etD’Angelo 2005)50 pc100 pc

Chimie molécules complexesComplexité chimique … jusqu’où ?Liens avec molécules prébiotiques ?

ALMA Unique pour une ScienceNouvelle• Offrira tout ce que les autres instruments ne font pas• Imagerie ‘instantanée’ possible avec beaucoup d’antennes (configcompacte)• Images de grande fidélité (grand SNR)• Grande résolution (mas accessible) et grand champ de vue(‘mosaique’)• Très grande résolution spectrale• Polarisation du rayonnement (champ magnétique -direct., intensité)• Défis multiples et innovations nécessaires

Défis - Innovations techniques• Un télescope en onde mm d’un seul bloc de qques milliers dem 2 impossible à construireplusieurs télescopes, moins de sensibilté mais l’espacement max offre une trèsgrande résolution• ALMA le plus grand rassemblement de radiotélescopes jamais réalisé et dans le plushaut site jamais colonisé sur terre de façon permanente• Innovations techniques marquantes• Antennes: matériaux ‘avancés, servo contrôle sophistiqué etc.• Récepteurs supra-conducteurs à la limite du bruit quantique• Distribution photonique pour les récepteurs (OL)• Echantillonneur très large bande, 8 niveaux de comparaison UB !• Transmission de 120 Gb/s par fibre optique pour chaque antenne• Chip corrélateur spécifique• Filtrage Digital UB !

Statut Projet ALMA

Statut ALMAProjet démarré en 2002 (Europe/NA 1/2-1/2) puis Japon arejoint en 2004 - origine aux années 1990 -Production avance bien– Sites en construction• AOS (5000 m)• OSF (3000 m)• SCO (bureaux Santiago)• ARCs et ARClets / interface avec communauté scientif.– Antennes en construction• 5 ou 6 en 2007 … 66 en 2011• Transporteur des antennes fabriqué

Statut ALMA– Construction Modules Système (électronique &photonique)• Récepteurs hyperfréquence refroidis 4K• DTS etc.– Corrélateur (numérique)• 4 ème quadrant installé fin 2008– Logiciels en développement• Contrôle système et sous-systèmes• Outils d’observation et de première analyse etc.

Camp des entreprises, 3000 m

Bâtiments techniques à 3000 m

“Facilité” de Test ALMAAntennes, Electron., LogicielsSite VLA, Nouveau MexiqueMitsubishiantennaVertexantennaAECantenna

Antennes MELCO, JaponArrivée à OSF, juillet 2007

Montage à l’OSF, 3000 m12-m ACA

Hangar et Transporteur

Statut au LABDévelopp. t et Production pour ‘Echantillonnage’ et ‘Corrélation’

Equipes Techniques ALMA au LABDeux équipes en place « Equipe Echantillonneur » ,« Equipe Corrélateur Filtrage Numérique »+ ALMA Project OfficeEquipe Echantillonneur• Qques. dizaines de protos et modules pre-production livrés• A livrer (production) ~ 300 modules période 2008-2011» Assembler ~ 2400 gros chips CANs et Demux• Equipe- Gauffre - Baudry- Recoquillon - Bedos- Soulié

Equipes Techniques ALMA au LABEquipe Corrélateur• Chargée de livrer ~ 550 cartes de filtrage numérique• ~ moitié de la production déjà assurée• Dernières cartes installées sur site fin 2008• Equipe- Cais - Baudry- Quertier - Bedos- Camino- D’Anna- Salim

1er Quart du Corrélateur, AOS• 3 000 circuits imprimés, certains avec 13 000 perçages/PCB• 20 000 000 points de soudure• 8 200 FPGAs, 33 000 chips corrél.• 1.7 10 16 operations/s 180 kW avec calculateurs contrôle

Echantillonneur ALMA2 Générationsd’échantillonneurdéveloppées au LABURSI, Ottawa 2007 39

Quelques ENJEUX- Préparation Scientifique- Retour technique vers leslabos et région

Enjeux scientifiquesDeux messages essentiels pour le LAB-OASUUtiliser les instruments d’IRAM• Utiliser en particulier PdBI• Former des jeunes chercheurs à l’interférométrieInvestir dans l’A.R.C.• Interface privilégié de notre communauté pour lascience qui se fera avec ALMA.. savoir faire local qui intéresse l’ARC ..

Echéances ALMA• Commisionnement débutedès 2008-2009• Appel pour premiersprojets scientifiques (6, 8ou 16 antennes)début 2010• Premiers projetsprogrammés2011

Retour Labos / RégionPartenariat LAB-IndustrieIndustrielLieuRemarquesProjetFEDD24-SainteAlvèreAssemblage- FiltreTests- Echantillonn.ex-Solectron,33-CestasAssemblage,Tests- Echantillonn.FlextronicsLLuis33-MérignacMécanique- Echantillonn.FEE24-BergeracRoutage circuits- FiltreAtlantec44- MalvilleFab. Circuits(PCBs)- Echantillonn.CIREPToulouseFab. Circuits(PCBs)- Filtre- Echantillonn.

Partenariat LAB-Industrie (suite)IndustrielLieuRemarquesProjetSTMicroelectronicsSiège,GrenobleProd chips etencapsulage-Echantillonn.ARROW &EBVToulouseGermanyDistributeurcomposants- FiltreCoopération avec Instituts• Filtrage Arcetri, Italie support lors conceptionASTRON, Pays Bas programmation moyens test• Echantillonnageen interne UB1, IXL conception, design chipsIRAMtests initiaux échantillonneur

Equipes Techniques ALMA• Savoir Faireau LAB/OASU» conception/réalisation des circuits» filtrage numérique modélisation mathématique, descriptionfonctionnellle, simulation, synthèse» échantillonnage des signaux analogiques» corrélation et FFT» hyperfréquences - quelques GHz» connaissance du monde industriel» management de projets• Maîtrise d’Outils Sophistiqués» logiciels de modélisation/conception des circuits» programmation pour microprocesseurs et microcontroleurs