LSST : un hologramme vient améliorer le dispositif optique de l’Observatoire Rubin

En cours de construction au Chili, sur le mont Cerro Pachon, l’Observatoire Rubin permettra d’observer la voûte céleste à une profondeur inégalée. Ses caractéristiques techniques devraient permettre de détecter une énorme quantité d’objets lointains et d’approfondir nos connaissances de l’Univers en mesurant notamment avec une excellente précision les quantités physiques associées à l'énergie noire.

Comme pour tout télescope terrestre, l’atmosphère agit comme un filtre qui altère la lumière en provenance des étoiles et des galaxies. Il est dès lors nécessaire de mesurer cette absorption afin de corriger les flux reçus par le télescope et remonter aux flux dits « hors atmosphère ». Dans le cas de l’Observatoire Rubin, cette tâche est effectuée par le télescope auxiliaire. Ce télescope, équipé d’un spectromètre, comparera en temps réel les spectres d'étoiles standards parvenant au sol avec leurs spectres avant leur traversée de l’atmosphère, connus par les observatoires spatiaux tels que Hubble ou GAIA.

Un hologramme pour cumuler les fonctions de dispersion et de focalisation

L’élément disperseur du spectromètre initialement prévu, dont la fonction est de décomposer les couleurs des étoiles comme le ferait un prisme, présentait l’inconvénient de produire des images floues dans les régions rouge et infra-rouge du spectre. C'est pourquoi une équipe du Laboratoire de Physique des 2 Infinis Irène Joliot Curie (IJCLab) a proposé d'utiliser un hologramme. La technique de l’holographie, surtout connue pour sa capacité à restituer la vision en 3 dimensions, a permis ici de cumuler les fonctions de dispersion et de focalisation en un seul élément optique, ce qui a fait disparaître le problème de netteté.

Après une phase de tests prometteurs, l’IJCLab a conçu l'hologramme en collaboration avec le Laboratoire de physique nucléaire et de hautes énergies (LPNHE) et le Laboratoire des Matériaux Avancés de l’Institut de Physique des 2 Infinis de Lyon (LMA / IP2I). Il est maintenant installé depuis février 2021 sur le télescope auxiliaire de l’Observatoire Rubin et a permis d’extraire des spectres de qualité très supérieure à ceux obtenus avec le dispositif initialement prévu. Au-delà de son application à l’observatoire Rubin, cette première expérimentation pourrait aboutir à une nouvelle manière de transformer très simplement un imageur en spectromètre.