Etalonnage de Herschel/HIFI : approche système et expérimentale d'un instrument scientifique spatial. Etude observationnelle de coeurs denses galactiques.
Résumé
The calibration of a remote-sensing instrument for the observation of the Earth or of the Cosmos is a key to the highest scientific return from the experiment.
In the first part of this thesis, we initiate the preparation of the calibration tools and methods for the submillimetre spectrometer HIFI on board the Herschel satellite. The first aspect concentrates on the data calibration and their convertion into a physical scale. We first collect the requirements of the in-flight calibration and identify the primary and secondary calibrators. We then build a list of potential candidates, complemented by a ground-based preparatory observation campaign. We study the current internal calibration scheme based on two internal loads, and present a first error budget on the HIFI measurements. We show that this approach is {\it a priori} not adapted to the space conditions, and we give the preliminary elements of a best-suited calibration technique. The second point of this calibration work focusses on the instrument calibration in itself. We analyse the needs of the laboratory measurement campaign of the first HIFI prototype and propose an original system allowing to calibrate various instrumental parameters on the ground. We also show the importance of an instrumental modelling work, and present a description of the standing wave systems expected to affect the HIFI data.
The second part of this thesis is dedicated to the study of dense galactic cores detected in the mid-infrared by the ISO satellite. We show that these objets belong to a new population of massive (M > 1000 solar masses) and cold (8 < T < 25 K) condensations associated to giant molecular clouds. Our analysis indicates visible extinction in excess of 50, and suggests that depletion onto grains affects most of the molecular species. We also show that these objets are fragmented, and that they are very likely future, if not already initiated, progenitor sites of high mass stars.
In the first part of this thesis, we initiate the preparation of the calibration tools and methods for the submillimetre spectrometer HIFI on board the Herschel satellite. The first aspect concentrates on the data calibration and their convertion into a physical scale. We first collect the requirements of the in-flight calibration and identify the primary and secondary calibrators. We then build a list of potential candidates, complemented by a ground-based preparatory observation campaign. We study the current internal calibration scheme based on two internal loads, and present a first error budget on the HIFI measurements. We show that this approach is {\it a priori} not adapted to the space conditions, and we give the preliminary elements of a best-suited calibration technique. The second point of this calibration work focusses on the instrument calibration in itself. We analyse the needs of the laboratory measurement campaign of the first HIFI prototype and propose an original system allowing to calibrate various instrumental parameters on the ground. We also show the importance of an instrumental modelling work, and present a description of the standing wave systems expected to affect the HIFI data.
The second part of this thesis is dedicated to the study of dense galactic cores detected in the mid-infrared by the ISO satellite. We show that these objets belong to a new population of massive (M > 1000 solar masses) and cold (8 < T < 25 K) condensations associated to giant molecular clouds. Our analysis indicates visible extinction in excess of 50, and suggests that depletion onto grains affects most of the molecular species. We also show that these objets are fragmented, and that they are very likely future, if not already initiated, progenitor sites of high mass stars.
L'étalonnage des instruments dédiés à l'observation de la Terre et du Cosmos est l'une des clefs d'un retour scientifique maximal de ces missions.
La première partie de cette thèse est consacrée à la préparation des outils et méthodes d'étalonnage du spectromètre submillimétrique HIFI embarqué à bord du satellite Herschel en 2007. Le premier aspect traite de l'étalonnage des données et de leur conversion en une échelle scientifique. Nous recensons dans un premier temps les besoins de l'étalonnage en vol et identifions les étalons primaires et secondaires. Nous établissons alors une liste de candidats potentiels, complétée par une campagne d'observations préparatoires au sol. Un schéma d'étalonnage interne fondé sur deux charges embarquées est étudié et nous présentons un premier bilan d'erreur. Nous montrons que cette approche n'est a priori pas adaptée aux conditions spatiales et donnons les premiers éléments d'une technique plus adéquate. Le second aspect s'intéresse à l'étalonnage de l'instrument proprement dit. Nous analysons les besoins de la campagne de mesures en laboratoire du premier prototype de HIFI, et proposons un système original afin d'étalonner divers paramètres au sol. Nous montrons également l'importance d'une modélisation instrumentale et présentons une description des systèmes d'ondes stationnaires susceptibles d'affecter les données de HIFI.
La seconde partie de cette thèse est dédiée à l'étude de coeurs denses galactiques détectés dans l'infrarouge moyen par le satellite ISO. Nous montrons que ces objets appartiennent à une population nouvelle de condensations massives (M > 1000 Masses solaires) et froides (8 < T < 25 K) associées à des nuages moléculaires géants. L'analyse indique des extinctions dans le visible supérieures à 50, et suggère que des phénomènes de collage sur les grain affectent la plupart des espèces moléculaires. Nous montrons que ces objets sont probablement fragementés, et qu'ils sont susceptibles, ou ont déjà initié la formation d'étoiles massives en leur sein.
La première partie de cette thèse est consacrée à la préparation des outils et méthodes d'étalonnage du spectromètre submillimétrique HIFI embarqué à bord du satellite Herschel en 2007. Le premier aspect traite de l'étalonnage des données et de leur conversion en une échelle scientifique. Nous recensons dans un premier temps les besoins de l'étalonnage en vol et identifions les étalons primaires et secondaires. Nous établissons alors une liste de candidats potentiels, complétée par une campagne d'observations préparatoires au sol. Un schéma d'étalonnage interne fondé sur deux charges embarquées est étudié et nous présentons un premier bilan d'erreur. Nous montrons que cette approche n'est a priori pas adaptée aux conditions spatiales et donnons les premiers éléments d'une technique plus adéquate. Le second aspect s'intéresse à l'étalonnage de l'instrument proprement dit. Nous analysons les besoins de la campagne de mesures en laboratoire du premier prototype de HIFI, et proposons un système original afin d'étalonner divers paramètres au sol. Nous montrons également l'importance d'une modélisation instrumentale et présentons une description des systèmes d'ondes stationnaires susceptibles d'affecter les données de HIFI.
La seconde partie de cette thèse est dédiée à l'étude de coeurs denses galactiques détectés dans l'infrarouge moyen par le satellite ISO. Nous montrons que ces objets appartiennent à une population nouvelle de condensations massives (M > 1000 Masses solaires) et froides (8 < T < 25 K) associées à des nuages moléculaires géants. L'analyse indique des extinctions dans le visible supérieures à 50, et suggère que des phénomènes de collage sur les grain affectent la plupart des espèces moléculaires. Nous montrons que ces objets sont probablement fragementés, et qu'ils sont susceptibles, ou ont déjà initié la formation d'étoiles massives en leur sein.