Imagerie des étoiles évoluées par interférométrie; Réarrangement de pupille
Résumé
Atmospheric turbulence is an important limit to high angular
resolution in astronomy. Interferometry resolved this issue by
filtering the incoming light with single-mode fibers. Thanks to this
technique, we obtained with the IOTA interferometer very precise
measurements of the spatial frequencies of seven evolved stars. From
these measurements, we performed a blind deconvolution to restore an
image of the surface of the stars. Six of the them, Bételgeuse, $\mu$
Cep, R leo, Mira, $\chi$ Cyg and CH Cyg, feature very asymmetrical
brightness distributions. On the other hand, the Arcturus data are
extremely well fitted with a simple limb-darkened photospheric
disc. From the observations of $\chi$ Cyg, we show that the star is
surrounded by a molecular shell undergoing a ballistic motion. By
combining our dataset with spectroscopic measurements, we inferred a
mass of the star of 0.88 $\pm$ 0.04 M$_\odot$.
We propose to use the same technique of spatial filtering with
single-mode fibers to correct for the effect of turbulence in the
pupil of a telescope. Because the pupil is redundant, this technique
does require a remapping of the pupil. We developed a dedicated
algorithm to show that it was possible to reconstruct images at the
diffraction limit of the telescope free of any speckle noise. Our
simulations show that a high dynamic range (over $10^6$) could be
obtained in the visible on an 8 meter telescope. A lab experiment is
under construction to validate the concept of this new instrument.
resolution in astronomy. Interferometry resolved this issue by
filtering the incoming light with single-mode fibers. Thanks to this
technique, we obtained with the IOTA interferometer very precise
measurements of the spatial frequencies of seven evolved stars. From
these measurements, we performed a blind deconvolution to restore an
image of the surface of the stars. Six of the them, Bételgeuse, $\mu$
Cep, R leo, Mira, $\chi$ Cyg and CH Cyg, feature very asymmetrical
brightness distributions. On the other hand, the Arcturus data are
extremely well fitted with a simple limb-darkened photospheric
disc. From the observations of $\chi$ Cyg, we show that the star is
surrounded by a molecular shell undergoing a ballistic motion. By
combining our dataset with spectroscopic measurements, we inferred a
mass of the star of 0.88 $\pm$ 0.04 M$_\odot$.
We propose to use the same technique of spatial filtering with
single-mode fibers to correct for the effect of turbulence in the
pupil of a telescope. Because the pupil is redundant, this technique
does require a remapping of the pupil. We developed a dedicated
algorithm to show that it was possible to reconstruct images at the
diffraction limit of the telescope free of any speckle noise. Our
simulations show that a high dynamic range (over $10^6$) could be
obtained in the visible on an 8 meter telescope. A lab experiment is
under construction to validate the concept of this new instrument.
La turbulence atmosphérique est la principale limitation à la haute
résolution angulaire pratiquée en astronomie. Elle se traduit par des
variations de la phase du champ rayonné par l'astre observé. En
interférométrie, ce problème a été résolu par l'utilisation de fibres
optiques monomodes qui filtrent le front d'onde de manière à rendre
le rayonnement parfaitement cohérent. Cette technique, appliquée sur
l'interféromètre IOTA, nous a permis de mesurer avec une grande
précision les fréquences spatiales de sept étoiles évoluées. A partir
d'une technique de déconvolution en aveugle, nous avons imagé la
surface de ces sept objets. Bételgeuse et Mu Cep, deux
supergéantes rouges, ainsi que R leo, Mira et Chi Cyg, trois étoiles
variables de type Mira, mais également l'étoile symbiotique CH Cyg ont montré
des structures très diverses, avec des photosphères d'apparence
fortement dissymétriques. Seule la géante rouge Arcturus n'a pas
présenté ces caractéristiques. Nous avons, notamment, pu estimer la
masse de Chi Cyg à 0,88 +/- 0,04 Msol à partir de la trajectoire
balistique de la haute atmosphère de l'étoile.
Au vu de ces résultats, nous proposons d'utiliser les techniques de
filtrage spatial interférométrique pour corriger l'effet de la
turbulence au sein de la pupille d'un télescope. Cette technique, le
réarrangement de pupille, a requis le développement d'un algorithme
spécifique de réduction des données. Nous montrons qu'il permet de
reconstruire des images affranchies de l'influence de la turbulence
atmosphérique et limitées uniquement par le bruit de photon dans le
domaine visible. Nos simulations montrent qu'un tel système peut
fournir des images à la limite de diffraction des grands télescopes
avec des dynamiques d'au moins le million. Cette technique est
en cours de validation expérimentale par la construction d'un
démonstrateur en laboratoire.
résolution angulaire pratiquée en astronomie. Elle se traduit par des
variations de la phase du champ rayonné par l'astre observé. En
interférométrie, ce problème a été résolu par l'utilisation de fibres
optiques monomodes qui filtrent le front d'onde de manière à rendre
le rayonnement parfaitement cohérent. Cette technique, appliquée sur
l'interféromètre IOTA, nous a permis de mesurer avec une grande
précision les fréquences spatiales de sept étoiles évoluées. A partir
d'une technique de déconvolution en aveugle, nous avons imagé la
surface de ces sept objets. Bételgeuse et Mu Cep, deux
supergéantes rouges, ainsi que R leo, Mira et Chi Cyg, trois étoiles
variables de type Mira, mais également l'étoile symbiotique CH Cyg ont montré
des structures très diverses, avec des photosphères d'apparence
fortement dissymétriques. Seule la géante rouge Arcturus n'a pas
présenté ces caractéristiques. Nous avons, notamment, pu estimer la
masse de Chi Cyg à 0,88 +/- 0,04 Msol à partir de la trajectoire
balistique de la haute atmosphère de l'étoile.
Au vu de ces résultats, nous proposons d'utiliser les techniques de
filtrage spatial interférométrique pour corriger l'effet de la
turbulence au sein de la pupille d'un télescope. Cette technique, le
réarrangement de pupille, a requis le développement d'un algorithme
spécifique de réduction des données. Nous montrons qu'il permet de
reconstruire des images affranchies de l'influence de la turbulence
atmosphérique et limitées uniquement par le bruit de photon dans le
domaine visible. Nos simulations montrent qu'un tel système peut
fournir des images à la limite de diffraction des grands télescopes
avec des dynamiques d'au moins le million. Cette technique est
en cours de validation expérimentale par la construction d'un
démonstrateur en laboratoire.
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