HARMONI

HARMONI est l’un des instruments de première lumière de l’ELT. HARMONI est un spectrographe intégral de champ (IFU) opérant dans le proche infrarouge (0.8-2.45 µm) à moyenne (R=3000) résolution spectrale. Il couvre un champ de vue entre 1 et 4 arcsec2 avec un échantillonnage spatial variant entre 6 et 25 milliarcsec. HARMONI est dédié à l’observation détaillée d’objets astrophysiques pour lesquels le pouvoir collecteur d’un télescope de 39 m d’ouverture et d’une très haute résolution spatiale offre un gain spectaculaire. Pour exploiter pleinement la limite de diffraction de l’E-ELT, HARMONI sera équipé de deux systèmes d’Optique Adaptative (OA). Le premier est un système d’OA classique (SCAO) et le deuxième sera un système d’OA grand champ, assisté par étoiles lasers (MCAO). Les cas scientifiques principaux d’HARMONI couvrent un large spectre, depuis l’étude et la caractérisation des exo-planètes, l’étude des populations stellaire dans les galaxies proches, et jusqu’aux galaxies à grand décalage vers le rouge. La première lumière est prévue pour fin 2034 et le projet se prépare pour la FDRs en 2028.

Le consortium HARMONI est constitué de 9 laboratoires partenaires avec: l’Université d’Édimbourg (PI : James Dunlop), le Laboratoire d’Astrophysique de l’Université d’Oxford (CoI : M. Tecza), le UK Advanced Technology Centre d’Edinburgh (CoI : O. Gonzalez,), le CRAL (CoI : N. Bouché), le département Astrophysique de l’Université de Madrid (CoI : J. Piqueras López), l’Institut d’Astrophysique des Canaries (CoI : B. García-Lorenzo) , le LAM (Deputy PI : B. Neichel, CoI A. Delsanti), l’Université de Durham (CoI : K. O’Brien) et l’Université de Michigan (coI : M. Mateo). En France, on dénombre également trois instituts associés : l’IPAG, l’IRAP et l’ONERA.

Les tâches de services proposées au CRAL sont les suivantes :

• T1- Proposition et validation d’algorithmes avancés pour les particularités d’HARMONI : il s’agit de contribuer à la réflexion sur les choix d’algorithmes, puis à leur validation, concernant les calibrations basées sur des observations du ciel: l’astrométrie, la correction des telluriques, et la soustraction optimale du ciel. En particulier, nous projetons d’utiliser le mode multi-lectures pour les détecteurs: il faudra exploiter cette possibilité de manière optimale pour les algorithmes ci-dessus. Des prototypes pour les algorithmes critiques doivent être livré à la revue FDR, prévue en 2024-2025.

• T2- Préparation de données brutes fictives : Celles-ci sont essentielles pour pouvoir tester et valider la chaîne d’algorithmes de réduction des données. Pour ce faire, il s’agit générer avec l’INM des données ‘raw’ fictives d’observation typique (à partir de simulations astrophysiques ou d’observations existantes ou autre), dans les principaux modes d’HARMONI (champs stellaires, galaxies, champs profonds), ainsi que des cibles spécifiques (cibles mouvantes, champs astrométriques). Ces données brutes/raw simulées serviront de test pour la réduction des données avec le pipeline. Ces résultats de réduction seront par ailleurs contrôlés dans une étape de validation par rapport aux données en entrée de l’INM, avec une quantification des erreurs et une étude de l’impact sur la science.

• T3- Participation au choix des tests de validation du pipeline qui seront à effectuer en laboratoire et/ou sur le ciel au cours des phases de tests globaux puis de commissioning de l’instrument.

Le LAM est en charge du développement des Optiques Adaptatives. Les tâches de services pour le LAM concernent les systèmes d’Optique Adaptative, la SCAO et la MCAO. Deux tâches sont identifiées :

1. Développement système AO: simulation des performances, analyses système, méthodes de reconstruction tomographique, lois de commande. Ces tâches sont primordiales pour la phase de FDR, puis devront évoluer au cours du cycle de développement de l’instrument vers des tâches de spécifications et d’étude de performance des sous-systèmes, puis de modélisation fine de ceux-ci, et enfin de caractérisation et de validation au cours des phases d’intégration et de tests puis de commissioning sur le ciel.
2. Reconstruction de la fonction d’étalement de point (PSF). Le LAM est responsable du WP « PSF » qui devra fournir des algorithmes de prédictions de PSF pour les deux modes d’OA. Cela concerne une estimation rapide de la performance via la télémétrie de l’OA, et une reconstruction fine de la PSF pour assister les analyses scientifiques. Ce travail peut inclure des activités de démonstration et/ou de prototypage en laboratoire ou avec des démonstrateurs.

Avec le LAM, l’IPAG est en charge du développement d’un bras d’imagerie à haut-contraste permettant la caractérisation d’exoplanètes. Les tâches de service à l’IPAG portent sur le sous-système d’imagerie à haut-contraste, en particulier vis-à-vis de son développement, et de la préparation des outils de traitement du signal destinés à traiter les données. Le développement inclut la mise en œuvre d’une analyse système, l’estimation des performances – qui repose en partie sur les algorithmes de de post-traitement – et l’élaboration des processus de contrôle des aberrations non-communes, en lien étroit avec le mode SCAO de l’instrument. Ces tâches sont primordiales pour la phase de FDR, puis devront évoluer au cours du cycle de développement de l’instrument vers des tâches de spécifications et d’étude de performance du sous-systèmes, puis de modélisation fine de celui-ci, et enfin de caractérisation et de validation au cours des phases d’intégration et de tests puis de commissioning sur le ciel. Le traitement des données s’appuie sur leur diversité temporelle et spectrale afin de séparer le signal stellaire de celui des compagnons et structures situées dans l’environnement proche de l’étoile. La résolution spectrale fournie par HARMONI motive en particulier la mise au point d’algorithmes utilisant la résolution spectrale de l’instrument, en complément des algorithmes d’imagerie différentielle angulaire.