Contraste jalon mesuré pour le HLC (au milieu) et le SPC (à gauche) dans un banc d'essai sous vide en 2015, où le jalon cible un contraste de 10-8 en moyenne dans le trou noir (les régions annulaires et en forme de coin, respectivement) a été obtenu pour les deux coronographes, comme prévu et dans les délais. Crédit :NASA
Le télescope d'enquête infrarouge à champ large (WFIRST) est la recommandation la mieux classée pour une grande mission spatiale dans l'enquête décennale 2010 du CNRC, Nouveaux mondes, Nouveaux Horizons (NWNH) en astronomie et astrophysique. Le coronographe WFIRST (CGI) sera le premier coronographe stellaire à contraste élevé dans l'espace. Il permettra à WFIRST de répondre aux objectifs de NWNH en imageant directement et en caractérisant spectralement des exoplanètes géantes similaires à Neptune et Jupiter, et peut-être même des super-Terres (planètes extrasolaires avec une masse supérieure à celle de la Terre mais inférieure aux géantes de glace de notre système solaire, Neptune et Uranus), autour des étoiles voisines. Le WFIRST CGI comprend à la fois un coronagraphe de pupille en forme (SPC) et un coronagraphe de Lyot hybride (HLC). Les trois étapes technologiques CGI de WFIRST pour 2015 ont été franchies avec succès.
D'abord, le HLC a démontré un contraste brut (rapport d'intensité speckle/star) de 10-8, utilisant un filtre de bande passante à 10% en lumière visible (550 nm), dans un environnement statique. Seconde, la CPS a franchi le même jalon dans les mêmes conditions. Pour le HLC et le SPC, la figure ci-dessus montre un excellent contraste moyen (bleu-vert) sur la majeure partie du champ de vision, et un léger retournement (rouge) aux rayons intérieur et extérieur, comme prévu. Le troisième jalon a été atteint lorsque le sous-système de détection et de contrôle du front d'onde d'ordre faible (LOWFS) a atteint son objectif de fournir la détection de la gigue de pointage et le contrôle au niveau de la moyenne quadratique (RMS) de 0,4 milli-arc-seconde. qui maintiendra une étoile cible suffisamment centrée sur le masque de blocage des étoiles du coronographe, lorsque le télescope WFIRST subit une dérive de pointage et une gigue.
Avec la réalisation de ces jalons, La NASA fait un pas important vers la certitude que WFIRST sera en mesure d'imager directement les planètes et les disques de poussière autour des étoiles proches. Il y a au moins 15 exoplanètes à vitesse radiale que les deux coronographes pourront imager dans leurs régions de trou noir, en quelques heures de temps d'intégration chacun. Le coronographe WFIRST permettra aux scientifiques de voir ces exoplanètes directement pour la première fois, et les images seront dans leurs vraies couleurs (en utilisant certains des autres filtres de couleur dans le CGI). Une simulation est présentée dans la figure de la page 9, où l'étoile bloquée est cachée à l'intérieur de l'anneau ; une planète est vue vers 5 heures, et l'étoile est supposée n'avoir aucune poussière zodiacale autour d'elle (à gauche) ou un fort nuage de poussière (à droite).
Masque réfléchissant plan pupillaire pour le SPC, 24 mm de diamètre, silicium noir sur miroir (à gauche).Masque réfléchissant à plan d'image pour la technologie de secours Coronagraphe à masque complexe d'amplitude induite par phase (PIAA-CMC), 155 µm de diamètre, éléments en relief sur silicium (centre). Masque de transmission image-plan pour HLC, 100-μm de diamètre, diélectrique surélevé et métal sur verre (à droite). Tous les masques ont été fabriqués dans le Micro-Devices Lab (MDL) du Jet Propulsion Laboratory (JPL).
WFIRST a terminé avec succès son examen du concept de mission en décembre 2015, en vue de son démarrage de phase A en janvier suivant (qui a également été un succès). Le CGI est considéré comme un instrument de démonstration technologique sur WFIRST ; il ne pousse pas les exigences de la mission au-delà de celles requises pour l'instrument à champ large. Cependant, avec un an de temps d'observation alloué sur une mission de six ans, La NASA s'attend à ce qu'elle réalise une percée scientifique, et démontrera les éléments technologiques clés pour les missions de suivi, dont le prochain pourrait viser à trouver des planètes habitables semblables à la Terre autour d'étoiles proches.
Simulation de l'image attendue avec CGI sur WFIRST d'une planète (vers 5 heures) avec un nuage de poussière nozodiacal (à gauche) et avec un nuage de poussière zodiacal (à droite). Crédit :NASA