La mission Euclid de l'ESA a franchi une autre étape importante avec la livraison des trois premiers détecteurs de pointe pour le spectromètre et le photomètre dans le proche infrarouge.

Euclid est une mission pionnière pour observer des milliards de galaxies faibles et enquêter sur l'origine de l'expansion accélérée de l'Univers, ainsi que la nature mystérieuse de l'énergie noire, matière noire et gravité. Le télescope spatial révélera les signatures de l'énergie noire sur la distribution 3-D des structures cosmiques.

Pour mener à bien cette mission exigeante, Euclide doit sonder le ciel avec une très grande précision dans les longueurs d'onde visibles et proches infrarouges. Ces mesures ne peuvent pas être faites depuis le sol, en raison de l'absorption atmosphérique et de la turbulence.

Pour atteindre ses objectifs, Euclid emportera deux instruments à grand champ :un imageur visible (VIS) et un spectromètre et photomètre dans le proche infrarouge (NISP). Une plaque dichroïque sur le télescope Euclid permet à la lumière entrante d'être partagée par les deux instruments, afin que les observations puissent être effectuées en parallèle par les deux canaux.

Les mesures combinées du NISP et du VIS fourniront des données sur l'amas de galaxies et la faible lentille gravitationnelle afin de déterminer la distribution de la matière noire et de l'énergie noire à travers l'Univers.

"Ces détecteurs forment la "rétine" proche infrarouge dans "l'œil" d'Euclide, le télescope de 1,2 mètre de diamètre et les instruments scientifiques qui l'accompagnent, " dit René Laureijs, Scientifique du projet de l'ESA pour la mission Euclid.

Un ensemble de détecteurs CCD dans l'instrument VIS cartographiera l'Univers en lumière visible, mais les détecteurs proche infrarouge du NISP sont sensibles aux longueurs d'onde invisibles à l'œil humain, où des galaxies très lointaines, 6-10 milliards d'années-lumière, montrer leur luminosité maximale.

"Euclide débloquera un inconnu, vue proche infrarouge du ciel en prenant des images de ces galaxies sur plus de 36% de la sphère céleste avec une netteté sans précédent, " dit Giuseppe Racca, Chef de projet de l'ESA pour Euclid.

Avec une structure en carbure de silicium, Le NISP est un instrument très complexe conçu pour permettre aux scientifiques de déterminer les décalages vers le rouge photométriques et spectroscopiques des galaxies. Les mesures photométriques dans le proche infrarouge fourniront des informations de couleur pour les galaxies imagées par VIS, tandis que les données spectroscopiques de décalage vers le rouge mesureront les vitesses auxquelles les galaxies s'éloignent de nous.

NISP est développé sous la responsabilité du Consortium Euclid, avec le CNES (Agence spatiale française) et le LAM/CPPM (Laboratoire d'Astrophysique de Marseille et Centre de Physique des Particules de Marseille) comme principaux contributeurs. Autres instituts et industries en Europe – en France, Italie, Allemagne, Espagne, Norvège, et le Danemark – sont également impliqués.

Les détecteurs NISP ont été achetés aux États-Unis parce que de tels dispositifs avancés n'étaient pas disponibles en Europe à l'époque. L'ESA a lancé un programme de développement dédié à Euclid avec les capteurs d'imagerie Teledyne de Camarillo, Californie, le leader dans la fabrication de détecteurs proche infrarouge utilisés en astronomie.

Suite à la qualification réussie d'un nouveau type de détecteur, en partenariat avec la NASA, les modèles de vol ont été conçus, procuré, et testé par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA. Ils ont ensuite été testés et caractérisés dans le laboratoire des détecteurs du Goddard Space Flight Center de la NASA avant d'être livrés en Europe.

Le 24 mars, les trois premiers détecteurs proche infrarouge HgCdTe (tellurure de mercure et de cadmium) pour l'instrument NISP, équipé d'une électronique de proximité conçue pour fonctionner par grand froid, températures cryogéniques, ont été livrés au LAM/CPPM en France.

Quand fini, l'instrument NISP comprendra 16 de ces détecteurs. Chacun d'eux est composé de 2040 × 2040 pixels, Taille 18 microns.

Les détecteurs couvriront un champ de vision de 0,53 degré carré – légèrement plus grand que le double de la zone couverte par une pleine lune. La voie photométrique est équipée de 3 filtres large bande (Y, J et H) couvrant les gammes de longueurs d'onde 900-1192 nm, 1192-1544 nm et 1544-2000 nm. Le canal spectroscopique est équipé de quatre différents, grisms basse résolution - prismes râpés qui divisent l'entrée, lumière proche infrarouge dans différentes longueurs d'onde.

"Techniquement, NISP est un défi, " dit Racca. " Le traitement des données à bord est nécessaire pour réduire le flux de données généré par les détecteurs de 4 mégapixels d'un facteur supérieur à 100, car il est impossible de livrer au sol toutes les données brutes du détecteur. Le spectrographe fournira des décalages vers le rouge pour environ 30 millions de galaxies au cours de la mission principale de 6 ans.

« Le NISP a passé son examen critique de conception en novembre 2016. Cela signifie que le feu vert pour la construction du modèle de vol NISP a été donné. La livraison de l'instrument achevé est attendue au cours du second semestre 2018. »

Pendant ce temps, suite à la livraison des détecteurs VIS en janvier 2017, l'arrivée des premiers détecteurs NISP est une étape importante dans le développement de l'instrumentation de l'engin spatial.

Chez Euclide, comme dans d'autres missions d'astronomie, les instruments scientifiques sont le premier matériel de vol à être livré car le vaisseau spatial est assemblé autour d'eux. De même, les détecteurs sont le premier matériel d'instrument à être préparé, car ils sont la première partie de la "chaîne" à caractériser et à assembler.

Chaque pixel des détecteurs dans le proche infrarouge du NISP sera désormais soigneusement caractérisé au CPPM. Ils seront ensuite assemblés pour former le plan focal du NISP et finalement intégrés au reste de l'instrument pour les tests instrumentaux au LAM.

L'instrument NISP sera livré pour intégration dans le module de charge utile Euclid au cours du second semestre de l'année prochaine.