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NISP

NISP, de son nom complet spectrophotomètre proche infrarouge, est l’un des deux instruments qui voyagera à bord du satellite Euclid. Doté de la plus grande caméra infrarouge jamais envoyée dans l’espace et de ses deux modes d’opération, il fournir de précieuses informations nécessaires pour reconstruire les cartes de galaxies en 3 dimensions !

NISP

le spectro-photomètre
proche infrarouge

Le spectro-photomètre proche infrarouge, ou plus communément renommé NISP (de l’anglais Near Infrared Spectro-Photometer), est un des deux instruments embarqués à bord du télescope spatial Euclid. Comme son nom l’indique, cet instrument possède la particularité de pouvoir fonctionner sur deux modes différents : photométrique et spectroscopique. Spécifiquement élaborée pour répondre aux objectifs scientifiques, cette combinaison technologique nous permettra de mesurer très précisément les distances de milliards de galaxies couvrant une large partie de l’histoire de l’Univers. Avec ces mesures, les scientifiques pourront élaborer des cartes 3D de l’Univers à différentes époques, éléments cruciaux pour comprendre l’évolution des grandes structures.

Le modèle de vol l’instrument NISP au Laboratoire d’Astrophysique de Marseille ©Euclid Consortium/LAM

Son architecture

Cet instrument possède une architecture ambitieuse complexe composée de trois parties principales. La première est un assemblage opto-mécanique dans lequel on retrouve la structure de l’instrument ainsi que ses composantes mécaniques et optiques. À l’instar du satellite Gaïa, la partie structurelle de l’instrument a été conçue en carbure de silicium (abbrévié SiC, de l’anglais Silicon Carbide), une céramique dont les déformations dues aux variations de températures sont isotropes (identiques dans toutes les directions) et surtout parfaitement connues et déterministes.

La deuxième partie comprend l’ensemble du système de détection. Le plan focal, une mosaïque carrée composée de 16 détecteurs, viendra capter la lumière des astres.

Pour contrôler les opérations et assurer le traitement des données, l’instrument est doté d’une dernière partie : l’assemblage électronique. Il s’agit là du système nerveux de l’instrument. Contrairement aux deux premiers assemblages qui fonctionnent respectivement à -130°C et à -180°C, les composantes électroniques opérant à environ 20°C sont placées dans un compartiment à part – le module de service – regroupant l’ensemble des éléments chauds du satellite.

Deux modes
d’observation

L’assemblage opto-mécanique (en SiC) porte les différents équipements composant la partie froide du NISP : les optiques, une roue comportant 4 filtres, une autree comportant 4 grisms (une optique combinant un réseau et un prisme, grating et prism en anglais), une source de calibration et le plan focal. Les rotations des roues constituent l’élément clé de sélection des modes de fonctionnement et des bandes spectrales dans lesquelles nous souhaitons observer.

Avec 3 filtres montés sur une première roue, les scientifiques vont pouvoir réaliser de la photométrie, c’est-à-dire que l’instrument prendra des images à grand champ de vue en ne filtrant – comme son nom l’indique – que certaines parties (ou bandes spectrales) de la lumière. Ces trois filtres Y, J et H vont bloquer une partie de la lumière pour ne laisser passer que la lumière dont les longueurs d’onde sont respectivement comprises entre 950-1192nm, 1192-1544nm et 1544-2000nm, des longueurs d’onde appartenant au domaine du proche infrarouge.

La seconde roue est dédiée au mode spectroscopique. Habituellement, pour faire de la spectroscopie, c’est-à-dire pour disperser la lumière tel un arc-en-ciel, les scientifiques utilisent des fentes et un réseau dispersif. Dans le cas de l’instrument NISP, aucune fente n’est utilisée ! À la place, toute la lumière des images est dispersée au moyen de 4 prismes-réseaux, les « grisms », couvrant la plage de longueur d’onde 950-1850nm. Il s’agit d’optiques circulaires dans lesquelles ont été gravés de nombreux traits. En raison de ce mode sans fente et pour éviter ainsi les chevauchements de spectres de lumière des objets célestes, les grisms vont disperser la lumière dans des directions décalées les unes des autres. Les 3 grisms rouges couvrant la bande spectrale 1250-1850nm seront dirigés à 0°, 90° et 180° tandis que le grism bleu (920-1300nm) à 90°.

Pour chacun des champs observés, NISP va récolter successivement des données à travers chacun des filtres et des grisms.

Une grande
coopération

Les principaux pays contributeurs au NISP sont : la France, l’Italie, l’Allemagne, l’Espagne, le Danemark et la Norvège, ainsi que les États-Unis (NASA) pour les détecteurs.

Et la France dans tout ça?

Le CNES, le CNRS et le CEA sont fortement engagés sur le NISP :

• le Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM) est responsable de l’instrument et assure la maîtrise d’ouvrage de l’instrument. Les équipes du LAM sont fortement impliquées dans la conception, la construction et l’intégration de l’instrument. Les grisms et la structure en carbure de silicium ont été conçus au LAM.
• le Centre de Physique des Particules de Marseille (CPPM) et l’Institut de Physique des 2 Infinis (IP2I) sont responsables de la caractérisation des détecteurs et de la vérification de leur performance.
• Le Commissariat à l’Énergie Atomique (CEA) a fourni les mécanismes cryogéniques des roues à filtre et à grism
• Le Centre National d’Études Spatiales (CNES) contribue au financement de la partie Française du NISP. Le CNES met à disposition des ressources clé au LAM. Enfin le CNES apporte son expertise technique sur certaines activités du NISP.