Description du sujet de thèse

WST, le Wide Field Spectroscopic Telescope, est un projet de grand télescope (12-metres segmenté) grand-champ dédié à des observations spectroscopiques. C’est un projet particulièrement ambitieux (coût estimé 800 M€) que nous allons proposer comme prochain grand projet à l’ESO, l’organisation européenne d’astronomie. Le télescope sera équipé de deux instruments : (i) un spectrographe multi-objets à fibre, à basse et haute résolution, qui permettra d’observer simultanément jusqu’à 20,000 sources et (ii) un spectrographe intégral de champ avec un grand champ (9x MUSE). Ces deux instruments doivent pouvoir fonctionner ensemble. Les applications scientifiques de WST sont nombreuses : depuis l’observation des étoiles hôtes de planètes extrasolaires jusqu’à la cosmologie, en passant par les galaxies et les amas stellaires. On pourra consulter le white paper pour le détail des cas scientifiques. WST est le complément indispensable des grands observatoires au sol ou dans l’espace qui vont mener de grands relevés en imagerie (par exemple Euclid, LSST). C’est un grand projet international, qui regroupe 26 instituts de recherches, distribués en Europe et en Australie. En France 4 laboratoires de recherche sont directement impliqués (CRAL, IP2I, Lagrange et CEA) dans l’étude de concept, dont deux sur le site Lyonnais. C’est le CRAL qui pilote le projet. On trouvera plus d’informations sur ce site web.
Après un début d’étude qui a permis de préciser les TLRs (Top Level Requirements) et de produire un premier design du télescope, l’équipe WST s’engage maintenant dans l’étude de concept qui permettra de consolider les cas scientifiques, de finaliser le design du télescope et des instruments, de préciser le mode opératoire, et d’évaluer la faisabilité et le coût de WST. L’étude est prévue pour durer jusqu’à fin 2028.
La majeure partie du sujet de thèse consiste à réaliser le design opto-mécanique du train optique du télescope qui débute après le correcteur de champ jusqu’au plan détecteur du spectrographe intégral de champ. Le grand champ du télescope et la nécessité d’avoir deux foyers travaillant simultanément, nous ont conduit à développer un pré-design optique original. D’autre part, le nombre (144) et l’ouverture des spectrographes (f/1) conduiront certainement à des innovations dans leur design, par exemple, l’utilisation de détecteurs courbes. Le travail de la thèse sera de développer différents designs, d’évaluer leur performance, leur faisabilité et leur coût de réalisation, afin de retenir la meilleure solution. Ce travail se fera dans le contexte international du projet, en étroite collaboration avec les différents spécialistes (optique, mécanique, cryogénie, détecteurs, etc.) et avec les industriels pour évaluer la faisabilité et les coûts. Cette partie du travail se fera également en étroite collaboration avec les services instrumentaux du CRAL qui possèdent une longue expérience en spectrographie intégrale de champ (MUSE, Harmoni, BlueMUSE) et en spectrographie multi-objets (4MOST). Les résultats seront présentés et publiés dans les grandes conférences internationales biannuelle SPIE.
Un chapitre de la thèse (environ 1/5 du volume total) sera consacré à estimer l’impact de WST en astronomie extragalactique et plus particulièrement pour les galaxies à grand z. En effet, WST permettra d’observer plusieurs dizaines de millions de galaxies dite émetteur Lyman-alpha, soit plusieurs ordres de grandeur par rapport au nombre de sources observées avec MUSE. En utilisant le simulateur de temps d’exposition, il sera possible de quantifier l’impact scientifique des grands relevés qui pourront être menés avec le spectrographe intégral de champ de WST. Cette partie de la thèse se fera en étroite collaboration avec l’équipe Galpac du CRAL qui possède une grande expérience dans le domaine, tant dans les observations, que dans l’analyse et la simulation numérique. Les résultats seront publiés dans la deuxième version du white paper.
Cette thèse permettra à l’étudiant de s’immerger dans un très grand projet international, et de collaborer avec des nombreux chercheurs et ingénieurs, avec la perspective de pouvoir continuer en postdoc dans un des nombreux laboratoires du consortium ou même à l’ESO.

Contexte de travail

Ce travail se fera dans le cadre du projet WST (étude de concept), sur le site de l'Observatoire de Lyon (Saint-Genis-Laval) au sein de l'équipe GALPAC du CRAL (11 chercheurs) et en étroite collaboration avec le pole instrumentation du CRAL (10 ingénieurs et techniciens).

Contraintes et risques

Pas de contrainte, ni de risque identifiés.