CORONA (pour CORONographe Antarctique) est
un coronographe stellaire antarctisé développé par
l'équipe de F. Vakili (LUAN, Univ. de Nice) pour l'hivernage
DC2. Le concept de coronographe a
été inventé par Bernard Lyot dans les
années 1930 pour observer la couronne solaire très peu
lumineuse et noyée dans l'intense rayonnement du Soleil. Lyot
avait eu l'idée de placer une pastille opaque sur l'image du
Soleil formée par une lunette astronomique de manière
à occulter le disque solaire et ne laisser passer que la
lumière de la couronne.
Le coronographe stellaire s'inspire du dispositif de Lyot, à
ceci près que ce sont des étoiles que l'on observe (et
non le Soleil). On cherche à atténuer la lumière
provenant de l'étoile pour pouvoir observer d'éventuelles
planètes ou compagnons faibles dans les alentours. Une technique
désignée aujourd'hui sous le nom d'imagerie à
haute dynamique.
Le schéma optique est détaillé dans la figure
ci-dessus (Abe et al., 2001, A&A 374, 1161). Le coeur du
coronographe est une pièce optique de
quelques centimètres de côté découpée
en 4 quadrants qui produisent des déphasages de 0 et pi. Ces
déphasages sont produits par deux paires de fines lames de verre
croisées, d'indices de réfraction différents. Ce
masque est l'équivalent de la pastille occultant le Soleil dans
le coronographe de Lyot. Le reste du montage comprend un diaphragme (le
Lyot-stop) qui bloque la lumière de l'étoile
rejetée sur les bords de la pupille (un effet optique produit
par le masque 4 quadrants).
Le masque à 4 quadrants est placé au foyer du
télescope (un C14 dans le cas de Corona). Lorsqu'on observe une
étoile entourée d'une planète ou d'un compagnon,
on centre l'étoile au milieu des 4 quadrants. La lumière
de l'étoile est alors découpée en 4 parties de
surface identique subissant des déphasages différents. Le
résultat est une extinction totale sur l'axe par
interférences lumineuses. A l'inverse, l'image du compagnon se
forme sur une zône périphérique du masque, elle
n'est pas affectée (voir image ci-dessous).
Juste avant le coronographe une lame
semi-transparente renvoie une partie de la lumière vers une
caméra vidéo de guidage permettant de sélectionner
les images correctement centrées sur l'axe optique. Une seconde
caméra CCD en bout de chaine enregistre les images
coronographiées.
Un bon alignement de l'optique est crucial pour obtenir des
performances optimales. Un banc optique (voir photo ci-contre) a
été installé dans le labo à Concordia
dès le début de la campagne d'été en
Novembre 2005. Une étoile artificielle a été
réalisée en plaçant un trou-source
éclairé par un laser au foyer du télescope M16 du
SSS. L'onde plane sortant du M16 entre ensuite dans le C14 puis dans
Corona.
Les premiers essais sur le ciel ont eu lieu en Décembre 2005. Le
premier objet observé fut Canopus, notre étoile
fétiche (elle est également utilisée pour le DIMM
et le SSS). C'est une étoile simple, elle n'a ni planète
ni compagnon connu. Mais elle nous a permis de mesurer les performances
d'extinction du coronographe, c'est à dire le rapport entre
l'intensité de lumière reçue sans coronographe et
avec coronographe. L'extinction obtenue a été de l'ordre
de 10. Ci-dessous une image coronographiée de Canopus (on
distingue nettement la séparation de l'image en 4 quadrants) et
une comparaison entre image coronographiée et non
coronographiée.
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Toujours
en campagne d'été, des essais ont été fait
sur les étoiles doubles brillantes alpha Cen et alpha Crux (voir
images ci-contre). L'une des étoiles de la binaire,
placée sur l'axe optique, est éteinte par le
coronographe, l'autre ne l'est pas. Les performances obtenues sont
comparables à celles de Canopus avec des extinctions moyennes de
l'ordre de 10.
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CORONA (for CORONograph Antactic) is a
stellar coronograph, customized for Antactica. It was developped by the
team of F. Vakili (LUAN, Nice University) for the second winterover.
The coronograph concept was invented by Bernard Lyot in the 30's to
observe the solar corona, very faint and difficult to detect in the
intense solar light. Lyot had the idea to place an opaque mask on a Sun
image at the focus of a telescope.
The stellar coronograph derives from the Lyot concept. The targets are
stars, no more the Sun. The aim is to attenuate the light coming from
the star to see planets of faint companions in the neighbourhoud. Such
a technique is now called "high dynamic range imaging".
The optical layout of Corona is drawn in the figure on the left (Abe et al., 2001, A&A 374, 1161). The
heart of the coronograph is a small optical device (a few square
centimeters), divided in 4 quadrants producing 0 or pi phase shifts on
the incident light. These phase shifts are obtained with two crossed
pairs of parallel plate with different refrection indices. This phase
mask replaces the opaque mask in the Lyot coronograph. The remaining of
the optical bench is made of lenses and a diaphram (the Lyot-Stop)
blocking the light rejected on the pupil edges by the phase mask.
The 4-quadrants mask is placed at the focus of a telescope (a C14 in
the case of Corona). When observing a star with a planet or a
companion, the star is centered at the intersection of the 4 quadrants
(see image on the left). The light of the star is divided into 4 parts
of equal surface and phase-shifted by 0 or pi. The result is a total
extinction on the optical axis by interferences. On the other hand, the
image on the companion forms elsewhere on the mask and is not affected
(or it is globally phase-shifted, which has no effect on the image).
Just before the phase mask, a semi-transparent plate sends part of the
incoming light to the a video camera used for guiding. It also allows
to reject all bad-centered images. A second CCD camera records
coronographied images at the end of the bench.
A good optical alignment is mandatory to obtain best performances. An
optical bench was set up in the Concordia lab (see photo hereafter) at
the beginning of the summer campaign in November 2005. An artificial
star was created using a pinhole lit by a laser at focus of the M16
telescope (the one used later for the Scidar). This forms a plane
wavefront that enters the C14 and Corona.
First trials on the sky were made in December 2005. The first target
was Canopus (our favourite star, also used for DIMM and SSS
observations). It is a single star with no known planet or companion.
But we could use it to estimate the extinction performances of Corona
(the ratio of the intensity without coronograph to the intensity with
coronograph). We obtained an extinction around 10. Pictures on the left
show a snapshot image of Canopus (we can easily see the separation
between the 4 quadrants) and a comparison between a coronographied a
uncoronographied image.
Observations of double stars were also performed during the summer
campaign. Hereafter are some results obtained on the bright binaries
alpha Cen and alpha Crux. The performances are similar to whet we
obtained with Canopus, with an extinction still around 10.
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