NIRCam

NIRCam est un instrument à bord du télescope spatial James Webb. Il a deux tâches principales, en tant qu'imageur de 0,6 à 5 microns de longueur d'onde et en tant que capteur de front d'onde pour que les miroirs à 18 sections fonctionnent comme un seul[1],[2]. En d'autres termes, il s'agit d'une caméra et sert également à fournir des informations pour aligner les 18 segments du miroir primaire[3]. Il s'agit d'une caméra infrarouge avec dix réseaux de détecteurs de mercure-cadmium-tellurure (HgCdTe), et chaque réseau a un réseau de 2048x2048 pixels[1],[2]. La caméra a un champ de vision de 2,2 x 2,2 minutes d'arc avec une résolution angulaire de 0,07 seconde d'arc à 2 microns[1]. NIRCam est également équipé de coronographes, ce qui permet de collecter des données sur les exoplanètes proches des étoiles. Cela aide à imager tout ce qui se trouve à côté d'un objet beaucoup plus lumineux, car le coronographe bloque cette lumière[2].

NIRCam
NIRCam en 2013
Présentation
Type
Partie de
NIRCam en cours d'installation en 2014

NIRCam est logé dans le module d'instruments scientifiques intégrés, auquel il est physiquement attaché par des entretoises[3],[4],[5],[6]. Il est conçu pour fonctionner à 37 Kelvin (environ moins 400 degrés Fahrenheit), de sorte qu'il peut détecter le rayonnement infrarouge à cette longueur d'onde[3],[7]. Il est relié à l'ISIM par des entretoises et des sangles thermiques reliées à des radiateurs thermiques, ce qui permet de maintenir sa température[3]. L'électronique du plan focal fonctionnait à 290 kelvin[3].

NIRCam devrait être capable d'observer aussi faible que la magnitude +29 avec une exposition de 10000 secondes (environ 2,8 heures). Il fait ces observations à la lumière de 0,6 (600 nm) à 5 microns (5000 nm) longueur d'onde[4]. Il peut observer dans deux champs de vision, et chaque côté peut faire de l'imagerie, ou à partir des capacités de l'équipement de détection de front d'onde, la spectroscopie[8]. La détection du front d'onde est beaucoup plus fine que l'épaisseur d'un cheveu humain moyen[9]. Il doit fonctionner avec une précision d'au moins 93 nanomètres et lors des tests, il a même atteint entre 32 et 52 nm[9]. Un cheveu humain mesure des milliers de nanomètres de diamètre[9].

Principal
Infographie des instruments JWST et de leurs plages d'observation de la lumière par longueur d'onde

NIRCam dispose de deux systèmes optiques complets pour la redondance[3]. Les deux côtés peuvent fonctionner en même temps et voir deux zones de ciel distinctes ; les deux faces sont appelées face A et face B[3]. Les lentilles utilisées dans l'optique interne sont des réfracteurs triplet[3]. Les matériaux des lentilles sont le fluorure de lithium (LiF), un fluorure de baryum (BaF 2 ) et le séléniure de zinc (ZnSe)[3]. Les lentilles triplet sont des optiques de collimation[10]. Le plus grand objectif a 90 mm d'ouverture nette[10].

La gamme de longueurs d'onde observées est décomposée en une bande de longueur d'onde courte et une bande de longueur d'onde longue[11]. La bande de longueur d'onde courte va de 0,6 à 2,3 microns et la bande de longueur d'onde longue va de 2,4 à 5 microns ; les deux ont le même champ de vision et ont accès à un coronographe[11]. Chaque côté du NIRCam voit une parcelle de ciel de 2,2 minutes d'arc sur 2,2 minutes d'arc dans les longueurs d'onde courtes et longues; cependant, le bras à courte longueur d'onde a une résolution deux fois supérieure[10]. Le bras à grande longueur d'onde a un réseau par côté (deux au total) et le bras à courte longueur d'onde a quatre réseaux par côté, soit 8 au total[10]. Le côté A et le côté B ont un champ de vision unique, mais ils sont adjacents l'un à l'autre[10]. En d'autres termes, la caméra regarde deux champs de vision larges de 2,2 minutes d'arc qui sont côte à côte, et chacune de ces vues est observée à des longueurs d'onde courtes et longues simultanément avec le bras de longueur d'onde courte ayant deux fois la résolution du bras de longueur d'onde plus longue[10].

Composants
NIRCam Unité d'ingénierie de test, montrant certaines des optiques internes de NIRCam telles que les lentilles de collimation et les miroirs

Les composants du capteur de front d'onde incluent[8]:

  • Capteurs Hartmann dispersés
  • Grismes
  • Lentilles faibles

Parties de NIRCam[12]:

  • Miroir de sélection
  • Modèle CAO du module NIRCam.
    coronographe
  • Miroir premier pli
  • Lentilles collimatrices
  • Séparateur de faisceau dichroïque
  • Roue à filtres à ondes longues
  • Groupe d'objectifs de caméra à ondes longues
  • Plan focal à ondes longues
  • Assemblage de roue de filtre à ondes courtes
  • Groupe d'objectifs de caméra à ondes courtes
  • Miroir pliant à ondes courtes
  • Lentille d'imagerie pupillaire
  • Plan focal ondes courtes

Conception et fabrication

Les constructeurs de NIRCam sont l'Université d'Arizona, la société Lockheed Martin et Teledyne Technologies, en coopération avec l'agence spatiale américaine, la NASA[2]. Lockheed Martin a testé et assemblé l'appareil[12]. Teledyne Technologies a conçu et fabriqué les dix réseaux de détecteurs de mercure-cadmium-tellurure (HgCdTe) [13]. NIRCam a été achevé en juillet 2013 et il a été expédié au Goddard Spaceflight Center, qui est le centre de la NASA qui gère le projet JWST[7].

Les quatre principaux objectifs scientifiques de NIRCam comprennent :

« 1. Explorer la formation et l'évolution des premiers objets lumineux et révéler l'histoire de la réionisation de l'Univers.
2.Déterminer comment les objets observés de nos jours (galaxies, galaxies actives et amas de galaxies) se sont assemblés et ont évolué à partir de gaz, d'étoiles et de métaux présents dans l'Univers primordial.
3.Améliorer notre compréhension de la naissance des étoiles et des systèmes planétaires.
4.Étudiez les conditions physiques et chimiques des objets de notre système solaire dans le but de comprendre l'origine des éléments constitutifs de la vie sur Terre. »

— Opportunités scientifiques avec la caméra proche infrarouge (NIRCam) sur le télescope spatial James Webb (JWST) Biechman, et al.[14]

Électronique
NIRCam Assemblage du plan focal en cours d'inspection en 2013.

Les données des capteurs d'image (Focal Plane Arrays) sont collectées par l'électronique du plan focal et envoyées à l'ordinateur ISIM[3]. Les données entre le FPE et l'ordinateur ISIM sont transférées par connexion SpaceWire[3]. Il existe également l'électronique de contrôle des instruments (ICE)[3]. Les Focal Plane Arrays contiennent 40 millions de pixels[7].

Le FPE fournit ou surveille les éléments suivants pour le FPA[7]:

  • Puissance régulée
  • Synchronisation des données de sortie
  • Contrôle de la température
  • Commandes du mode opérationnel
  • Conditionnement des données d'image
  • Amplification des données d'image
  • Numérisation des données d'image

Filtres

NIRcam comprend des roues à filtres qui permettent à la lumière provenant de l'optique d'être envoyée à travers un filtre avant qu'elle ne soit enregistrée par les capteurs. Les filtres ont une certaine plage dans laquelle ils laissent passer la lumière, bloquant les autres fréquences ; cela permet aux opérateurs de NIRCam un certain contrôle sur les fréquences observées lors d'une observation avec le télescope.

En utilisant plusieurs filtres, le décalage vers le rouge des galaxies lointaines peut être estimé par photométrie[15].

Filtres NIRcam : Filtres à courte longueur d'onde (sous la bande morte dichroïque)

  • F070W
  • F090W
  • F115W
  • F140M
  • F150W
  • F150W2
  • F162M - dans la roue pupillaire, utilisée en série avec F150W2
  • F164N - dans la roue pupillaire, utilisée en série avec F150W2
  • F182M
  • F187N
  • F200W
  • F210M
  • F212N

Filtres à grande longueur d'onde (au-dessus de la bande morte dichroïque)

  • F250M
  • F277W
  • F300M
  • F322W2
  • F323N - dans la roue pupillaire, utilisé en série avec F322W2
  • F335M
  • F356W
  • F360M
  • F405N - dans la roue pupillaire, utilisé en série avec F444W
  • F410M
  • F430M
  • F444W
  • F460M
  • F466N - dans la roue pupillaire, utilisé en série avec F444W
  • F470N - dans la roue pupillaire, utilisée en série avec F444W
  • F480M

Diagramme étiqueté
Schéma étiqueté des composants de NIRcam

Articles connexes

Références
  1. « NIRCAM » (consulté le )
  2. « The James Webb Space Telescope » (consulté le )
  3. NIRCam Instrument Overview
  4. « NIRCAM » (consulté le )
  5. « The James Webb Space Telescope » (consulté le )
  6. « Instruments and ISIM (Integrated Science Instrument Module) Webb/NASA » [archive du ] (consulté le )
  7. « NirCam », www.lockheedmartin.com (consulté le )
  8. Thomas P. Greene, Laurie Chu, Eiichi Egami, Klaus W. Hodapp, Kelly, Leisenring, Rieke, Robberto et Schlawin, Space Telescopes and Instrumentation 2016: Optical, Infrared, and Millimeter Wave, vol. 9904, , 99040E (DOI 10.1117/12.2231347, arXiv 1606.04161, S2CID 119271990), « Slitless spectroscopy with the James Webb Space Telescope Near-Infrared Camera (JWST NIRCam) »
  9. « Lockheed Martin Readies One of the Most Sensitive IR Instruments Ever Made for NASA Telescope », www.lockheedmartin.com (consulté le )
  10. « Archived copy » [archive du ] (consulté le )
  11. « JWST - eoPortal Directory - Satellite Missions »
  12. « NIRCam for JWST » (consulté le )
  13. « NIRCam Detector Overview », JWST User Documentation
  14. http://authors.library.caltech.edu/36038/1/Beichman_2012p84422N.pdf Modèle:Bare URL PDF
  15. « NIRCam »

Liens externes

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