WEAVE : Le spectrographe multi-fibres nouvelle génération qui va percer de grandes énigmes de l’Univers

WEAVE (WHT Enhanced Area Velocity Explorer) est un spectrographe multi-objets fibré, installé sur le télescope de 4 mètres William Herschel, à l’Observatoire du Roque de los Muchachos de l’île de La Palma aux Canaries. WEAVE collecte la lumière au foyer primaire du télescope et la transporte par fibre optique jusqu’à une plateforme Nasmyth, 33 mètres plus loin, où le spectrographe est installé.

En décembre 2022, WEAVE a collecté avec succès ses premières lumières du Quintette de Stephan, un groupe de cinq galaxies, dont certaines sont en collision, situé dans la constellation de Pégase, à environ 280 millions d’années-lumière de la Terre (Image 1 en haut : Mode d’observation de WEAVE pointant vers le Quintette de Shephan pour l’observation de la première lumière. Il collecte la lumière de 547 points du ciel qui sera analysée par le spectrographe. Crédits : © NASA, ESA, CSA, STScI ; Aladin).

En effet, les spectres ont montré la fusion de deux galaxies grâce à la présence de gaz à l’extérieur des disques galactiques de NGC 7318a et NGC 7318b et une vitesse de déplacement de 2,9 millions de kilomètres par heure. Grâce à ces nouvelles installations, les observations effectuées sont presque 100 fois plus rapides qu’auparavant. Les données produites sont d’une grande qualité, ce qui promet de futures découvertes majeures. WEAVE produit des spectres de régions en deux heures et mesure les vitesses avec une précision de 12,5 km/s.

Gavin Dalton, chercheur principal de WEAVE, a déclaré : « La richesse de la complexité révélée de cette manière par une seule observation détaillée de cette paire de galaxies proches donne un aperçu de l’interprétation des millions de spectres que WEAVE obtiendra des galaxies de l’Univers lointain, et fournit une excellente illustration de la puissance et de la flexibilité de l’installation WEAVE ».

WEAVE offre trois modes d’observation qui conduisent à trois géométries pour les câbles de fibres optiques. Il y a :

• 2 MOS (multi-object spectroscopy) de 1008+960 fibres, pour l’observation des objets ponctuels individuels,
• 20 mIFUs (mini integral-field units) de 37 fibres chacun, pour l’observation des objets étendus avec de petites intégrales de champ,
• 1 LIFU (large integral-field unit) de 547 fibres, pour l’observation d’une grande intégrale de champ.

En France, WEAVE a été soutenu par le CNRS, l’Observatoire de Paris-PSL et l’Observatoire de la Côte d’Azur. Le GEPI porte la responsabilité du lot de travail associé aux fibres. SEDI-ATI fait partie des trois partenaires industriels qui ont assemblés les câbles.

De par nos multiples contributions dans la conception d’ensembles fibrés complexes pour grands instruments comme GIRAFFE, MEGARA ou MOONS, nous avons été sollicités pour une collaboration sur WEAVE. Nous avons ainsi travaillé au co-design, à l’élaboration et à l’assemblage des ensembles fibrés LIFU et MOS du spectrographe WEAVE. Nous avons apporté notre expertise dans le choix des matériaux, des fibres, et des gaines de protection. Et nous avons fabriqué et livré 1 LIFU et 1 MOS.

• Le LIFU qui est composé de 547 fibres optiques unitaires, de 170 microns de cœur. Côté télescope, les fibres sont compactées en module hexagonal avec un réseau de lentilles. Côté spectrographe, les fibres sont placées en fente afin de rattraper la courbure de champ.
• Un MOS qui comporte 960 fibres unitaires de 85 microns de cœur, réparties en 40 torons de 24 fibres de 33 mètres de long. Côté foyer du télescope, chaque fibre se finit par un bouton unitaire magnétique composé d’un prisme de renvoi d’environ 1,5 mm surplombé d’une matrice de lentilles. Côté spectrographe les fibres sont remises en fente pour recomposer la courbure de champ du télescope.

L’ensemble a été conçu et assemblé avec l’assurance de conserver un taux de transmission d’informations optimal compte tenu de sa longueur exceptionnelle de près de 50 kilomètres. En effet, nous sommes parvenus à livrer des ensembles fibrés de 547 et 960 fibres de 33 mètres de long chacune, avec un taux remarquable de voies endommagées inférieur à 10^-3.