Clefs n°58 Automne 2009
Clefs n°58 Automne 2009
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°58 de Automne 2009

  • Périodicité : annuel

  • Editeur : CEA

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 168

  • Taille du fichier PDF : 7,3 Mo

  • Dans ce numéro : dans les secrets de l'Univers.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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96 L’astrophysique et l’exploration de l’Univers 5. Rayons gamma INTEGRAL La lumière de haute énergie traverse facilement la matière et sa focalisation requiert des miroirs à très longue distance focale et dont l'état de surface est comparable à celui d'un plan cristallin. Il s'avère donc extrêmement difficile de former des images par réflexion ou réfraction. Pour contourner ces difficultés, les télescopes de l'observatoire spatial INTEGRAL (pour International Gamma Ray Astrophysics Laboratory) utilisent des « masques codés ». Il s'agit d'un dispositif qui s'inspire de la chambre noire des premiers photographes et tire avantage des possibilités de calcul contemporaines. Description• Dimensions : 4 m de diamètre. et 5 m de hauteur.• Poids : 4 tonnes.• Lancement : en 2002, depuis la base russe de Baïkonour, par une fusée Proton.• Position : orbite excentrique 10 000/150 000 km.• Durée de vie de la mission : 2 ans mais dimensionnée pour 5 ans et budgétisée jusqu’en 2012. Domaine spectral 15 KeV à 10 MeV Objectifs scientifiques Exploration approfondie par l’imagerie, la spectrométrie et la polarimétrie, des sites célestes émettant des rayons gamma de basse énergie. Instruments• IBIS (pour Imager on Board the INTEGRAL Satellite) pour fournir des images à haute résolution angulaire et une information spectrale à moyenne résolution.• SPI (Spectrometer for INTEGRAL) chargé de la spectrométrie gamma à très haute résolution.• Deux petits instruments d’accompagnement : JEM-X (pour Joint European Monitor) et OMC (pour Optical Monitor Camera) opérant respectivement dans la bande des rayons X et dans le domaine visible. Collaborations Observatoire de l’Agence spatiale européenne (Esa) et, pour la construction des instruments, un consortium de laboratoires situés en Allemagne, au Danemark, en Espagne, en France, en Irlande, en Italie, en Norvège, en Pologne et en Russie. Rôle du CEA• Conception et coresponsabilité de l’instrument IBIS. CLEFS CEA - N°58 - AUTOMNE 2009 Vue d’artiste d’INTEGRAL.• Simulation du dispositif expérimental et calcul de la réponse spectrale de l’instrument IBIS.• Étude, développement et maîtrise d’œuvre de la caméra ISGRI (pour INTEGRAL Soft Gamma-Ray Imager) de nouvelle génération, le plan supérieur du télescope IBIS.•Développement et maintenance des logiciels d’analyse scientifique d’IBIS et ISGRI.•Fourniture de l’électronique digitale de proximité du spectromètre SPI.•Responsabilité de l’étalonnage de SPI auprès de l’accélérateur tamdem installé sur le centre CEA de Bruyères-le-Châtel.•Conception de l’étalonnage du satellite INTE- GRAL, fourniture d’un générateur X et de sources radioactives. Notre Galaxie est-elle une Voie lactée à proprement parler, autrement dit son émission est-elle due à des nébuleuses ou à des étoiles ? Depuis Galilée, on sait que les étoiles dominent l’émission visible. En revanche, il a fallu attendre INTEGRAL pour savoir ce qu’il en est dans le domaine des photons gamma de basse énergie. La réponse dépend de l’énergie des photons. En dessous de 200 keV, IBIS a montré que l’émission de notre Galaxie s’avère totalement dominée par celle des systèmes binaires accrétants. Ceux-ci sont formés d’un trou noir ou d’une étoile à neutrons qui arrache de la matière à son compagnon. C’est l’émission de cette matière, portée à 100 millions de degrés, qu’IBIS a détectée. S’il y a une émission interstellaire, elle est beaucoup plus faible dans ce domaine d’énergie. En revanche, les systèmes binaires émettent peu au-delà de 200 keV et c’est probablement l’émission de décroissance du positronium, pseudo-atome formé d’un électron et d’un positon, dans le milieu interstellaire, qui domine celle de la Galaxie. C’est le cas à 511 keV, où les performances spectrométriques de SPI ont permis de mettre en évidence la morphologie de l’émission. Celle-ci se compose d’un sphéroïde de 8° d’extension trônant au centre de notre Galaxie et d’un disque de luminosité comparable. Il semble que l’on trouve plus d’émission à 511 keV du côté où l’on trouve aussi plus de systèmes binairesX. Cette différence est-elle réelle ? Y-a-t-il un lien de cause à effet ou ces deux constatations résultentelles simplement d’une asymétrie plus générale de notre Galaxie ? Telles sont quelquesunes des questions auxquelles INTEGRAL doit encore apporter ses lumières dans les années à venir. > François Lebrun Service d’astrophysique (SAp) Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers (Irfu) Direction des sciences de la matière (DSM) Unité mixte de recherche (CNRS-Université de Paris7-CEA-Observatoire de Paris) Laboratoire astroparticules et cosmologie (CNRS-Université de Paris 7- CEA) CEA Centre de Saclay (Orme des Merisiers) ESA
Fermi Gamma-Ray Space Telescope Capable de capter un rayonnement de très haute énergie, le télescope Fermi est dédié à l’étude de l’accélération des particules. Il doit son nom à Enrico Fermi (1901-1954), physicien italien qui a proposé un mécanisme d’accélération des particules par onde de choc, à l’œuvre dans de nombreux astres. Domaine spectral Bande d’énergie comprise entre 20 MeV et 300 GeV. Description• Dimensions : 2 m sur 2m.• Poids : 2,8 tonnes.• Lancement : en 2008, du Centre spatial Kennedy (Cap Canaveral).• Position : 565 km d’altitude.• Durée de vie de la mission : 5 ans, voire 5 ans de plus. Objectifs scientifiques Étudier l’accélération de particules auprès : • des trous noirs d’origine stellaire (microquasars) ; • des trous noirs géants tapis au centre des galaxies (quasars) ; • des étoiles à neutrons (pulsars) et de leurs vents de particules ultra-relativistes ; •des vestiges d’explosion de supernovae dont l'onde de choc accélère probablement les rayons cosmiques ; • des explosions d’hypernovae à l'origine des sursauts. Étudier les nuages interstellaires irradiés par les rayons cosmiques et cachant du gaz noir invisible. Instruments• Un télescope sensible aux rayons (20 MeV à 300 GeV) constitué d’un trajectographe en pistes de silicium interlacées de feuilles de tungstène servant à convertir les rayons en paires d’électron-positon, puis à suivre leurs traces pour reconstituer la direction des rayons incidents. Sous le trajectographe se trouve un ensemble de cristaux scintillants en iodure de césium où les paires déposent leur énergie, ce qui permet de remonter à celle du rayon d’origine. L’ensemble du dispositif est entouré de plaques de scintillateurs plastiques pour repérer le passage des nombreuses particules chargées qui frappent le télescope, et sont ainsi rejetées, pour ne garder que les rares rayons. L’ensemble présente un champ de vue exceptionnel (2 sr), capable de couvrir tout le ciel toutes les 3 heures.• Un détecteur de sursauts fonctionnant de 8 keV à 30 MeV. Collaborations États-Unis, France, Italie, Allemagne, Japon, Suède. L’observatoire Fermi dans sa coiffe, avant d’être installé dans la fusée qui l’a mis en orbite. Rôle du CEA Responsabilité totale ou partielle d’éléments fondamentaux de l’analyse des données : catalogue des sources, modèle d’émission de la Voie lactée. Les performances instrumentales de GLAST- Fermi sont à la hauteur des espérances. La carte du ciel obtenue après seulement 3 mois d’observations révèle déjà plus de détails que les 9 années d’observations du précédent satellite EGRET (pour Energetic Gamma Ray Experiment Telescope). Des centaines de sources ont été détectées et le piqué des images a été amélioré d’un facteur 2. Le gain en sensibilité montre un ciel très animé, rythmé par les clignotements rapides des pulsars qui tournent sur eux-mêmes des dizaines ou centaines de fois par seconde, par les fréquentes éruptions des quasars au fil des heures et des jours, et par la lente périodicité des systèmes binaires sur les mois que prend le trou noir ou pulsar pour tourner autour de son étoile compagnon. Fermi a déjà découvert les pulsations de plusieurs dizaines de pulsars dont certains étaient inconnus à d’autres longueurs d’onde, ainsi que des dizaines de nouveaux quasars non actifs du temps d’EGRET. Le plus lointain, situé à presque 12 milliards d’années-lumière, illustre la grande portée du télescope qui a également détecté (jusqu’à 10 GeV) le sursaut le plus puissant jamais vu, à 12,4 milliards d’années-lumière. > Isabelle Grenier Service d’astrophysique (SAp) Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers (Irfu) Direction des sciences de la matière (DSM) Unité mixte de recherche astrophysique interactions multi-échelles (CEA-Université Paris 7-CNRS) CEA Centre de Saclay (Orme des Merisiers) CLEFS CEA - N°58 - AUTOMNE 2009 97 NASA



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