13 Juin 2019

[Quézako?] Ce « masque » va repérer les explosions d’étoiles

Embarqué sur le satellite SVOM, l’instrument ECLAIRs utilise un « masque codé » pour localiser les sursaut gamma dans la voûte céleste. Observer ces évènements, c’est remonter dans le temps jusqu'à des époques proches du Big Bang !

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Crédits : CNES/APC/Tronquart Nicolas, 2019

Cette surprenante structure métallique est un des éléments essentiels de l'instrument français ECLAIRs qui sera embarqué à bord du satellite franco-chinois SVOM dont le lancement est prévu en 2021. Pourquoi essentiel ? Car sa mission sera de détecter les flashs lumineux dans le rayonnement gamma de la voûte céleste. Ces détections déclencheront l’alerte « sursaut gamma », véritable enchaînement d’opérations qui fournira, en moins de 5 min, la position précise de l'émission aux 3 autres instruments du satellite et aux télescopes terrestres. 

Observer l'enfance de l'Univers

Les rayonnements gamma sont émis à la mort d’étoiles massives. Ce sont les rayonnements les plus énergétiques de l’Univers. Les observer n’est pas facile car, un, ce sont des phénomènes évanescents comme le flash d’un appareil photo. Deux, il faut obligatoirement être dans l’espace car l’atmosphère terrestre bloque les rayons gamma — heureusement pour nous ! Trois, les photons du rayonnement gamma ont une telle énergie qu'ils traversent les miroirs et les lentilles sans subir de réflexion. Impossible de réaliser une image comme le fait un télescope classique avec la lumière visible, par exemple.

Pour contourner ce problème, les scientifiques ont trouvé une solution : une plaque de métal percée de multiples trous placée au-dessus d’un plan de détection et appelée « masque codé ». Lorsque la lumière passe au travers de cette plaque, l’ombre portée par le masque sur le plan de détection forme un motif unique. Il est alors possible, grâce à de savants traitements mathématiques, de déterminer dans quelle zone du ciel se situe la source lumineuse. Plusieurs observatoires spatiaux ont déjà utilisé cette technique comme le satellite européen Integral lancé en 2012. 

Le motif du masque codé d'ECLAIRs a nécessité plus de 2 ans de travail de la part des scientifiques

Des dizaines de milliers de motifs de ce masque ont été générés par ordinateur. Un compromis a dû être trouvé entre une performance de localisation élevée et une conception mécanique permettant au matériel de résister aux très fortes sollicitations mécaniques lors du lancement » souligne François Gonzalez, chef de projet SVOM au CNES.

Au final, le masque codé d'ECLAIRs (un carré de 54 cm de côté) est constitué de 40% de vide, de différentes couches de titane (choisi pour sa rigidité) et de tantale (choisi pour sa capacité d’absorption des rayonnements gamma). Les scientifiques espèrent repérer 70 sursauts par an (soit un tous les 5 jours) et les flashs émis par les toutes 1eres étoiles de l’Univers, celles qui ont synthétisé les éléments jusqu’au fer, et remonter dans le temps jusqu'à quelques millions d‘années juste après le Big Bang.

Représentation d’artiste de SVOM sur son orbite à 635 km d’altitude. Crédits : CNES/Oliver Sattler, 2015.

 

Motif sélectionné pour le masque codé d’ECLAIRs. Crédits : APC/CEA.

 

Représentation de l'évolution de l'Univers depuis le Big Bang. Crédits : NASA/WMAP Science Team.

La mission SVOM repose sur des télescopes spatiaux mais aussi terrestres. En explosant, les étoiles libèrent des ondes gamma (émission prompte) mais aussi des quantités phénoménales de particules qui interagissent avec le milieu interstellaire pour générer, dans un 2e temps, l’émission d’autres rayonnements (émissions rémanentes) visibles par les télescopes au sol : rayons X, visible, infra-rouge, ultra-violet.

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