Glast, un satellite pour traquer les pires explosions de l'Univers

Glast, un satellite pour traquer les pires explosions de l'Univers


Par Jean Etienne, Futura-Sciences



Le 5 juin prochain, une fusée Delta-2 de United Launch Alliance lancée depuis Cap Canaveral devrait placer sur orbite le satellite astronomique Glast, destiné à étudier les événements les plus violents de l’Univers : les émissions gamma.

Acronyme de Gamma-ray Large Area Space Telescope, Glast se compose de deux instruments, le Large Area Telescope (LAT) et le GLAST Burst Monitor (GBM). Le LAT est l'instrument primaire de Glast et le GBM l'instrument complémentaire.



Glast avant son intégration. Crédit Nasa



Avec une sensibilité trente fois supérieure aux instruments de la génération supérieure et un champ de vision permanent de 20 degrés, le LAT devrait permettre de détecter des milliers de nouvelles sources gamma durant ses cinq années de durée de vie prévues (pouvant être portées à dix). En mission de surveillance il pourra couvrir la totalité du ciel en trois heures et possède une capacité de réorientation automatique et autonome en cas de découverte de nouvelle source ou de GRB (Gamma Ray Burst).

Glast détecte des rayonnements dans une gamme d'énergie de 8.000 électronvolts (8 keV) jusqu’à 300 milliards d’électronvolts (300 GeV).

Le LAT, un mille-feuille pour pièger les particules les plus énergétiques

Le LAT détecte les particules de plus hautes énergies, comprises entre 30 MeV à 300 GeV. Cet instrument est composé de trois parties : un trajectographe constitué de pistes de silicium (880.000 pistes) permettant de déterminer la trajectoire donc la direction d’origine des rayonnements gamma, un calorimètre intégrant des scintillateurs (1.536 barreaux d’iodure de césium) servant à déterminer leur énergie et un dispositif de rejet des particules indésirables, l’ensemble se déclinant en 16 ensembles de détecteurs groupés par quatre.




Schéma de fonctionnement. Voir les explications dans le texte. Crédit Nasa



Un rayon gamma pénétrant dans le dispositif

1) Un rayon gamma pénètre dans le LAT. Il traverse d’abord un détecteur d’anticoïncidence, élément-clé du dispositif de rejet. Cette traversée ne produit pas de signal.

2) Le rayon interagit avec une feuille mince de tungstène et se transforme en une paire électron et positron, selon la loi d’équivalence matière/énergie d’Einstein (E=mc²).

3) Le Tracker, un détecteur fait d'un empilement de feuilles à pistes de silicium, détermine la trajectoire des deux particules et en conséquence la direction d’origine du rayon gamma original.

4) Les deux particules atteignent le calorimètre, qui mesure leurs énergies et donc celle du rayon gamma original. Cet élément est composé d’iodure de césium et produit des flashes lumineux dont l’intensité est proportionnelle à l’énergie de la particule absorbée.

5) Contrairement aux rayons gamma, les particules étrangères constituant le bruit de fond produisent un signal dans le détecteur d’anticoïncidence, ce qui permet au système d’acquisition (Data Acquisition System) de rejeter les données ne correspondant pas à un rayon gamma. On estime que 99,97 % des signaux correspondront à ce bruit de fond ou autres parasites, et seront ainsi éliminés.

Le GBM, pour les X et les rayons gamma mous

Complémentaire du LAT, le GBM couvre la gamme des basses énergies, de 8 KeV à 30 MeV. Il se compose de 12 détecteurs à iodure de sodium pour les rayons X et les rayons gamma à énergie réduite, et de deux détecteurs en germanate de bismuth pour les rayons gamma de haute énergie. Ils peuvent apercevoir en permanence l’ensemble du ciel non occulté par la Terre et on s’attend à ce qu’ils identifient jusqu’à 200 GRB par an, aussi bien que les éruptions chromosphériques et d’autres événements passagers.




Schéma de principe du GBM. Voir les explications dans le texte. Crédit Nasa



Le GBM fonctionne de façon différente du LAT. Voici le déroulement d'une détection.

1) Les rayon X ou gamma frappent un ensemble de disques en iodure de sodium, qui réagissent en produisant un éclat lumineux lui-même détecté par un tube photomultiplicateur. Leur gamme de fréquences s'étend de 8 KeV à 1 MeV.

2) Les rayons produisent un éclat lumineux d’autant plus vif que leur angle d’incidence est élevé par rapport au disque d’iodure de sodium.

3) En comparant l’intensité des éclats produits par un ensemble de disques d’angles variés (4 ou plus), le calculateur de bord déduit la direction de la source par triangulation.

4) Deux détecteurs au germanate de bismuth (gamme de 150 KeV à 30 MeV) réagissent aux rayons gamma à haute énergie de la même façon.

Sur le satellite, les deux types de détecteurs sont placés de façon diamétralement opposée de chaque côté du satellite afin de couvrir la totalité du ciel.



Distribution des GBM sur le satellite. Crédit Nasa.



Les participants au programme Glast :

Pour le LAT

États-Unis : Stanford Linear Accelerator Center ; NASA Goddard Space Flight Center ; U.S. Naval Research Laboratory ; Ohio State University ; University of California (Santa-Cruz) ; Sonoma State University ; University of Washington ; Texas A&M University-Kingsville.

France : Centre d’Études Nucléaires de Bordeaux-Gradignan ; Service d’Astrophysique, Dapnia, CEA Saclay ; Centre National d’Études Spatiales ; Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules ; Laboratoire Leprince-Ringuet de l’École Polytechnique ; Laboratoire de Physique Théorique et Astroparticules, Montpellier.

Japon : University of Tokyo ; Tokyo Institute of Technology ; Institute for Cosmic-Ray Research ; Institute for Space and Astronautical Science ; Japan Aerospace Exploration Agency ; Hiroshima University.

Italie : Istituto Nazionale di Fisica Nucleare ; Istituto di Fisica Cosmica ; Università di Bari ; Università di Padova ; Università di Perugia ; Università di Pisa ; Università di Roma 2 ; Università di Trieste ; Università di Udine.

Suède : Royal Institute of Technology ; Stockholms Universitet.

Pour le GBM

Etats-Unis : National Space Science and Technology Center ; Marshall Space Flight Center ; The University of Alabama (Huntsville)

Allemagne : Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik.