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Dossiers de presse

 

Paris, le 20 juin 2001

 

Thémis : une chance pour l'astronomie gamma au sol

 


 

1987 : la première génération

Asgat (Astronomie gamma at Themis)
Cette expérience du CEA devait rechercher des sources de rayonnement gamma dans une gamme d’énergie de 700 à 1500 milliards d’électronvolts. Elle disposait de 7 grands miroirs paraboliques de 7 m de diamètre, qui couvraient un hexagone de 60 m de côté.

Themistocle
Cette expérience du CNRS/IN2P3 et de l’Université de Perpignan avait pour objectif d’étudier les propriétés des rayons gamma dans une gamme d’énergie se situant de 2000 à 15000 milliards d’électronvolts ; elle utilisait 18 petits miroirs paraboliques de 80 cm de diamètre répartis sur un champ plus vaste (170 m x 300 m) ; ces miroirs étaient enfermés dans des capots qui les protégeaient des lumières parasites la nuit.

Ces deux expériences ont permis d’observer la Nébuleuse du Crabe, une source bien identifiée de rayons gamma, de préciser les caractéristiques de son émission gamma et d’en évaluer pour la première fois le flux au-delà de 1000 milliards d’électronvolts.

 

1996 : la deuxième génération

CAT (Cerenkov array at Themis)
Une équipe de l'Ecole Polytechnique ainsi qu'une équipe de l'Université de Prague et de Toulouse ont rejoint les groupes d'Asgat et de Themistocle pour construire et installer un nouveau télescope utilisant une technique différente. CAT est en effet destinée à atteindre des énergies plus basses que celles des expériences précédentes (de 200 à 10000 milliards d’électronvolts), d’origines galactique et extragalactique.
CAT utilise un seul grand miroir de 5m. L'image de la gerbe est formée dans le plan focal de ce miroir et est analysée avec une caméra à haute résolution, formée de 546 petits photomultiplicateurs (9 mm de diamètre). Le miroir est formé par l'assemblage de 90 petits miroirs de 50 cm de diamètre conduisant à une surface réflectrice de 16 m2 et la caméra est placée à une distance de 6 m du miroir.

Ce télescope fonctionne parfaitement depuis 1996. Deux sortes d'objets ont été observés :

  • dans l'environnement "immédiat" de la Terre : des restes de supernovae, dont la Nébuleuse du Crabe qui est considérée aujourd’hui comme une source de référence car elle est très stable et bien caractérisée maintenant par de nombreux observatoires à travers le Monde ;
  • beaucoup plus lointains : des noyaux actifs de galaxie, dont "Markarian 501" qui a connu, en février et en octobre 1997, un comportement extraordinaire avec une série d’éruptions pouvant conduire, d’une nuit à l’autre, à des variations d’intensité d’un facteur 10 ; l'étude de cette source se poursuit simultanément avec des expériences en satellite, de façon à couvrir un grand domaine d'énergie, les résultats corrélés entre ces différents détecteurs apportant en outre des informations importantes pour comprendre le processus d'émission des rayons gamma.

 

2000 : la troisième génération

Celeste
Cette nouvelle expérience, dont la construction a démarré en 1997, est menée par des physiciens de l'IN2P3, des Universités de Bordeaux, Perpignan, Toulouse et Prague. Dans ce projet, les physiciens ont voulu mettre à profit le maximum d'héliostats de la centrale. Actuellement 40 d’entre eux sont équipés, chacun utilisant les miroirs d'origine de 54 m2. Ces miroirs renvoient la lumière en haut de la tour de100 m sur une optique secondaire, qui concentre la lumière vers 40 photomultiplicateurs, chacun "voyant" un des grands miroirs du champ. Dans cette expérience, la très grande surface de collection permet d'abaisser encore le seuil de détection des gerbes aux environs de 30 milliards d’électronvolts.

L'enjeu scientifique de Celeste est d'ouvrir une nouvelle fenêtre d'observation astrophysique, pour des énergies de rayons gamma situées entre 30 et 300 milliards d’électronvolts environ. Il s'agit de la dernière zone encore inexplorée d’un spectre électromagnétique qui s'étend sur 20 ordres de grandeur. L’expérience a déjà réalisé l’observation, autour de 50 milliards d’électronvolts, des rayons gamma provenant du noyau actif de galaxie Markarian 421. Les premiers résultats sont très prometteurs et vont certainement apporter de nouvelles découvertes.

L'atout majeur, pour la communauté française, est d'avoir eu l'opportunité d'installer sur le même site deux détecteurs différents dont les observations ont apporté une reconnaissance mondiale.

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