Astronomie gamma : le prototype Cocote a pris son envol
Trois laboratoires de l'IN2P3 collaborent au projet de recherche et développement Compact Compton Telescope (Cocote) visant à préparer une nouvelle mission spatiale d'astronomie gamma. Le 2 juillet 2016, un prototype de télescope a été lancé dans la haute atmosphère depuis la base du Centre national d'études spatiales (Cnes) d'Aire-sur-l'Adour (40). Les données enregistrées pendant le vol permettront de tester les détecteurs dans des conditions environnementales représentatives de celles rencontrées en orbite terrestre.
Divers phénomènes énergétiques de l'Univers (explosions d'étoiles, annihilation d'antiparticules, accrétion de matière par des trous noirs…) sont observés depuis 2002 par le satellite Integral de l'Agence spatiale européenne (ESA) grâce à la combinaison de deux instruments sensibles aux rayons gamma. Mais pour aller plus loin et découvrir de nouvelles sources de rayonnements gamma dans le cosmos, le prochain observatoire spatial devra être en mesure de détecter des flux de photons gamma bien plus faibles que ceux à la portée des instruments actuellement en opération. Le projet Cocote vise à construire le démonstrateur d'un futur télescope spatial à partir de nouvelles technologies de détecteurs et d'une électronique de lecture intégrée.
Début 2016, le Cnes a proposé à la collaboration Cocote une opportunité de vol de détecteurs dans la stratosphère dans le cadre d'une procédure de qualification de vol ballon. Ainsi, le 2 juillet, le dispositif expérimental a été envoyé à 29 km d'altitude pour un vol qui a durée 11 heures.
Des détecteurs de rayons gamma dans une cocotte-minute
Pour cette expérience, la charge utile comprenait un assemblage de détecteurs au silicium et un calorimètre constitué d'un cristal scintillant de bromure de cérium (CeBr3) couplé à un photomultiplicateur à tube multi-anodes 64 voies. Les instruments ont été conçus et mis en place par le laboratoire Astroparticule et cosmologie (APC, CNRS/CEA/Université Paris Diderot/ Observatoire de Paris), l'Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers (Irfu, CEA) et le Centre de sciences nucléaires et de sciences de la matière (CSNSM, CNRS/Université Paris Sud).
Pour se prémunir des effets de la faible pression atmosphérique à haute altitude, l'ensemble de détection a été placé dans une… cocotte de cuisine ! Le dispositif a été préalablement qualifié par une série de mesures dans une enceinte climatique de l'Institut de physique nucléaire d'Orsay (IPNO, CNRS/Université Paris Sud).
Le graphique ci-dessous montre le taux de comptage du détecteur au CeBr3 pendant le vol. On voit qu'il a rapidement diminué après le lancement à 4 h 52, alors que la charge utile s'éloignait de la radioactivité naturelle de la Terre, puis a augmenté pour atteindre un maximum environ 50 minutes plus tard, quand la nacelle était à une altitude d'environ 15 km. Cette altitude correspond au maximum de flux des particules secondaires générées par les rayons cosmiques dans la haute atmosphère. Au plafond du vol, à une altitude d'environ 29 km, le bruit de fond atmosphérique dans le détecteur est moindre. Les données accumulées pendant ce vol seront maintenant scrutées dans les moindres détails pour comprendre au mieux le fonctionnement des détecteurs et identifier les sources d'émission gamma.
Laboratoires français impliqués dans le projet :
- Laboratoire Astroparticule et cosmologie (APC, CNRS/CEA/Université Paris Diderot/ Observatoire de Paris)
- Centre de sciences nucléaires et de sciences de la matière (CSNSM, CNRS/Université Paris Sud)
- Institut de physique nucléaire d'Orsay (IPNO, CNRS/Université Paris Sud)
- Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers (Irfu, CEA)
- Institut de recherche en astrophysique et planétologie (Irap, CNRS/Université Toulouse Paul Sabatier)
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