La mission franco-chinoise SVOM

La mission SVOM (Space-based multi-band astronomical Variable Objects Monitor) est une mission franco-chinoise consacrée à l’étude des plus lointaines explosions d’étoiles, les sursauts gamma. Elle doit être lancée mi 2023 par la fusée chinoise Longue Marche 2C depuis la base de lancement de Xichang.

Elle est le fruit d’une collaboration des deux agences spatiales nationales, CNSA (China National Space Administration) et CNES (Centre national d’études spatiales) avec les contributions principales des laboratoires de l’Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers (Irfu) et de l’Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP) pour la France et de l’Observatoire Astronomique National (NAO) et l’Institut de Hautes Energies de Pékin (IHEP) pour la Chine.

La mission comporte 4 instruments principaux dont 2 sont français (ECLAIRs et MXT) et 2 sont chinois (GRM et VT) :

– le télescope ECLAIRs pour détecter et localiser les sursauts gamma dans la bande des rayons X et des rayons gamma de basse énergie (de 4 à 250 keV).
– le télescope MXT (Microchannel X-ray Telescope) pour l’observation du sursaut gamma dans le domaine des rayons X mous (de 0.2 à 10keV)

– le détecteur de sursaut gamma GRM (Gamma Ray Burst Monitor) pour mesurer le spectre des sursauts à haute énergie (de 15 keV à 5000 keV).
– le télescope VT (Visible Télescope) opérant dans le domaine visible pour détecter et observer l’émission visible, produite immédiatement après un sursaut gamma.
Le satellite pèse un poids total de 930 kg pour une charge utile de 450 kg. Il sera placé sur une orbite terrestre basse avec une inclinaison de 30 degrés, une altitude de 625 km et une période orbitale de 96 min.

Les observations depuis l’espace seront complétées par un important segment sol comportant :
– la caméra à grand champ GWAC (Ground-based Wide Angle Camera) pour étudier depuis le sol dans le domaine visible, l’émission prompte d’une partie des sursauts détectés
– Les télescopes robotiques GFT (Ground Follow-up Telescope) pour mesurer avec précision les coordonnées du sursaut gamma.

Le Télescope ECLAIRs de SVOM :

Instrument clé de la mission SVOM, ECLAIRs est un dispositif expérimental dont le but est de détecter les sursauts gamma dans la bande des rayons X et des rayons gamma de basse énergie et de fournir à bord, le plus rapidement possible, leur position dans le ciel. Placé sous la responsabilité du CNES, le télescope ECLAIRs est développé par les laboratoires français IRAP, IRFU et APC.

Il est constitué d’un télescope X et gamma à grand champ de vue (89°x89°) doté d’un masque codé, d’un blindage passif et d’un plan de détection refroidi à -20°C, capable de détecter des photons dont l’énergie est comprise entre 4 et 150 keV. Les rayons passés au travers des trous du masque activent l’un des 6400 détecteurs en tellure de cadmium CdTe qui mesure précisément l’instant d’arrivée, la position et l’énergie du photon. D’une unité de gestion et de traitement scientifique UGTS, dédiée à la gestion du télescope, à l’acquisition des données et au traitement scientifique en temps réel pour le déclenchement de l’alerte sursaut.

Le grand champ de vue du télescope ECLAIRs (2 stéradians) permet d’observer un sixième de la voûte céleste, qui contient donc plusieurs sources X et γ. Le masque codé situé devant les détecteurs est une plaque percée de multiples trous dont le motif a été mis au point grâce à un algorithme mathématique.

Les photons provenant d’une source ne pouvant passer que par les trous du masque, ils éclairent uniquement certains pixels du plan de détection et subissent donc un « codage » qui dépend de la position de la source et de la forme caractéristique du masque, sur le principe de l’ombre portée (utilisée depuis les temps anciens dans les cadrans solaires). Cette technique permet de déterminer précisément la position de la source dans le ciel.

A partir des données enregistrées par les détecteurs (temps, énergie, position des photons reçus) l’unité de calcul UGTS va construire des cartes du ciel et vérifier leur concordance avec le ciel connu en rayons X et γ. S’il s’avère que la carte construite à bord contient une source jusqu’alors inconnue, cela peut indiquer qu’un phénomène violent se produit et une alerte est déclenchée. Celle-ci est transmise au satellite puis au sol grâce au réseau VHF. Si la source est accessible par le satellite, il est alors repointé dans les minutes qui suivent : en glissant légèrement, il va s’aligner dans l’axe de la source pour permettre les observations de suivi des télescopes MXT et VT.

ECLAIRs fournit des positions précises à 10 minutes d’arc, voire à 3 minutes d’arc pour les sursauts très brillants, qui suffisent pour garantir que la source sera bien dans le champ de vue des télescope MXT et VT.

Le MXT (Microchannel X-ray Telescope) de SVOM:

En réponse à l’alerte transmise par ECLAIRs, le télescope MXT (Microchannel X-ray Telescope ou télescope X à micro-canaux) va procéder à l’observation du sursaut gamma dans le domaine des rayons X mous (énergie comprise entre 0.2 et 10 keV), en particulier au tout début de l’émission rémanente. Il est développé en France par le CNES et le CEA-Irfu, en étroite collaboration avec l’Université de Leicester au Royaume-Uni et le Max-Planck Institut für Extraterrestische Physik de Garching en Allemagne.

Le télescope est composé d’un module optique, constitué d’un ensemble de galettes de micro-canaux (Micro-Pore Optics, MPOs) de 40 microns de côté, associé à une caméra avec un détecteur CCD sensible aux rayons X (0.3-10 keV). MXT fournira des images ainsi que des spectres des sources dans la gamme des rayons X avec une résolution en énergie de 75 eV à 1,5 keV. Le champ de vue de l’instrument est de 1,1°x 1,1°.

Le concept du télescope va permettre une localisation du sursaut beaucoup plus précise que l’instrument ECLAIRs, inférieure à la minute d’arc, 20 secondes d’arc dans le cas d’un sursaut brillant. Cette seconde étape dans la localisation du sursaut, fournie par l’instrument MXT, permettra ensuite à partir des images obtenues par le télescope optique VT de fournir une position raffinée. La position MXT calculée automatiquement à bord sera également transmise au sol grâce au réseau d’alerte VHF.

Avec une sensibilité de détection de 10−12 erg cm−2 s−1, atteinte pour un temps d’observation de 10 ksec (10 000 secondes) MXT sera capable de suivre typiquement l’évolution de l’émission rémanente X du sursaut jusqu’à un jour après l’émission prompte initiale. Cette sensibilité permettra de déterminer l’index spectral c’est-à-dire la forme de la distribution en énergie de l’émission.

Ce paramètre est important car il permet de remonter à la distribution des particules énergétiques responsables de l’émission X et par la même de fournir des informations sur la physique des chocs. La gamme d’énergie de MXT permet également de mesurer l’absorption sur la ligne de visée de l’émission provenant du sursaut gamma, absorption liée au milieu intergalactique mais également à la galaxie hôte du sursaut.

En vidéo ci-dessous le processus de détection des sursauts Gamma:

Fin de l’article sur SVOM – Radio Pulsar

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