RAYONNEMENT COSMIQUERayons gamma cosmiques

Carte mentale

Élargissez votre recherche dans Universalis

Les techniques d'observation des rayons gamma cosmiques

La détection des rayons gamma cosmiques passe par leur interaction avec les atomes du milieu détecteur. Un photon gamma de très basse énergie (moins de 0,2 MeV) y est le plus souvent absorbé (effet photoélectrique), avec émission d'un électron emportant l'essentiel de son énergie. Un photon un peu plus énergétique (de 0,2 à 5 MeV) est plutôt diffusé, avec changement d'énergie (effet Compton) et apparition d'un électron de recul. Un photon encore plus énergétique (plus de 5 MeV) passant au voisinage d'un noyau atomique est conduit à se « matérialiser » en un couple électron-positon (effet de paire) emportant l'essentiel de son énergie. Les électrons produits lors de l'une ou l'autre de ces trois interactions provoquent, dans certains milieux scintillants, un cristal d'iodure de sodium (NaI) par exemple, de brèves bouffées de lumière recueillies par un photomultiplicateur couplé au cristal. Ce type de détecteur, d'une grande simplicité, offre toutefois une résolution spectrale assez médiocre (5 p. 100 à 1 MeV). Les milieux semi-conducteurs constituent une alternative attrayante : les électrons résultant de l'interaction des photons gamma y créent quantité de paires électrons-trous que collecte un champ électrique appliqué au travers du détecteur. Les détecteurs au germanium (Ge) manifestent ainsi une excellente résolution en énergie (0,3 p. 100 à 1 MeV) au prix d'un fort refroidissement (80 K) qui en complique la mise en œuvre dans l'espace.

Le moyen le plus simple pour déterminer la direction d'origine des photons consiste à canaliser le rayonnement incident au moyen d'un collimateur apte à restreindre à volonté le champ de vue du détecteur. Une source est alors détectée en comparant l'observation du champ supposé la contenir et celle d'un champ voisin supposé vide. Le principal défaut de cette technique est sa résolution angulaire médiocre (quelques degrés), qui constitue un obstacle à l'identification des sources. Elle reste pourtant largement pratiquée, car elle permet la réalisation d'appareils de grandes dimensions, comme O.S.S.E. (Oriented Scintillation Spectrometer Experiment) sur Compton. Observer avec une meilleure résolution angulaire impose le recours à des techniques d'imagerie fondées sur des assemblages d'éléments opaques et transparents qui modulent le rayonnement reçu par le détecteur. Avec son masque à ouverture codée, le télescope S.I.G.M.A. affichait ainsi une précision de localisation des sources pouvant atteindre 30 secondes d'angle, une première dans sa gamme d'énergie (de 0,03 à 1,3 MeV).

Exception faite de l'absorption photoélectrique, l'examen précis des particules émises au cours des deux autres interactions permet également d'estimer la direction d'arrivée des photons. L'expérience Comptel (Compton Telescope) sur Compton tirait parti des propriétés de la diffusion Compton pour localiser les sources gamma cosmiques dans la gamme de 0,8 à 30 mégaélectronvolts avec une résolution angulaire de 3 à 5 degrés. Les détecteurs opérant dans le domaine des hautes énergies utilisent des dispositifs aptes à « visualiser » la paire électron-positon pour estimer la direction du photon incident. L'expérience E.G.R.E.T. (Energetic Gamma Ray Experiment Telescope) sur Compton mesurait ainsi la direction d'arrivée de chaque photon avec une précision d'environ 1 degré entre 20 et 30 000 mégaélectronvolts, ce qui lui conférait la capacité de localiser les sources les plus brillantes avec une précision de l'ordre de 5 à 10 minutes d'angle.

Les rayons gamma cosmiques de très haute énergie (plus de quelques centaines de milliers de mégaélectronvolts) sont repérés quand ils interagissent avec les hautes couches de l'atmosphère. Ils y engendrent un faisceau de particules secondaires relativistes, dont la propagation produit un pinceau de rayonnement visible de nature Tcherenkov, détectable au sol par des miroirs paraboliques. L'étude détaillée du pinceau Tcherenkov permet de reconstituer la direction d'arrivée des photons de très haute énergie avec une précision d'environ 1 degré. De tels dispositifs sont en service en différents points du globe terrestre, les plus performants étant V.E.R.I.T.A.S. (Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System), sur le site du Fred Lawrence Whipple Observatory, en Arizona, le télescope français C.A [...]

1  2  3  4  5
pour nos abonnés,
l’article se compose de 13 pages

Médias de l’article

Fenêtres sur l'Univers

Fenêtres sur l'Univers
Crédits : Encyclopædia Universalis France

vidéo

Pulsars : rayons gamma

Pulsars : rayons gamma
Crédits : Encyclopædia Universalis France

diaporama

Galaxie : régions centrales

Galaxie : régions centrales
Crédits : Encyclopædia Universalis France

dessin

Afficher les 3 médias de l'article


Écrit par :

  • : docteur d'État en physique (spécialité astrophysique), directeur adjoint du laboratoire Astroparticule et cosmologie (A.P.C.), chercheur au Commissariat à l'énergie atomique
  • : chargé de recherche au C.N.R.S., Institut d'astrophysique de Paris
  • : docteur ès sciences, ingénieur au Commissariat à l'énergie atomique, chef du groupe d'astronomie gamma spatiale

Classification

Autres références

«  RAYONNEMENT COSMIQUE  » est également traité dans :

RAYONNEMENT COSMIQUE - Vue d'ensemble

  • Écrit par 
  • Marc LACHIÈZE-REY
  •  • 1 359 mots

Le Soleil et les étoiles rayonnent : ils émettent quelque chose qui nous parvient et que nous pouvons détecter. Dans le langage commun, le rayonnement concerne la plupart du temps la chaleur ou la lumière. Pour le physicien, c'est un peu différent. De son point de vue, la chaleur se « propage » de trois manières : si la conduction est véritablement un transfert de chaleur, la […] Lire la suite

RAYONNEMENT COSMIQUE - Rayons cosmiques

  • Écrit par 
  • Lydie KOCH-MIRAMOND, 
  • Bernard PIRE
  •  • 6 241 mots
  •  • 8 médias

Les rayons cosmiques sont des noyaux atomiques et des particules élémentaires qui voyagent dans l'espace à des vitesses voisines de celle de la lumière. Certains d'entre eux s'approchent suffisamment de la Terre pour être détectés par des instruments placés dans des satellites en orbite terrestre ou dans des sondes spatiales. D'autres pénètrent dans l'atmosp […] Lire la suite

RAYONNEMENT COSMIQUE - Rayons X cosmiques

  • Écrit par 
  • Monique ARNAUD, 
  • Robert ROCCHIA, 
  • Robert ROTHENFLUG
  •  • 6 550 mots
  •  • 10 médias

Opaque aux rayons X, l'atmosphère terrestre empêche l'observation des photons X extraterrestres depuis le sol. La date de naissance de l'astronomie des rayons X peut être située le 18 juin 1962, lorsqu'un détecteur sensible à ce type de rayonnement, placé à bord d'une fusée-sonde de la N.A.S.A., découvrait l'existence d'une source X située hors du système […] Lire la suite

ONDES GRAVITATIONNELLES

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 6 834 mots
  •  • 6 médias

Dans le chapitre « Détection directe d’ondes gravitationnelles »  : […] Une onde sonore modifie la pression de l’air, ce qui peut faire vibrer le tympan d’un spectateur ; une onde électromagnétique fait apparaître ou modifie le champ électromagnétique présent à un endroit, ce qui peut mettre en mouvement des charges électriques dans une antenne ; une onde gravitationnelle fait varier la métrique de l’espace-temps et donc modifie les distances. Cette onde balaie l’esp […] Lire la suite

Voir aussi

Pour citer l’article

François LEBRUN, Robert MOCHKOVITCH, Jacques PAUL, « RAYONNEMENT COSMIQUE - Rayons gamma cosmiques », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 21 janvier 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/rayonnement-cosmique-rayons-gamma-cosmiques/