RAYONNEMENT COSMIQUERayons gamma cosmiques

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La mission Integral

Le satellite européen Integral est un observatoire spatial du rayonnement gamma céleste de basse énergie. L'astronomie dans ce domaine est particulièrement difficile : en premier lieu parce que l'utilisation de véhicules spatiaux est indispensable, l'atmosphère étant opaque au rayonnement gamma ; ensuite, parce que les instruments sont dans l'espace soumis en permanence à un bombardement de particules – principalement des protons – provoquant une émission gamma qui « aveugle » les instruments ; enfin, parce qu'on ne peut utiliser des miroirs permettant de former des images et de concentrer le rayonnement sur un petit détecteur focal, et qu'on doit recourir à de grands détecteurs et à ce qu'on appelle des masques codés.

En effet, les miroirs sont employés en observation astronomique depuis le domaine radio jusqu'aux rayons X, mais ils ne sont pas utilisables au-delà de quelques dizaines de kiloélectronvolts, les contraintes sur l'état de surface du miroir devenant insurmontables avec les technologies qui existent aujourd'hui. En l'absence de miroir, une simple pupille peut être utilisée pour former des images sur une caméra gamma, comme le fait le sténopé (chambre noire, ancêtre de l'appareil photographique, et dont la partie antérieure est constituée d'une simple plaque percée d'un petit trou central). Malheureusement, une petite pupille ne laisse passer que peu de photons, déjà trop rares dans le domaine gamma, et une grosse pupille produit des images floues. Afin de contourner cette difficulté, les astronomes ont imaginé l'utilisation d'un grand nombre de petites pupilles formant un masque. Bien entendu, chacune d'elles produit une image qui s'ajoute à celles qui sont produites par les autres pupilles et au fond. Cependant, si la matrice, composée de « 1 » et de « 0 », représentant le motif du masque formé par les pupilles est parfaitement connue et obéit à une condition mathématique particulière qui ne sera pas développée ici (c'est cette condition qui détermine la position des pupilles du masque, c'est-à-dire son code), une opération de corrélation de la matrice avec l'image enregistrée par la caméra indique les positions des sources. Cependant, masquer – donc arrêter – le rayonnement gamma n'est pas aussi facile que dans le domaine visible. Les matériaux les plus efficaces pour cela sont ceux qui offrent un numéro atomique élevé, favorisant l'absorption photoélectrique, et une forte densité. Le tungstène, autorisant en sus un usinage précis (à 50 micromètres près), est particulièrement bien adapté. Déjà utilisé pour former le masque du télescope français S.I.G.M.A., il a aussi été choisi pour réaliser les masques des télescopes I.B.I.S. et SPI. Avec une surface proche de 1 mètre carré, le masque d'I.B.I.S. a une masse de près de 200 kilogrammes.

La mission

Integral (International Gamma-Ray Astrophysics Laboratory), un satellite de 4 tonnes de l'Agence spatiale européenne (E.S.A.), a été lancé le 17 octobre 2002 par une fusée russe Proton depuis le cosmodrome de Baïkonour, au Kazakhstan, et placé sur une orbite terrestre très excentrique, de 153 000 kilomètres d'apogée et de 9 000 kilomètres de périgée. Compte tenu des bons comportements du satellite et des instruments embarqués, ainsi que de l'excellence des résultats scientifiques, la mission, initialement prévue pour durer de deux à cinq ans, devrait se prolonger au moins jusqu'en 2012. Integral est un observatoire, ce qui signifie que la communauté scientifique mondiale est invitée chaque année à faire des propositions d'observations. Les scientifiques qui ont émis les propositions retenues par un comité scientifique reçoivent les données les concernant avec les logiciels et les étalonnages nécessaires à leur analyse. Un an après leur acquisition, les données deviennent publiques.

La charge utile d'Integral comprend principalement deux instruments spectro-imageurs à grands champs (260 et 190) mettant tous deux à profit le principe d'imagerie par masque codé. SPI (Spectrometer on Integral), utilisant des cristaux semi-conducteurs de germanium refroidis à – 170 0C, met l'accent sur la performance spectrale et présente un pouvoir séparateur de 2,60. L'instrument I.B.I.S. (Imager on Board the Integral Satellite), [...]

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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

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Pour citer l’article

François LEBRUN, Robert MOCHKOVITCH, Jacques PAUL, « RAYONNEMENT COSMIQUE - Rayons gamma cosmiques », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 18 avril 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/rayonnement-cosmique-rayons-gamma-cosmiques/