CNRS IN2P3 AIX MARSEILLE UNIVERSITÉ OCEVU
Mercredi, 01 Mars 2017
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HESS/CTA, l’astronomie gamma

L’astronomie gamma au sol a connu un essor considérable depuis une dizaine d’années grâce aux télescopes Cherenkov comme HESS, MAGIC et VERITAS. Ces derniers ont permis de confirmer plus de 170 sources émettrices dans le domaine du TeV. En particulier, les observations en rayons gamma réalisées par HESS ont permis d’étudier de nombreux accélérateurs cosmiques dans notre galaxie, avec des morphologies diverses et complexes. Mais la compréhension détaillée des mécanismes d’accélération des particules et des processus non thermiques produisant les émissions gamma de très haute énergie nécessite accroître le nombre d’objets étudiés et d’améliorer les performances de détection en terme de résolution spatiale, spectrale et temporelle.

CTA (Cherenkov Telescope Array) est un projet de réseau d’imageurs Cherenkov. Comme pour HESS le principe repose sur l’observation du rayonnement Cherenkov émis par les gerbes de particules secondaires initiées par l’interaction de photons gamma de très haute énergie avec l’atmosphère terrestre. Conçu comme un observatoire de nouvelle génération, CTA permettra d’augmenter la sensibilité d’un ordre de grandeur par rapport aux télescopes actuels, d’améliorer la résolution angulaire d’un facteur 5 et d’étendre la gamme en énergie d’environ 20 GeV jusqu’à plusieurs centaines de TeV. Il sera composé d’environ 120 télescopes équipés de réflecteurs multi-miroirs de tailles différentes (23m, 12m et 4m), répartis sur deux sites d’observation. Le site dans l’hémisphère sud sera près de Paranal (ESO) au Chili. Il comprendra environ 100 télescopes et donnera essentiellement accès aux sources de notre Galaxie. Le site dans l’hémisphère nord, qui ne contiendra que des télescopes de 23m et 12m, sera situé dans l’île de La Palma aux Canaries ; il sera dédié à l’étude des objets extragalactiques. Au-delà de la variété d’objets observés, CTA permettra aussi d’étudier des phénomènes de physique fondamentale tels que la violation de l’invariance de Lorentz, ou l’étude indirecte de la matière noire.

La collaboration CTA compte environ 1200 personnes provenant d’une trentaine de pays. La phase préparatoire conduite avec le soutien de l’Europe s’est terminée en 2014. La construction de CTA est prévue de 2016 à 2023, avec une entrée en opération partielle vers 2018, et une durée d’exploitation de 30 ans. Le CPPM a rejoint CTA en 2010 et la collaboration HESS en 2014.

Au CPPM

Acquisition de données pour les télescopes de 12m

Les télescopes de 12m de type Davies-Cotton du réseau CTA seront équipés de caméras comportant 1855 pixels constitués chacun d’un cône de Winston et d’un photomultiplicateur. Le CPPM participe au concept NectarCam : une électronique frontale, gérant les pixels par groupes de 7 appelés modules, numérise les signaux. Les 265 modules d’une caméra transmettent ces signaux par Ethernet : concentrés au moyen de 6 à 8 switches dans la caméra, selon les schémas en cours d’étude, ils sont envoyés via 4 liens de 10 Gb/s au "caméra serveur" localisé dans la ferme centrale et hébergeant le logiciel d’assemblage des événements (event-builder). Le CPPM a en charge la réalisation de l’event-builder, la sélection, organisation, et configuration des switches, ainsi que la réalisation d’un système de simulation de caméra : 265 ports Ethernet fournis par 64 cartes PC simulent les modules afin de tester la chaine d’acquisition.

Evaluation des sites candidats pour CTA

Dans le cadre de l’évaluation de sites pour CTA, le CPPM a réalisé l’intégration, la calibration, l’installation et le suivi d’ATMOSCOPES, appareillages autonomes mesurant les propriétés environnementales des sites candidats. Un ATMOSCOPE comprend une station météorologique Reinhardt, un Sky Quality Meter Unihedron, mesurant la luminosité du ciel nocturne, et un appareil conçu par le MPI Munich mesurant également la luminosité du ciel nocturne, dans les bandes photométriques B et V. Le CPPM a assemblé et installé 7 ATMOSCOPES, en a assuré le suivi, et a participé à l’exploitation des données. Associés à d’autres études (All sky caméras, satellites, simulations météorologiques), les résultats des ATMOSCOPES entrent dans la partie environnementale des critères d’évaluation des sites. Une description des ATMOSCOPES est publiée dans JINST.

Performance des télescopes de CTA , Physique sur CTA et HESS

Le CPPM participe à l’évaluation par simulation Monte Carlo des performances des télescopes de CTA, essentiellement dans le cadre du projet GCT : un concept de petits télescopes d’optique Schwarzschild Couder ( contribution ICRC2015 ). En collaboration avec l’Observatoire de Paris Meudon, le CPPM conduit l’évaluation des performances de ces télescopes : individuellement, en sous-réseaux et dans le réseau entier. Il s’agit d’optimiser le traitement du signal issu des photodétecteurs (SiPM), et à plus haut niveau d’évaluer la sensibilité du réseau et de l’améliorer en travaillant sur les techniques de reconstruction des gerbes, ainsi que sur les stratégies d’observation. Cette activité, orientée vers les hautes énergies, sera appliquée à l’étude de vestiges de supernovae. Elle bénéficie du support du Labex OCEVU.

Deux autres activités de physique sont menées dans le groupe : l’étude de la détection indirecte de matière noire dans CTA (l’un des Key Science Projects de CTA) - voir par exemple la contribution ICRC 2015 - et la recherche de Microquasars dans HESS. Cette dernière activité concerne les observations gamma faites par HESS, mais aussi les observations X et radio, l’analyse multi-longueur d’onde étant nécessaire à la compréhension de tels objets ( ICRC 2015 ).

Membres du groupe :

Chercheurs : J. Carr (CNRS), H. Costantini (Université : AMU), J.-P. Ernenwein (Université : AMU), C. Trichard (post-doc Labex OCEVU).

Ingénieurs : D. Hoffmann (CNRS), J. Houles (CNRS)

Responsable Scientifique : Jean-Pierre Ernenwein

Responsable Technique : Dirk Hoffmann

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