Space Variable Objects Monitor

Données générales
Organisation CNES, CNSA
Domaine Observation des sursauts gamma
Type de mission Télescope spatial visible, X et gamma
Statut Développement
Autres noms Space Variable Objects Monitor
Lancement 2023
Lanceur Longue Marche 2C
Durée 3 ans (mission primaire)
Site Site SVOM
Caractéristiques techniques
Masse au lancement 930 kg
Orbite
Orbite Orbite terrestre basse
Altitude 625 km
Période 90 min
Inclinaison 30°
Télescope
Type Masque codé (ECLAIRs)
Concentrateur à galette de micro-canaux (MXT)
Ritchey-Chrétien (VT)
Longueur d'onde Visible, proche infrarouge, rayons X, rayons gamma mous
Principaux instruments
ECLAIRs Télescope à rayons gamma
GRM Détecteur de rayons gamma
MXT Télescope à rayons X
VT Télescope lumière visible

SVOM, (acronyme de Space-based multi-band astronomical Variable Objects Monitor), est un observatoire spatial gamma et X franco-chinois en cours de développement qui a pour objectif de détecter les sursauts gamma, d'en déterminer les caractéristiques et la localisation et de permettre leur suivi par les observatoires terrestres. Pour remplir cet objectif il comporte plusieurs instruments : Le télescope gamma à masque codé ECLAIR est chargé de détecter le sursaut dont le pic d'énergie est mesuré par GRM. Le télescope à rayons X MXT et le télescope en lumière visible VT épaulés par des instruments au sol, poursuivent les observations pendant plusieurs heures après le sursaut.

SVOM, qui résulte d'une collaboration entre les agences spatiales française (CNES) et chinoise (CNSA), doit être placé sur une orbite terrestre basse en 2023 par une fusée chinoise Longue Marche 2C.

Contexte[modifier | modifier le code]

Le projet SVOM, (acronyme de Space-based multi-band astronomical Variable Objects Monitor[1]), prend la suite du projet ECLAIRs abandonné par l'agence spatiale française, le CNES, dont il reprend l'instrument principal. L'agence spatiale chinoise, le CNSA, fournit la plate-forme et deux des instruments de SVOM. Le CNES fournit deux autres instruments dont l'instrument principal ECLAIRs.

Objectifs[modifier | modifier le code]

SVOM doit permettre la détection de 100 sursauts gamma par an tout en observant l'émission rémanente associée en lumière visible et infrarouge. Les informations recueillies dont les localisations précises doivent être rapidement transmises aux observatoires au sol pour des observations complémentaires.

Caractéristiques techniques du satellite[modifier | modifier le code]

SVOM est un satellite d'environ 900 kg de forme parallélépipédique (1 × 1 × 2 m.).

Instrumentation scientifique[modifier | modifier le code]

Le satellite dispose d'une instrumentation couvrant à la fois le spectre gamma, X, visible et proche infrarouge[2].

Télescope à rayons X et gamma mou (ECLAIRs)[modifier | modifier le code]

ECLAIRs est l'instrument principal de SVOM : il s'agit d'un télescope gamma à masque codé grand champ (2 stéradian) observant le rayonnement X et gamma mou (énergie comprise entre 4 et 150 keV), qu'il utilise pour détecter et effectuer une première localisation des sursauts gamma. Le télescope est une contribution française développée par les laboratoires de recherche : l'Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP), l'Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'univers (Irfu) et l'AstroParticule et Cosmologie (APC)[3].

Télescope à rayons X (MXT)[modifier | modifier le code]

MXT (Microchanel X-Ray Telescope) est un télescope à rayons X à champ étroit (1,1 x 1,1°) fourni par le CNES. Il est mis en œuvre après la détection du sursaut gamma par ECLAIRs pour déterminer de manière plus précise la position du sursaut gamma en observant le début de l'émission rémanente. Il permet d'observer les rayons X mous (0,3 keV à 10 keV). Sur le plan technique, la partie optique utilise pour la première fois dans le monde la technique des micro-canaux pour faire converger le rayonnement X sur le détecteur. La résolution spatiale permise par le dispositif à transfert de charges est inférieure à la minute d'arc (jusqu'à 20 secondes d'arc pour les sursauts les plus brillants) et la résolution énergétique est de 75 eV lorsque le rayonnement incident est de 1,5 keV. MXT est développé par l'Irfu en collaboration avec l'université de Leicester en Angleterre et l'Institut Max-Planck de physique extraterrestre à Garching bei München, en Allemagne[4].

Détecteur de rayons gamma (GRM)[modifier | modifier le code]

GRM (Gamma Ray Burst Monitor) est un détecteur de rayons gamma fourni par la Chine pouvant mesurer la courbe de lumière et le spectre des rayons X durs et des rayons gamma de basse énergie (30 keV à 5 MeV). L'instrument comprend 3 détecteurs ayant chacun un champ de vue de 2,6 stéradian. Ils sont disposés de manière que leur champ d'observation se recoupent(inclinaison de 30° par rapport à l'axe du satellite et espacement entre eux de 120°) de manière à permettre par triangulation une localisation grossière de la source (15°x 15°). Chaque détecteur est constitué d'un cristal d'iodure de sodium fixé sur un tube photomultiplicateur[5].

Télescope optique (VT)[modifier | modifier le code]

VT (Visible Telescope) est un télescope optique de type Ritchey-Chrétien de 40 cm d'ouverture et à champ étroit (26 x 26 arc minutes) qui observe la source gamma dans le visible (400-650 nm) et en proche infrarouge (650-950 nm). Deux dispositif à transfert de charges de 2048 x 2048 situés au plan focal fournissent l'un une image dans le bleu (450 à 650 nm), l'autre dans le proche infrarouge (650 à 1 000 nm). Le télescope permet d'observer des étoiles de magnitude apparente de 22,5 avec un temps de pose de 300 secondes. À partir d'une position approchée fournie par l'instrument MXT, il détermine la position de la source gamma avec une précision de quelques secondes d'arc. Le télescope est fourni par l'Observatoire Astronomique National de la Chine[6].

Principales caractéristiques des instruments [7]
Instrument ECLAIR MXT VT GRM
Type Masque codé micro-canaux Ritchey-Chrétien Détecteur à scintillation
Fournisseur France France / Royaume-Uni Chine Chine
Spectre (énergie ou longueur d'onde) X et gamma mou (4 keV -150 keV) Rayons X (0,2-10 keV) Infrarouge proche/Visible
(400 nm - 1000 nm )
Gamma (50 keV à 5 MeV)
Champ optique 2 stéradians 23,6 x 23,6 minutes d'arc 3 x 2 stéradians
Précision localisation 16 minutes d'arc
(4 pour les sources brillantes)
< 1 minute d'arc
(20 secondes d'arc pour les sources brillantes)
2 secondes d'arc 15°
PSF ? ? ? -
Type détecteur Tellurure de cadmium Dispositif à transfert de charges Dispositif à transfert de charges NaI
Nbre éléments détecteur 6400 éléments 256 x 256 pixels 2 x 2048 x 2048 pixels 3
Sensibilité ? ? magnitude 22,5 sans filtre
(temps d'exposition de 300 secondes)
?
Autres caractéristiques Surface du détecteur : 1 024 cm2
Élément détecteur : 4 mm x 4 mm x 1 mm
Prévision sursauts détectés : ~80 /an
Prévision sursauts détectés : ~70 /an Ouverture : 40 cm
Prévision sursauts détectés : ~60 /an
Prévision sursauts détectés : ~110 /an
Masse 87 kg 35 kg

Segment terrestre[modifier | modifier le code]

Pour effectuer une étude détaillée du sursaut gamma, son observation se poursuit au sol. La durée de la phase la plus lumineuse du sursaut est courte aussi lorsqu'elle est détectée ses coordonnées sont immédiatement transmises à des observatoires au sol pour permettre de compléter les informations recueillies avec celles d'observatoires terrestres plus puissants. La transmission s'effectue grâce à un réseau d'une quarantaine d'antennes réceptrices VHF implantées de manière à assurer une couverture complète de la zone intertropicale que le satellite placé sur une orbite basse survole. Les données sont transmises à une cellule créée pour la circonstance à Saclay, le FSC (French Science Center)[8].

Après un premier traitement par le FSC, ces données sont transmises à deux télescopes fonctionnant de manière automatique les GFT (Ground Follow-up Telescope). Pour répondre aux besoins de la mission deux télescopes de ce type, ayant une ouverture d'au moins 1 mètre et couvrant le spectre visible et l'infrarouge proche, doivent être implantés respectivement à San Pedro Martin (Mexique) au titre de la participation française et à l'observatoire de Xinglong (Chine) au titre de la participation chinoise. Ces télescopes doivent fournir la position du sursaut gamma avec une précision d'environ 1 seconde d'arc et l'évolution du spectre. Les données collectées sont transmises au GFC qui envoie alors un message d'alerte aux grands observatoires terrestres comme les télescopes optiques NTT et le VLT et le radiotélescope ALMA[9].

Ce réseau est complété par un ensemble de caméras baptisé GWAC (Ground-based Wide Angle Camera) constitué par 9 montures (4 caméras par monture) assurant une couverture globale de 5 000 degrés² (la moitié du champ de ECLAIRs). Chaque caméra a une optique de 180 mm de diamètre, observe les émissions lumineuses dans le visible (entre 500 et 850 nm) et capte les images à l'aide d'un dispositif à transfert de charges disposant de 4096 x 4096 pixels. L'objectif de ces caméras qui enregistrent en permanence est d'observer le ciel avant l'apparition du sursaut gamma pour identifier éventuellement des événements précurseurs. Ces caméras seront installées sur deux sites accompagnées d'un télescope de 60 cm et de plusieurs télescopes de 30 cm : un sous-ensemble de 18 caméras sera installé à l'observatoire interaméricain du Cerro Tololo (CTIO) au Chili et le deuxième sous-ensemble à l'observatoire ALI à l'ouest du Tibet[10].

Déroulement de la mission[modifier | modifier le code]

Lancement et orbite[modifier | modifier le code]

SVOM doit être placé sur son orbite par un lanceur chinois Longue Marche 2C décollant de la base de lancement de Xichang (Chine). SVOM circulera sur une orbite terrestre basse à une altitude de 625 km avec une faible inclinaison (30°) pour éviter les perturbations des régions polaires. Cette orbite est en partie imposée par la puissance du lanceur et la latitude de la base de lancement.

Contraintes d'orientation[modifier | modifier le code]

L'orientation du satellite répond à plusieurs contraintes[11],[12] :

  • Pour maintenir le satellite et ses instruments dans la plage de température autorisée, une des faces de SWOM est constamment mintenue à plus de 90° du Soleil ce qui interdit l'observation de 50% du ciel à un instant donné.
  • Pour que les observatoires terrestres puissent prendre immédiatement le relais en cas de détection d'un sursaut gamma, SWOM observe la région du ciel située à l'opposé du Soleil donc visible par les télescopes terrestres situés sur la face nocturne de la Terre. La contrepartie est que durant la moitié de l'orbite qui dure 95 minutes, les instruments ne peuvent pas fonctionner car la Terre s'interpose entre le ciel et l'engin spatial.

Régions du ciel observées[modifier | modifier le code]

Les régions du ciel observées répondent par ailleurs aux contraintes supplémentaires (non dépendantes de l'orientation) suivantes[11] :

  • Pour permettre aux télescopes terrestres les plus puissants (VLT, Hawaï, La Palma) d'observer le sursaut gamma dans les meilleures conditions, les régions du ciel privilégiées sont celles situées près du zénith de ces observatoires.
  • La région de la Voie Lactée est écartée car elle contient de nombreuses sources transitoires dans le domaine X et gamma qui peuvent être confondues à tort avec un sursaut gamma. Par ailleurs la présence de poussière interstellaire gêne les observations de suivi.
  • La région de la source X Scorpius X-1 située hors du plan galactique et extrêmement brillante est écartée pour ne pas perturber les mesures.

Déroulement d'une détection[modifier | modifier le code]

Lorsqu'il détecte un sursaut gamma, le satellite a la capacité de modifier en quelques minutes son orientation pour compléter l'étude de la source avec ses instruments fonctionnant dans le spectre des rayons X, infrarouge et visible. La durée de la mission est de 3 ans avec une extension possible de 2 ans[2],[11],[13].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. « Sursauts gamma, des messages venus du passé », sur SVOM, CEA/Irfu (Saclay) (consulté le )
  2. a et b « Satellite SVOM », CNES (missions scientifiques) (consulté le )
  3. « Télescope ECLAIRs », sur SVOM, CEA / Irfu (Saclay) (consulté le )
  4. « MXT (Microchannel X-ray Telescope) », sur SVOM, CEA / Irfu (Saclay) (consulté le )
  5. « GRM (Gamma Ray burst Monitor) », sur SVOM, CEA / Irfu (Saclay) (consulté le )
  6. « VT (Visible Telescope) », sur SVOM, CEA / Irfu (Saclay) (consulté le )
  7. (en) B. Cordier, « The SVOM mission) »,
  8. « Le réseau d’alerte », sur SVOM, CEA / Irfu (Saclay) (consulté le )
  9. « GFT (Ground Follow-up Telescope) », sur SVOM, CEA / Irfu (Saclay) (consulté le )
  10. « GWAC (Ground-based Wide Angle Camera) », sur SVOM, CEA / Irfu (Saclay) (consulté le )
  11. a b et c « Le satellite et la stratégie Sol/Espace », sur SVOM, CEA / Irfu (Saclay) (consulté le )
  12. « Svom » (consulté le )
  13. « Svom » (consulté le )

Bibliographie[modifier | modifier le code]

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Liens internes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]