SVOM-ECLAIRS
 
Généralités
Thématique et contexte du projet

 La mission SVOM s’inscrit dans le cadre de la collaboration sino-française initiée entre l’Agence Spatiale Chinoise, l’Académie des Sciences de Chine et le CNES.

L’objectif principal de SVOM est l’étude des sursauts gamma, les événements les plus violents de l’univers après le Big Bang. Du fait de leur extrême éclat, ces astres présentent un fort potentiel pour la cosmologie, avec, au premier rang, la détection des premières étoiles de l’univers et un arpentage du cosmos propre à contraindre la nature de l’énergie noire.
La France s’est engagée sur la fourniture de l’instrument clef de la mission SVOM, à savoir le télescope ECLAIRs, chargé de détecter les sursauts gamma et d’en diffuser en temps réel la position sur la voûte céleste. Le télescope ECLAIRs s’inspire directement de ce qui constituait l’unique charge utile scientifique embarquée de la mission microsatellite ECLAIRs dont la phase A s’est conclue en janvier 2006.

Localisation
Le télescope ECLAIRs est placé sur la charge utile d’un mini-satellite de la gamme PROTEUS du CNES. Livraison d’ECLAIRs fin 2009, et date de lancement fin 2011.

Collaboration
Pour ECLAIRs :
  -Dapnia
  -Centre d'Etudes Spatiales des Rayonnements de Toulouse _CESR
  -Laboratoire AstroParticules et Cosmologie _APC
  -Massachusetts Institute of Technology _MIT

Pour l’ensemble de SVOM :
  -Centre National d’Etudes Spatiales _CNES
  -Shanghai Engineering Centre for Microsatellites _SECM
  -China National Space Administration _CNSA
  -China Academy of Science _CAS
  -Laboratoire d'Astrophysique de Marseille _LAM
  -Laboratoire d’Astrophysique de Toulouse _LAT
  -Observatoire de Haute Provence _OHP
 

Le satellite SVOM

 

 

 

Approche scientifique

Objectifs scientifiques de la mission SVOM 
 
Objectifs pour la cosmologie :
-Tracer directement la formation d’étoiles au sein des galaxies les plus lointaines dans la mesure où les sursauts gamma marquent la fin de l’évolution d’étoiles massives.
-Étudier la première génération d’étoiles (étoiles de population III) supposée avoir formé des étoiles particulièrement massives, potentiellement aptes à générer des sursauts gamma au terme de leur rapide évolution.
-Permettre l’étude de tous les milieux en avant plan, y compris ceux de la galaxie hôte, afin de tracer l’histoire de la ré-ionisation de l’univers et de son enrichissement en métaux.
-Étendre les études cosmologiques de l’univers par le truchement de « chandelles standard » jusqu’à des décalages vers le rouge z ≈ 10-20.
-Permettre une meilleure détermination des paramètres cosmologiques clés.
 
Objectifs pour la physique fondamentale :

-Tester certains aspects de physique fondamentale en apportant de nouvelles contraintes sur une possible violation de l’invariance de Lorentz.

 

 

Cahier des charges scientifiques de la mission SVOM
Dans ce qui suit, T0 marque le temps auquel le détecteur de sursaut gamma de SVOM est déclenché par un sursaut donné. À noter que ce temps de déclenchement peut intervenir plus tard que le début effectif du sursaut.
-Détecter pendant la durée nominale de la mission au moins 200 sursauts gamma de tous types, ce qui inclut les sursauts courts (durée de 5 millisecondes à 1‑2 s), les sursauts longs (durée jusqu’à 1 000 s), les sursauts particulièrement riches en rayons X (comme les événements sans émission au delà de 15 keV).
-Déclencher sur les sursauts qui ne sont présents dans le champ de vue qu’une partie de leur durée.
-Être en mesure d’observer tous ces événements 5 min. avant et 10 min. après T0 dans la bande des rayons X (1‑10 keV) et dans la bande des rayons X durs et des rayons gamma de basse énergie (4 keV à 5 MeV) afin de mesurer les paramètres spectraux de l’émission prompte X et gamma.
-Observer simultanément 5 min. avant et 1 min. après T0 plus de 25% de ces événements dans le visible jusqu’à une magnitude limite Mv = 15.
-Observer dès que possible, au plus tard 5 min. après T0, simultanément dans le visible et le proche infra rouge (jusqu’à la bande K).
-Dans tous les cas et moins de 10 s après T0, mesurer les coordonnées célestes du sursaut avec une précision meilleure que 10 min. d’arc.
-Dans plus de 50% des cas et moins de 10 s après T0, mesurer les coordonnées célestes du sursaut avec une précision meilleure que 1 min. d’arc.
-Dans tous les cas, moins de 1 min. après T0, mettre à la disposition des moyens d’observations terrestres les mesures les plus précises des coordonnées célestes du sursaut.
-Dans plus de 40% des cas et moins de 5 min. après T0, mesurer les coordonnées célestes du sursaut avec une précision meilleure que 0,5 sec. d’arc et fournir une estimation photométrique de son décalage vers le rouge.
-Ajuster le programme d’observation pour permettre dans plus de 75% des cas un suivi des observations au moyen des plus grands télescopes terrestres (classe des 8 m).

Rôle d’ECLAIRs dans SVOM
Le télescope ECLAIRs occupe un rôle central sur la mission SVOM. En effet, il va jouer le rôle de trigger et de système de localisation pour l’ensemble des autres instruments bors et sol.
Le cahier des charges scientifiques du télescope est :
-Détecter et localiser les sursauts gamma quelque soit leur durée
-Détecter et localiser les sursauts particulièrement riches en rayons X.
-Estimer en temps quasi réel la position des sursauts, et faire parvenir cette mesure aux autres instruments embarqués.
-Mettre à la disposition de la communauté astronomique internationale les coordonnées du sursaut 1 minute après celui-ci.
-Détection des sursauts cosmologiques lointains, grâce au seuil de détection des X à 4keV.

 


Objectifs pour l’astrophysique des hautes énergies :
-Explorer différentes populations de sursauts gamma (comme par exemple les sursauts « sombres » et les X-ray flashes).
-Dévoiler la nature des sursauts courts.
-Étudier la nature de l’émission prompte.
-Étudier les relations entre l’émission prompte et l’émission rémanente.
-Étudier les relations entre sursauts gamma et explosions de supernova.
-Explorer le moteur central des sursauts gamma, en particulier par le truchement d’un éventuel précurseur.
-Étudier la physique des éjections relativistes qui sont aussi à l’œuvre dans de nombreux sites astrophysiques tels que les noyaux actifs de galaxie ou les microquasars.
-Déterminer la nature des étoiles à l’origine des sursauts gamma, condition pour une utilisation judicieuse des sursauts gamma en cosmologie.
 

La caméra CXG

Approche technique

Composition du télescope ECLAIRs
Cet ensemble inclut les sous-systèmes décrits ci-après.
-La CXG (Caméra X et Gamma), une grande caméra X et gamma à grand champ (2 sr) à masque codé chargée de détecter les sursauts gamma dans la gamme 4‑50 keV et d’observer leur émission prompte dans la gamme 4‑300 keV.
-Les ESXC (ECLAIRs Soft X-ray Camera), quatre petites caméras X à grand champ (2 sr) à masque codé chargées d’affiner l’estimation de la position des sursauts détectés par la CXG et d’en mesurer l’émission prompte dans la gamme 1-10 keV.
-Le module électronique UTS (Unité de Traitement Scientifique) qui analyse en temps réel les données de la CXG.
 

En identifiant la signature d’un sursaut gamma dans les données CXG, le module UTS génère un signal de déclenchement et calcule les coordonnées du sursaut, une mesure éventuellement affinée grâce aux données ESXC. Un message d’alerte contenant ces mesures est alors élaboré et transmis au sol en temps quasi réel via le réseau d’alerte.

Autres instruments de la charge utile

-GRM (Gamma-Ray burst Monitor). Ensemble de quatre détecteurs de type « phoswich » chargé de mesurer la courbe de lumière et les paramètres spectraux de l’émission prompte des sursauts détectés par ECLAIRs.
-WAC (Wide Angle Camera). Ensemble de quatre caméras à grand champ couvrant le quart du champ couvert par le télescope ECLAIRs pour observer dans le visible l’émission prompte du quart des sursauts détectés par ECLAIRs.
-VT (Visible Telescope). Télescope à petit champ (30 min. d’arc) dévolu à l’observation de l’émission rémanente précoce dans le visible et l’infrarouge proche jusqu’à la bande K. S’agissant de l’observation des sursauts gamma, la mise en œuvre du VT implique que la plateforme PROTEUS s’oriente automatiquement dans la direction du sursaut telle que fournie par ECLAIRs.
 

Une des 4 caméras ESXC

Contribution du Dapnia

Responsabilités scientifiques et techniques
-PI Français de la mission SVOM.
-Maîtrise d’œuvre du télescope ECLAIRs avec le suivi de la réalisation de ses différents sous-systèmes, y compris celui des caméras ESXC fournies par le MIT dans le cadre d’une collaboration CEA-MIT.
-Réalisation du module UTS du télescope ECLAIRs.
-Réalisation de la structure mécanique du télescope ECLAIRs et de ses éléments de contrôle thermique.
-Intégration, essais et étalonnages du télescope ECLAIRs.
-Réalisation des ASICs IDEFIX.
-R&D détecteur CdTe.
-Contribution au Centre de Mission Scientifique SVOM (pojet SVOM/SOL).

Services
-Service pilote :SAp
-Services associés :Sédi, SIS

Etats et perspectives

Dates importantes
-16 juin 2004: recommandation d'un passage en phase A par le groupe thématique sciences de l'univers du Cnes (Contexte microsatellite)
-Réunion Bilan Phase A Microsatellite, janvier 2006.
-Kick off Phase 0 SVOM : Mars 2006.
-Meeting Shanghai : Septembre 2006.

 

Perspectives
-Signature d'un MOU CNES/CNSA octobre 2006.
-Kick off Phase A SVOM: janvier 2007.
Contact
Responsable scientifique :Bertrand CORDIER
Chef de projet : Michel FESQUET

 

 

Maj : 15/03/2010 (435)

 

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