La mission SVOM (Space based multi-band astronomical Variable Objects Monitor) est un projet dédié à la détection et à l'étude détaillée des sursauts gamma. Intenses bouffées de photons de haute énergie attribuées à l’explosion d’étoiles massives ou à la fusion de deux étoiles à neutrons,  les sursauts gamma sont un formidable outil pour sonder l'Univers à des époques très lointaines et pour étudier la physique dans des conditions extrêmes. Ils sont également les candidats les plus favorables comme contreparties des sources d’ondes gravitationnelles et de neutrinos de haute énergie, deux domaines en plein essor.

Le caractère fugace du phénomène et la nécessité de l'observer simultanément dans une bande spectrale la plus large possible impliquent des moyens adaptés. La mission SVOM, en disposant d'une palette de télescopes, dans l'espace comme au sol, sensible des rayons gamma à la lumière infrarouge, répond à cet objectif. Cette complémentarité d'instruments est unique et permettra l’étude détaillée des sursauts gamma, de l'émission prompte à l'émission rémanente

Elément clé de la mission, le télescope Eclairs est un télescope à masque codé X-gamma qui détecte le sursaut puis fournit en temps quasi réel sa localisation grâce à un logiciel spécifique. Cette position est ensuite raffinée par le télescope à rayons X MXT et le télescope VT opérant dans le domaine visible. L’alerte, captée par un réseau d’antennes VHF réparti judicieusement sur le globe terrestre, permet ensuite à deux télescopes robotiques au sol d’assurer le suivi.

L’instrument Eclairs est développé sous la maitrise d’œuvre du CNES avec une contribution majeure du CEA-Irfu en partenariat avec les laboratoires français IRAP de Toulouse et APC de Paris. L'instrument MXT est développé sous la maitrise d'oeuvre du CNES en collaboration étroite avec le CEA-Irfu et les laboratoires IRAP, LAM Marseille, MPE Garching et l'Université de Leicester. Le Service d’Astrophysique du CEA-Irfu est également responsable du développement du réseau d’antennes au sol.

La mission SVOM est une coopération scientifique entre l’agence spatiale chinoise (CNSA) et l’agence spatiale française (CNES). Les laboratoires chinois et français impliqués dans la mission sont: le NAOC de Pékin, l’IHEP de Pékin, le XIOPM de Xi’an, le SECM de Shanghai, le CEA-Irfu de Saclay, l’IRAP de Toulouse, l’APC de Paris et le LAM de Marseille. Le lancement du satellite par une fusée chinoise Longue Marche. 

Moyens spatiaux

La localisation rapide et précise dans le ciel d'un sursaut gamma nécessite un système d'imagerie performant. L'élément clé du satellite est une caméra qui utilise le principe d'ouverture à masque codé, identique à celui  mis en oeuvre dans le cas de la mission INTEGRAL, l'observatoire européen du rayonnement gamma. Les objectifs scientifiques de la mission imposent que le dispositif de détection couvre une gamme d'énergie allant des photons X-mous (<10 keV) jusqu'aux X -durs/gamma de basse énergie (quelques centaines de keV). Les contraintes imposées dans le cadre de la filière minisatellite (poids, volume, consommation électrique...) ont conduit à la conception et réalisation d'un télescope particulièrement compact.

Les instruments de ECLAIRs

Le télescope à grand champ ECLAIRs

ECLAIRS est un télescope X et gamma à grand champ (2 stéradians soit un carré de 80x80 degrés) sensible aux photons d'énergie compris entre 4 et 150 keV. La caméra est chargée de déclencher l'alerte après détection d'un sursaut. Le plan de détection, situé à 46 cm du masque codé, est constitué d'une mosaïque de semi-conducteurs en CdTe (Tellure de Cadmium). Inspiré du plan de détection de la caméra IBIS/ISGRI à bord du satellite INTEGRAL, ces détecteurs ont été l'objet d'une phase de recherche et développement (R&D) dans le but de descendre le seuil de détection (énergie minimale détectable) le plus bas possible.  Ainsi, la mise au point d'une nouvelle électronique de lecture  a permis de fixer le seuil à 4 keV contre 12 keV dans le cas du détecteur ISGRI.  Cette performance est un point clé de la mission en permettant à la caméra ECLAIRS de couvrir une gamme d'énergie allant des photons X de basse énergie jusqu'aux photons de 15O keV alors que deux instruments distincts étaient nécessaires auparavant.

UGTS (Unité de Gestion et de Traitements Scientifiques)

Ce boitier électronique est en quelque sorte le cerveau du télescope. Il analyse en temps réel les données provenant de la caméra ECLAIRs, génère un signal de déclenchement et détermine la position du sursaut. L'information est alors transmise à la plateforme qui se réoriente afin d’inclure le sursaut dans le champ de vue du télescope X MXT et du télescope visible VT. En parallèle, un message d'alerte est transmis au sol via un signal VHF.
ECLAIRs devrait détecter et localiser environ 80 sursauts par an.

Composante sol

Les moyens sol mis en oeuvre dans le cadre de la mission SVOM sont une composante à part entière du projet. Ils incluent des télescopes au sol spécialement dévolus à la mission (télescope grand champ et à champ plus restreint), le réseau d'alerte et des centres scientifiques chargés de la gestion des données.

GFT (Ground Follow-up Telescope) ou télescope de suivi

Ensemble de deux télescopes robotiques, opérant tous deux dans le visible et le proche infrarouge, chargés de mesurer avec précision les coordonnées célestes du sursaut, de mesurer l’évolution photométrique de l’émission rémanente dans plusieurs bandes spectrales (du visible au proche infrarouge) et de fournir une estimation photométrique de son décalage vers le rouge. Afin d’assurer le meilleur suivi des observations menées à bord de la plateforme spatiale, il est envisagé d’implanter le GFT‑1 au Mexique et le GFT‑2 sur le territoire chinois à l’antipode du GFT‑1.

Réseau d'alerte

Le réseau d'alerte est une entité permettant un contact permanent du satellite vers le sol.

FSC (Centre Scientifique Français)

Le centre scientifique français a en charge la reconstitution du message d’alerte diffusée sur le réseau VHF et sa distribution à la communauté scientifique.
 
En liaison avec son homologue chinois, le Centre Scientifique Français est chargé de la gestion opérationnelle des équipements scientifiques français embarqués, de leur étalonnage en vol, du traitement de l’archivage et de la distribution des données scientifiques.

Après la foison de résultats obtenus par les mission passées CGRO/BATSE et BeppoSAX, la détection des sursauts gamma est actuellement assurée par les satellites Swift, Integral ou à plus haute énergie Fermi.

ECLAIRs à l'aube de la prochaine décennie

En garantissant au début de la prochaine décennie l’observation multi longueurs d’onde de plus de deux cents sursauts gamma de tous types, la mission sino-française SVOM apportera une contribution unique aux deux axes de recherche les plus féconds ayant émergé des avancées récentes concernant les sursauts gamma, l’un tenant à l’utilisation des sursauts en cosmologie, l’autre à la compréhension du phénomène sursaut lui-même.

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 l’astrophysique des hautes énergies :

• Explorer différentes populations de sursauts gamma (comme par exemple les sursauts « sombres » et les sursauts riches en rayons X).

• 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.

   

Responsabilités scientifiques du CEA:

• PI Français de la mission SVOM.
• PI du télescope X MXT
• PI du segment sol scientifique français

Responsabilités techniques du CEA:

• Eclairs

  • Conception et réalisation du logiciel du module UGTS (Unité de Gestion et de Traitements Scientifiques) du télescope ECLAIRs

  • Conception et réalisation des ASICs de lecture des modules détecteurs de la caméra ECLAIRs

  • Réalisation du modèle numérique GEANT4 du télescope ECLAIRs

• MXT

  • Conception et réalisation de la caméra X du télescope MXT

  • Réalisation du modèle numérique GEANT4 du télescope MXT

• FSC

  • Collecte, archivage et analyse des données pour la communauté scientifique française

  • Plateforme d’analyse temps réel pour les avocats sursauts français et chinois

  • Développement du prototype de la station de réception des données temps réel (VHF) et télégestion de l’ensemble du réseau d’antennes en phase d’exploitation

  • Support à la communauté française pour les observations du programme général

  • Centre de commande et de surveillance de l’instrument MXT