Simbol-X

Un télescope spatial de nouvelle génération pour l'astrophysique des hautes énergies

Le projet Simbol-X est un télescope haute énergie de nouvelle génération sensible aux photons d'énergie comprise entre 0.5 et 80 keV exploitant le principe de la concentration des rayons lumineux sur une petite surface sensible (l'œil, une plaque photographique, une caméra CCD, ...). En s'appuyant sur la toute nouvelle technologie dite de vol en formation de plusieurs satellites, le télescope Simbol-X bénéficiera d'une longueur focale de plusieurs dizaines de mètres, et étendra ainsi pour la première fois la technique de focalisation au rayonnement de plus de 10 keV.

Simbol-X étudiera avec une finesse d'image et une sensibilité plus de cent fois supérieures aux instruments actuels les phénomènes les plus énergétiques de l'Univers. Cette mission permettra en particulier d'accéder à des aspects entièrement nouveaux concernant la physique de l'accrétion autour des trous noirs, d'étudier l'accélération des particules dans les vestiges supernovae, dans les jets des noyaux actifs de galaxies ou encore à une échelle beaucoup plus grande de scruter les amas de galaxies. Simbol-X permettra aussi la découverte d'objets très enfouis comme ceux probablement responsables du fond diffus X, cachés actuellement aux yeux des télescopes en opération faute de sensibilité.

Pour tirer le maximum de profit de cette nouvelle capacité d'imagerie, le plan focal fait appel à des détecteurs de nouvelle génération très compacts.

Le plan focal du télescope est formé de deux systèmes de spectro-imagerie superposés, l'un couvrant le domaine basse énergie (<20 keV), l'autre sensible grâce à un dispositif innovant aux photons de 4 à 80 keV. Le plan de détection haute énergie est constitué d'une mosaïque de détecteurs en Cd(Zn)Te comprenant plus de 16000 détecteurs individuels, actuellement objets d'un programme de recherche et développement en étroite collaboration avec le Centre National d'Etudes Spatiales (CNES).

Le projet Simbol-X, dont le lancement était prévu en 2014, est une collaboration bilatérale entre les agences spatiales française (CNES) et italienne (ASI) avec une participation d'instituts de recherche allemands. Au niveau des laboratoires, le Service d'Astrophysique du CEA/DAPNIA assure la responsabilité de la mission pour la France. Simbol-X a été sélectionné début 2006 pour des études de phase A, qui se sont achevées avec succès en 2008. Cependant, du fait des évolutions budgétaires au niveau des agences spatiales, le projet Simbol-X a du être arrêté en mars 2009. Néanmoins, étant donné la qualité de la science en jeu et l'importance de la communauté intéressée, le projet devrait renaitre dans un autre contexte.

	Simbol-X

Atelier Simbol-X

11-12 mars 2004, Paris 

Comptes-rendus/Proceedings

	Simbol-X

Atelier SIMBOL-X / Workshop SIMBOL-X
"SIMBOL-X : focalisation sur l'Univers violent"
"SIMBOL-X : focusing on the non-thermal Universe"
11-12 mars 2004 / 2004, March 11-12
PARIS

SIMBOL-X est un projet de télescope à haute énergie, opérant dans la gamme 0.5 à 70 keV, soumis en réponse à l'appel à idées de recherche scientifique spatiale du CNES concernant une mission de démonstration de vol en formation.
SIMBOL-X utilisera pour la première fois une optique focalisatrice au dela de 10 keV, conférant à ce télescope une résolution angulaire et une sensibilité améliorée par plusieurs ordres de grandeur par rapport aux instruments actuels. Les capacités de spectro-imagerie de SIMBOL-X permettront en particulier d'accéder à des aspects entièrement nouveaux concernant la physique de l'accrétion autour des trous noirs, ceux de masse stellaire dans les systèmes binaires comme ceux super massifs au coeur des galaxies, et d'étudier les conditions et limites de l'accélération de particules dans les sites tels que les jets d'AGNs, les restes de supernovae, ou les amas de galaxies. SIMBOL-X permettra aussi la découverte et l'étude d'objets très enfouis, comme ceux probablement responsables du fond diffus X. On peut trouver une description détaillée de la mission dans l'article astro-ph/0309424.
Après une courte présentation du projet et de son contexte, cet atelier sera consacré à la discussion des performances et des objectifs scientifiques de SIMBOL-X, dont le mode de fonctionnement sera celui d'un observatoire. Ces journées, qui seront constituées d'exposés invités et de contributions, sont ouvertes à l'ensemble de la communauté française, ainsi qu'à nos partenaires européens. Les présentations se feront en anglais.
La réunion se tiendra les 11 et 12 mars, à Paris, dans la "Salle de l'Espace" du CNES.

En espérant vous accueillir nombreux
Philippe Ferrando (CEA/SAp), Martine Mouchet (Obs. Meudon), 
Pierre-Olivier Petrucci (LAOG), Jean-Pierre Roques (CESR),

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Simbol-X en chiffres

Focalisation aux énergies > 10 keV et vol en formation

Si, en dessous de 10 keV, la technique de focalisation du rayonnement utilisée depuis plusieurs décennies a permis la construction de véritables télescopes à forte résolution angulaire et sensibilité, tels que le télescope européen X XMM-Newton, ce n'est pas le cas aux énergies plus élevées. En effet, dans le domaine des X durs (>10 keV), les images du ciel ne peuvent être obtenues aujourd'hui qu'en utilisant la technique dite des masques codés, comme c'est le cas pour l'observatoire européen de rayonnement gamma INTEGRAL. Cette méthode d'imagerie reste néanmoins intrinsèquement inférieure de plusieurs ordres de grandeur en résolution angulaire et en sensibilité à celles des télescopes " X ". Cette transition extrêmement forte dans les capacités instrumentales autour de 10 keV a deux conséquences importantes. D'une part, la sensibilité de détection autour de cette énergie charnière confine les observations aux objets les plus brillants. Cette contrainte ne permet pas, entre autres, de déterminer l'énergie maximale à laquelle émettent les objets vus à plus basse énergie. Cette information est essentielle pour interpréter correctement l'origine de l'émission non thermique. D'autre part, la finesse d'image des masques codés est très souvent insuffisante pour associer sans ambiguïté aux sources gamma leur contrepartie à plus basse énergie (X, optique, infrarouge ou radio), rendant difficile voire impossible la détermination de leur nature.

Le vol en formation

De façon similaire à ce qui est fait dans la mission XMM-Newton, Simbol-X focalise le rayonnement X à l'aide d'une optique à miroirs attaqués en incidence rasante (voir figure ci-dessous). C'est en effet dans cette seule configuration, opposée à celle en vigueur dans les longueurs d'onde moins énergétiques, que le rayonnement X peut être réfléchi sur une surface, de la même façon qu'un galet ne peut rebondir sur un lac que si sa trajectoire est quasiment parallèle à la surface du lac. Les optiques ainsi conçues, en particulier celles utilisées dans XMM-Newton et Simbol-X (configuration dite Wolter I), sont caractérisées par une longueur focale inversement proportionnelle à l'énergie maximale qu'elles seront capables de focaliser. Pour pouvoir atteindre le domaine des X durs, Simbol-X s'appuie ainsi sur une longueur focale de 20 mètres, soit près de trois fois celle de XMM-Newton. Cette contrainte implique que le miroir et le plan focal soient découplés. Ces deux modules sont donc séparés et chacun portés  par un satellite. Le principe de focalisation des rayons-X et cette innovante configuration de satellite, appelée vol en formation, sont respectivement illustrés par les deux schémas ci-dessous.

Orbite choisie

L'observation des sources astrophysiques de haute énergie nécessite de viser ces objets pendant des temps extrêmement longs, typiquement une dizaine d'heures. Durant une observation, le satellite miroir doit rester pointé dans la même direction du ciel et le satellite détecteur positionné à distance constante sur l'axe optique du miroir. Si la première condition est facile à réaliser de façon classique, comme dans toutes les missions d'astronomie pointées, la seconde représente un défi technologique. La force de gravitation tend en effet à séparer les deux satellites lorsqu'ils sont en orbite autour de la terre. Aussi, l'orbite du satellite détecteur doit-elle être asservie en permanence sur celle du satellite miroir, par un système combinant des mesures de position précises et des moteurs de propulsion adéquats.

Dans le cas de Simbol-X, l'orbite choisie par les ingénieurs est une orbite très excentrique autour de la terre, allant de 20000 kilomètres pour son point le plus proche (périgée) à 180000 kilomètres pour son point le plus éloigné (apogée). Sa période est de quatre jours. Il est requis que la position relative des satellites reste constante à un centimètre près. Une étude détaillée réalisée par le CNES a démontré que cette configuration de vol et ses contraintes sont technologiquement réalisables avec l'instrumentation de miroirs et de détecteurs nécessaire à Simbol-X.

Les rayons X, particulièrement au delà de 10 keV, sont ceux qui révèlent la présence de matière portée à très haute température et de particules accélérées à des vitesses proches de celle de la lumière. Dans l'Univers, de très hautes températures sont atteintes autour des trous noirs et dans les amas de galaxies. L'accélération de particules est quant à elle produite dans des objets aussi variés que les vestiges de supernova, les étoiles à neutrons et les jets de matière relativiste autour des trous noirs de tout type. Ces thématiques scientifiques constituent les deux objectifs principaux de la mission Simbol-X.

Les trous noirs dans l'Univers

Laboratoire unique pour confronter observations et théories de la physique moderne, l'étude des trous noirs est  aujourd'hui l'objet d'une attention toute particulière de la communauté scientifique. Les conditions les plus extrêmes de gravitation qui y règnent, leur effet sur leur environnement, leur rôle dans l'évolution de l'Univers les placent au coeur de nombreuses questions de physique fondamentale et de la cosmologie.
On compte principalement à ce jour deux types de trous noirs, caractérisés par leur masse. Les trous noirs de quelques masses solaires sont le résidu de l'explosion d'étoiles massives en fin de vie et signent dans ce scénario une étape ultime de l'évolution stellaire. Les trois noirs dits « super-massifs », de plusieurs millions à milliards de masses solaires, sont tapis au coeur des galaxies dont notre propre Galaxie, et tracent quant à eux l'histoire et l'évolution de l'Univers. L'existence d'un troisième type, dit de masse intermédiaire (cent à dix mille masses solaires), est également avancée par les astrophysiciens pour expliquer l'émission observée de sources ultralumineuses en rayons X.
En chauffant la matière qui les entoure et en la propulsant parfois sous forme de jets, les trous noirs façonnent leur environnement bien au-delà de leur proche voisinage, ceci sur des des échelles de temps et de distances très différents suivant la masse du système. Véritables pourvoyeurs d’énergie, ils jouent un rôle clef dans la formation et l’évolution des galaxies.
Pour les étudier, les astrophysiciens doivent mettre à profit tout type de leur manifestation et le domaine des rayons X s'avère particulièrement bien adapté. Dévoiler pour la première fois les trous noirs supermassifs des galaxies lointaines, cerner la nature et l'environnement de SgrA*, le trou noir central de notre Galaxie ou décrire les phénomènes physiques opérant dans les couples d'étoiles abritant un trou noir sont ainsi des objectifs majeurs de la mission Simbol-X. Ils sont détaillés ci-après.

Le fond diffus X

Découvert au début des années 60, le fond diffus X extragalactique est longtemps resté une énigme. Si aujourd'hui sa composante au dessous de 10 keV est identifiée comme la somme de l'émission d'une multitude de sources ponctuelles, la situation reste  confuse au delà. La répartition en énergie indique un maximum autour de 30 keV, possible signature de l'existence d'une nouvelle classe d'objets, dits très enfouis, invisibles en deçà de 10 keV. Recenser ces objets est l'un des objectifs majeurs de Simbol-X.
A gauche, image  du Lockman hole en rayons X, une région du ciel riche en galaxies lointaines (crédit XMM-Newton). A droite la répartition en énergie du fond diffus X extragalactique.

Le trou noir du centre de la Voie lactée

Objet de multiples campagnes d'observations, le centre galactique est aujourd'hui étudié des ondes radio au domaine des photons de haute énergie afin de mieux en cerner la nature. En haut à gauche l'image de la région autour de centre galactique telle que détectée par le satellite XMM-Newton dans la bande d'énergie 8-10 keV. En bas à gauche, une simulation d'observation de Simbol-X de la région délimitée par le carré blanc (champ de 10x10 minutes d'arc) sur l'image supérieure. La même finesse d'image est atteinte mais jusqu'à des énergies bien supérieures (jusqu'à 80 keV). Les observations de Simbol-X permettront de comprendre pourquoi SgrA* , malgré sa masse de trois millions de masses solaires, est étonnamment peu lumineux en rayons X et de résoudre l'énigme de la présence de la composante diffuse très chaude au coeur de notre Galaxie.

Les systèmes binaires

Dans les couples d'étoiles dont l'une est un objet dense (trou noir ou étoile à neutrons), la matière de l'étoile compagnon est attirée par l'objet compact et peut être absorbée ou réémise sous forme de jets relativistes selon des mécanismes encore mal compris. Simbol-X étudiera ces phénomènes dans les systèmes binaires de la Galaxie comme les novae X et permettra de sonder pour la première fois des systèmes à très faible luminosité, inaccessibles aux télescopes actuellement en opération.
La sensibilité du télescope Simbol-X permettra également d'étendre l'étude de ces systèmes à des galaxies du groupe local comme M31 (la galaxie d'Andromède) et M33 (image en bas à gauche obtenue par le satellite XMM-Newton).

Sources X ultra-lumineuses

L'existence d'un troisième type de trou noir, de masse comprise entre 100 et 10000 masses solaires, est évoquée pour expliquer la luminosité particulière de certaines sources X, appelées sources X ultralumineuses (ULX en anglais). Simbol-X permettra d'observer ces sources pour la première fois au delà de 10 keV et de mieux cerner la nature de ces objets dont l’existence et le mode de formation potentiel sont encore très débattus. A gauche une image XMM-Newton de la galaxie NGC4565 et de plusieurs ULX.

Accélération de particules dans l'Univers

De nombreux accélérateurs de particules existent dans l'Univers, des étoiles denses fortement magnétisées aux amas de galaxies. Un siècle après la découverte du rayonnement cosmique, ce flux de particules qui baigne la Galaxie, l'origine des sites de production de ces particules et les mécanismes physiques capables de fournir l'énergie nécessaire pour les accélérer font toujours partie des grandes interrogations. Quelles sont les sources du flux du rayonnement cosmique observé ? Quels sont les mécanismes responsables de l'accélération ?  Quelle est la nature des particules ? Jusqu'à quelle énergie ces particules peuvent-elles être accélérées ?
Sous l'effet du champ magnétique présent soit dans l'environnement proche des sources, dans la Galaxie ou à plus grande échelle au niveau intergalactique ou par collisions durant leur périple, nombreux sont les phénomènes physiques qui font que ces particules cèdent une fraction de leur énergie sous forme de photons X. Le domaine spectral couvert par Simbol-X couplé à sa capacité d'imagerie permettra d'aborder le thème de l'accélération des particules dans les objets suivants.

Quasars et microquasars

Les quasars et microquasars possèdent des jets de matière propulsés à des vitesses parfois proches de celle de la lumière. Séparer pour la première fois au delà de 10 keV l'émission provenant de l'objet central de celle du jet est l'un des objectifs scientifiques de Simbol-X. Ceci apportera d'importantes informations sur la composition du jet et sur les propriétés de l'objet central. A gauche, l'image du quasar 3C273 et de son jet observé par le satellite Chandra.

Pulsars

Simbol-X permettra d'étudier la physique des pulsars et de leur environnement proche. L'image en haut à gauche est une image du pulsar du Crabe et de sa nébuleuse obtenue par le satellite Chandra sur laquelle est reportée la résolution spatiale de Simbol-X (cercle grisé). Les capacités d'imagerie du télescope couplées à sa résolution spectrale permettront de séparer l'émission du pulsar de sa nébuleuse et de déterminer l'énergie des particules qui s'y propagent.
En bas à gauche, une illustration d'un couple d'étoiles dont l'un des membres est un pulsar ultra-rapide qui dévore son compagnon.

Les restes de supernovae

Les restes de supenovae, vestige de l'explosion d'une étoile, figurent en bonne place parmi les accélérateurs cosmiques. Le reste de supernova SN1006 observé par le satellite Chandra met en évidence une structure asymétrique avec des filaments  particulièrement brillants en rayons X. En cartographiant avec précision ce type d'objets, Simbol-X permettra de mesurer l'énergie des électrons responsables de cette émission et de déterminer la contribution exacte de ces objets dans la formation du rayonnement cosmique.

Les amas de galaxies

Les amas de galaxies sont les plus grandes structures de l'Univers. Contiennent-ils une composante importante de particules accélérées? Simbol-X en les observant au delà de 10 keV permettra de séparer les différentes composantes de l'émission (gaz chaud, groupes de galaxies, particules accélérées..). Cette composante de particules est une information cruciale pour déterminer la quantité de matière noire présente dans l'amas.

Noyaux actifs de galaxies

Le scénario communément admis de l'émission des noyaux actifs de galaxie reposent sur l'accrétion et l'éjection (sous forme de jets) de matière sur le trou noir central supermassif. Les photons X, et plus particulièrement au dessus de 10 keV, proviennent des régions les plus internes du disque d'accrétion, la où règnent les conditions physiques les plus extrêmes. Simbol-X permettra d'accéder à ce type d'information et d'étudier avec une précision inégalée la variabilité à court terme de ces objets.

Objectifs scientifiques complémentaires

Avec Simbol-X, les astrophysiciens bénéficieront également de mesures cruciales dans d'autres domaines de l'astrophysique, comme par exemple, à des distances cosmologiques, celui des sursauts gamma ou encore dans notre propre Galaxie, celui de la formation des éléments chimiques ou des étoiles très jeunes magnétiquement actives.

Nucléosynthèse

Simbol-X mesurera la quantité et la distribution spatiale d'un élément clé créé par nucléosynthèse lors des explosions d'étoiles, le Titane 44. A gauche l'image du reste de supernova Cassiopée A observé entre 2 et 8 keV par le satellite Chandra. Au dessous, une simulation du spectre qu'obtiendra Simbol-X en intégrant le signal sur la région délimitée par le cercle rouge sur l'image de Cas A. Les deux raies en émission à 68 et 78 keV, clairement visibles sur cette simulation, signent la présence du ⁴⁴Ti. Leurs études permettront d'obtenir des informations importantes sur les stades ultimes de l'évolution des étoiles et sur les mécanismes d'explosion.

Régions de formation d'étoiles

Les régions de formation d'étoiles sont le siège d'une émission X intense provenant des étoiles jeunes qui s'y forment. Simbol-X permettra de sonder des régions très enfouies dans les nuages moléculaires, d'étudier le plasma entourant ces étoiles ou encore de surprendre leurs violentes éruptions. Image ci-contre : une image obtenue par XMM-Newton de la région de formation d'étoile de Rho Ophiuchi.

L'exploration de l'Univers et de ses nombreuses facettes est une quête qui lie recherche théorique et progrès technologique. Dans ce cadre, l'exploitation de tout instrument de nouvelle génération, dans le cas présent le principe de focalisation allié à la technologie du vol en formation, s'accompagne toujours de découvertes et de surprises. Au delà des objectifs scientifiques déclinés ci-dessus, Simbol-X ne devrait pas déroger à cette règle. Des informations complémentaires sur les objectifs scientifiques sont disponibles dans les comptes-rendus de deux ateliers sur la mission Simbol-X qui se sont tenus l'un à Paris en mars 2004 et le second à Bologne en mai 2007.

Des informations complémentaires sur les objectifs scientifiques de la mission Simbol-X et ses aspects technologiques sont disponibles dans les comptes-rendus de plusieurs ateliers internationaux qui se sont tenus respectivement à Paris en mars 2004, à Bologne en mai 2007 Bologne puis de nouveau à Paris en décembre 2008 à l'Université Paris-Diderot. Ce dernier colloque a réuni près de deux cents scientifiques du monde entier.

Le Service d'Astrophysique du CEA/DAPNIA est responsable du développement de l'ensemble instrumental. A ce titre, il coordonne les études conduites dans les différents laboratoires du consortium en Allemagne et en France et est en charge d'un des éléments clefs du télescope, le plan de détection haute énergie.

Le plan de détection haute énergie et son électronique associée

Le plan de détection haute énergie est constitué d'une mosaïque de détecteurs en Cd(Zn)Te sensible aux photons d'énergie comprise entre 5 et 100 keV, domaine d'énergie où ce type de détecteurs est particulièrement adapté autant du point de vue de son efficacité quantique que de ses performances en terme de résolution spectrale. Ces détecteurs sont couplés à une électronique de lecture qui doit être très compacte, fonctionner à température ambiante, résistante à l'environnement spatial. L'ensemble de ces études fait l'objet d'un programme de recherche et développement en étroite collaboration avec le CNES.

Assemblage du plan haute énergie : une matrice élémentaire ou module (en haut à gauche) est montée sur son électronique puis insérée dans un secteur contenant huit modules (en haut à droite puis en bas à gauche). Huit secteurs sont ensuite assemblés pour constituer le plan de détection final qui comprend ainsi 16384 (128x128) pixels.

Assemblage du plan focal

Le CEA-DAPNIA est également responsable de l'assemblage des deux plans focaux (plans de détecteurs basse et haute énergie) et du système d'anticoïncidence (blindage actif contre les photons et particules chargées indésirables) ainsi que des systèmes annexes.

Schéma du coeur du plan focal  : le plan de détection haute énergie (damier en gris sombre) est situé 1 cm en dessous du plan basse énergie (partie supérieure grise). Un mur latéral (en rose) joue le rôle d'anticoïncidence active, blindage contre les photons et particules indésirables.

Le segment sol

Toute mission scientifique ouverte à une large communauté doit être accompagnée d'un centre de traitement des données, appelé segment sol dans le cas d'un satellite. Son rôle consiste à vérifier le bon déroulement de la mission et à délivrer à la communauté scientifique tous les outils nécessaires pour mener à bien les observations et analyser leur résultat. Il peut à ce titre être considéré comme un instrument à part entière de la mission. La partie française du segment sol est une collaboration entre le Service d'Astrophysique du CEA/DAPNIA et le laboratoire APC avec une participation du CESR  et l'Observatoire de Strasbourg.

Collaboration :

Le projet Simbol-X est une collaboration essentiellement bilatérale, entre les agences spatiales française (CNES) et italienne (ASI). En France, la responsabilité de la mission incombe au Service d'Astrophysique du CEA/DAPNIA et les laboratoires associés au projet sont l’APC à Paris, le CESR à Toulouse, le LAOG à Grenoble et l'Observatoire de Paris/Meudon. La participation italienne est sous responsabilité de l’ASI, les études de miroir étant conduite par l’observatoire de Brera. La participation allemande est sous la responsabilité de l'institut Max-Planck situé à Garching près de Munich.

Statut :

Le projet Simbol-X, dont le lancement était prévu en 2014, est une collaboration bilatérale entre les agences spatiales française (CNES) et italienne (ASI) avec une participation d'instituts de recherche allemands. Au niveau des laboratoires, le Service d'Astrophysique du CEA/DAPNIA assure la responsabilité de la mission pour la France. Simbol-X a été sélectionné début 2006 pour des études de phase A, qui se sont achevées avec succès en 2008. Cependant, du fait des évolutions budgétaires au niveau des agences spatiales, le projet Simbol-X a du être arrêté en mars 2009. Néanmoins, étant donné la qualité de la science en jeu et l'importance de la communauté intéressée, le projet devrait renaitre dans un autre contexte.

Simbol-X

• le site Simbol-X de l'ASDC (ASI Science Data Center) de l'Agence spatiale italienne (ASI) (en anglais)

• Simbol-X à Milan (Observatoire astronomique de Brera) (en anglais)

• Simbol-X à IASF-Milan, site Grand public (en italien)

• Simbol-X à Bologne (INAF/IASF) (en anglais)

Autres missions en rayons X en activité

• le satellite XMM-Newton - site du Service d'Astrophysique (en français)

• le satellite XMM-Newton - site de l'Agence spatiale européenne ESA (en anglais)

• le satellite Chandra - site de la NASA (en anglais)

Futures missions

• le projet de l'ESA XEUS (en anglais)

• Le projet de la NASA Constellation-X (en anglais)

Simbol-X : images et films

Voir aussi : La banque complète d'images liées au projet Simbol-X

Films/animations

Animation illustrant la procédure de pointage de Simbol-X (le satellite portant le miroir pointe le champ désiré puis le satellite abritant les plans de détections vient s'aligner), la focalisation de la lumière sur le plan de détection composé d'une mosaïque de micro-détecteurs puis finalement la formation de l'image. Durée : 2min26, format media player 18Mo, cliquer sur l'image pour démarrer le film. (Crédit: CNES GEKO Mai 2007)

Images

Vue d'artiste du télescope Simbol-X, (Crédit: CNES/Olivier Sattler, mars 2006, cliquer sur l'image pour obtenir la haute résolution 2Mo)

Publications

• 2009

  - SIMBOL-X: FOCUSING ON THE HARD X-RAY UNIVERSE: Proceedings of the 2nd International Simbol-X Symposium. AIP Conference Proceedings, Volume 1126,(2009).
  - "Prospects in polarimetry with the Simbol-X mission", Gouiffès C., Laurent P. and Ferrando P. in Polarimetry days in Rome: Crab status, theory and prospects, held in Rome, October 16-17, 2008. (version électronique, format pdf, 170Ko ).

• 2008

  - Simbol-X: the hard X-ray universe in focus : Proceedings of the 1st International Simbol-X Symposium, Memorie della Societa Astronomica Italiana, v.79,(2008). ,

• 2006

- "Simbol-X: mission overview SIMBOL-X", P. Ferrando et al, Proceedings of the SPIE, Volume 6266 (2006). (version électronique en format pdf, 1.15Mo)
- "The focal plane of theSimbol-X space mission" Dirks, B.P.F. et al, Proceedings of the SPIE, Volume 6276 (2006). (version électronique en format pdf, 1.4Mo)
- "Monte Carlo simulations of stacked x-ray detectors as designed for SIMBOL-X" Tenzer, C. et al, Proceedings of the SPIE, Volume 6266 (2006). (version électronique en format pdf, 1.2Mo)
- "SIMBOL-X: An hard X-ray formation flying mission" R. Cledassou and P. Ferrando, Proceedings of the workshop "Focussing telescopes in nuclear astrophysics";, Springer, Experimental Astronomy, 2006 (version électronique en format pdf, 875Ko)
- "The SIMBOL-X hard X-ray mission" G. Pareschi and P. Ferrando, Proceedings of the workshop "Focussing telescopes in nuclear astrophysics";, Springer, Experimental Astronomy, 2006 (version électronique en format pdf, 395Ko)

• 2005

- "SIMBOL-X : a formation flying mission for hard X-rays", P. Ferrando et al, Proceedings of the SPIE, Volume 5900, pp. 195-204 (2005) (version électronique en format pdf, 600Ko)
-"Active and passive shielding design optimization and technical solutions for deep sensitivity hard X-ray focusing telescopes" G. Malaguti et al, Proceedings of the SPIE, Volume 5900, (2005) (version électronique en format pdf, 537Ko)

• 2003

- "SIMBOL-X: a new generation hard X-ray telescope", P. Ferrando et al, Proc. SPIE conf. 5168, San Diego, Aug. 2003, (version électronique en format pdf, 1.6 Mo)
-  "SIMBOL-X and the galactic center region", P. Ferrando et al, Proc. SF2A, Bordeaux, 2003, EDP Sciences, (version électronique en format pdf, 640 Ko)
 - "The SIMBOL-X hard X-ray mission", P. Ferrando et al, Proc. SF2A, Bordeaux, 2003, EDP Sciences, (version électronique en format pdf, 81 Ko)

• 2002

- "SIMBOL-X: a new generation X-ray telescope in the 0.5-70 keV range", P. Ferrando, Proc. Colloque "Vol en Formation", 2002, CNES, Toulouse, (version électronique en format pdf, 1 Mo)

Focalisation et vol en formation

De façon similaire à ce qui est fait dans la mission XMM-Newton, Simbol-X focalise le rayonnement X à l'aide d'une optique à miroirs attaqués en incidence rasante. Mais appliquer cette technique pour focaliser des photons de plusieurs dizaines de keV requiert une très grande distance focale irréalisable dans le cadre d'un satellite unique. La solution adoptée pour le projet Simbol-X consiste à répartir la charge utile sur deux satellites séparés de 20 mètres, l'un portant les miroirs, l'autre le module de détection. Cette configuration innovante est appelée vol en formation.

Miroirs et plans de détection

Des miroirs dotés d'un revêtement multicouches

Le miroir de Simbol-X est basé sur la même technologie que celle utilisée pour les miroirs d'XMM-Newton, c'est à dire sur une série de coquilles concentriques en nickel (58 pour XMM-Newton, 100 pour Simbol-X), recouvertes d'un matériau réflecteur. Dans le cas d'XMM-Newton, il s'agit d'une couche d'or. Dans le cas de Simbol-X, ce matériau est constitué d'une succession de couches en platine et en carbone. Cette technologie, dite multicouches, permet d'augmenter le champ de vue de l'instrument et d'étendre le domaine spectral.

Un plan de détection bicéphale

Le plan focal contient deux caméras qui détectent les photons incidents (voir schémas ci-dessous). La première en vision directe du miroir est un détecteur en silicium sensible jusqu'à environ 20 keV et transparent aux photons d'énergie supérieure. Chaque pixel, 16384 au total (128x128), mesure 625 micromètres de coté et son épaisseur est de 450 micromètres. La seconde caméra est placée juste en dessous (à moins de 1 cm) et est quant à elle constituée d'une mosaïque de détecteurs en Cd(Zn)Te, capable de mesurer les photons d'énergie supérieure à 4 keV. Elle est formée d'un assemblage de huit secteurs identiques, eux-mêmes constitués de huit modules de 64 éléments individuels ou pixels (également de 625 micromètres de coté) soit au total une caméra comprenant 16384 pixels. Cette caméra arrête et mesure tous les photons de haute énergie qui traversent le plan silicium.

Ces deux plans de détection sont des plans imageurs dont la taille sur le ciel est six secondes d'arc. Ces plans imageurs sont entourés d'un détecteur faisant office de blindage contre tous les rayonnements parasites, source de dégradation de la qualité de l'image. Cette caméra bicéphale donne pour chaque photon incident sa position dans le plan focal, son énergie, ainsi que son temps d'arrivée.

Principales caractéristiques du plan focal et performances attendues

Les principales caractéristiques du plan focal de Simbol-X ainsi que la courbe de sensibilité du télescope sont données ci-dessous.