16 avril 2017
Un ballon de 800 000 m3 pour percer la poussière de la Galaxie

L'expérience PILOT prête à l'envol CNES / Emmanuel Grimault

L’expérience d’astrophysique PILOT a été lancée le 17 avril sous un ballon stratosphérique depuis Alice Springs, au centre de l’Australie. Le but est d’observer la polarisation de l’émission des grains de poussières présents dans le milieu interstellaire de notre Galaxie et des galaxies proches. Avec une masse de près d’une tonne, PILOT [1] utilise les plus gros ballons lancés par le Centre National d'Etudes Spatiales (CNES). Elle a été développée par l’Institut de recherche en astrophysique et planétologie (CNRS/CNES/Université Paul Sabatier) et l’Institut d’astrophysique spatiale (CNRS/Université Paris-Sud) et l’Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers (CEA-Irfu). Les détecteurs capables de détecter le rayonnement infrarouge des poussières ont été développés au CEA et sont issus des travaux effectués pour réaliser la caméra PACS qui équipait l'observatoire spatial Herschel.

 

Un télescope infrarouge de 83 cm de diamètre au sommet de l'atmosphère

L’expérience PILOT est constituée d'un miroir de 83 cm de diamètre équipé d'une instrumentation capable d'enregistrer les émissions cosmiques dans l’infra-rouge lointain, aux longueurs d'onde autour de  240 et 550 micromètres.

Elle est munie de deux blocs détecteurs comprenant chacun 4 matrices de 16x16 bolomètres, soit un total de 2048 détecteurs individuels appelés bolomètres. Ces matrices de détecteurs ont été développées par le CEA/DRF/Irfu de Saclay et le CEA/LETI de Grenoble pour l’astronomie submillimétrique. Elles ont été à l’origine produites pour réaliser la caméra spatiale  PACS (Photoconductor Array Camera and Spectrometer) du satellite HERSCHEL. Elles sont basées sur la micro-technologie du silicium pour l’élément bolométrique, la technologie CMOS pour le premier étage pré-amplificateur et le circuit de multiplexage intégré froid. Le CEA a fourni les matrices ainsi que l’électronique froide et chaude qui leur est associée. Les deux blocs sont refroidis à seulement 300 millidegrés au dessus du zéro absolu. par un réfrigérateur à hélium (3He).

A bord de PILOT, la polarisation de la lumière est mesurée grâce à une lame rotative et à un polariseur séparant la lumière selon deux plans orthogonaux sur les deux blocs de bolomètres de l’expérience. A l’exception du miroir primaire du télescope, l’ensemble de l'optique est maintenu à une température cryogénique (2°Kelvin ou -271°C) à l’intérieur d’un cryostat refroidi à l’hélium liquide, de façon à limiter l’émission propre de l’instrument.

 

Les détecteurs utilisés par PILOT pour mesurer le rayonnement infrarouge lointain ont été développés au CEA pour la caméra infrarouge PACS du satellite Herschel (à gauche). A droite, 4 blocs du même type sont utilisés par PILOT.

Mesurer les propriétés de la poussière galactique

L’émission des grains de poussières présents dans le milieu interstellaire de notre Galaxie et des galaxies proches est faiblement polarisée car les grains de poussière sont allongés et alignés avec le champ magnétique qui baigne le milieu interstellaire. Les mesures de PILOT renseigneront les scientifiques sur la nature des grains de poussière et les processus qui les alignent ainsi. Elles permettront également de cartographier la géométrie du champ magnétique, qui joue un rôle fondamental dans la contraction du gaz présent dans le milieu interstellaire conduisant à la formation de nouvelles étoiles.
Cette émission étant par ailleurs une nuisance pour les expériences qui mesurent précisément la polarisation du fond diffus cosmologique, les mesures de Pilot permettront également une meilleure connaissance de cette émission, et ainsi de mieux interpréter les résultats obtenus par ces expériences.

 

CNES / Emmanuel Grimault

PILOT est lancé par le CNES dans le cadre d’une campagne depuis Alice Springs, au centre de l’Australie. La masse de PILOT approche la tonne et le ballon devra atteindre une altitude de presque 40 km. A son altitude maximale, le ballon stratosphérique gonflé de 800 000 m3 d'hélium atteint un diamètre d'environ 100 m de diamètre (le plus gros ballon ouvert lancé par le CNES).
 
Le vol s'effectue durant l’une des deux inversions annuelles des vents stratosphériques, condition nécessaire pour espérer réaliser des observations pendant plus de 30 heures au plafond. L'expérience PILOT a déjà été lancée une première fois depuis le Canada en septembre 2015 dans l'hémisphère Nord.  Ce nouveau vol depuis l’hémisphère sud permettra d’observer des sources astrophysiques exceptionnelles comme les nuages de Magellan, galaxies satellites de la nôtre et les régions du centre de la Voie lactée, inaccessibles depuis l’hémisphère nord.


Voir  - le communiqué de presse CNRS-CEA (14 avril 2017)
       - le site du Département d'Astropysique du CEA
      - le site de l'IRAP (Institut de recherche en astrophysique et planétologie)

 

 [1] L’expérience PILOT a été imaginée et réalisée par les scientifiques et ingénieurs du CNRS à l’Institut de recherche en astrophysique et planétologie IRAP (CNRS/CNES/Université Paul Sabatier) et à l’Institut d'Astrophysque Spatiale IAS (CNRS/Université Paris-Sud) avec des contributions importantes de la division ballon du CNES (Toulouse), de l’ESA, des universités de La Sapienza à Rome (Italie) et de Cardiff (Royaume-Uni) et du CEA (Saclay), qui a développé le plan focal et son électronique de lecture. L’ensemble du projet est soutenu par les laboratoires du CNRS et par le financement du CNES.

 

Maj : 19/04/2017 (4019)

 

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