Généralités
Thématique et contexte du projet GolfNG mesurera les modes acoustiques globaux et certains modes de gravité du Soleil par spectrométrie à résonance sur la raie D1 du sodium. Il a pour objectif scientifique d’améliorer notre connaissance des processus magnétiques internes du Soleil dans la région radiative et leur évolution temporelle en limitant et maîtrisant le bruit solaire superficiel. Les processus magnétiques internes sont en effet à l’origine des phénomènes magnétiques, cycliques ou non, visibles à la surface. Ce projet apportera aussi de fortes contraintes sur la répartition de matière, la dynamique du cœur solaire. Il mettra des contraintes fortes sur la modélisation 2D-3D magnétohydrodynamique qui se développe au CEA.
Le couplage de Golf-NG et HMI, instrument américain de sismologie à haute résolution de SDO (2008-2013), permettra pour la première fois un bilan énergétique d’ensemble. A terme Golf-NG contribuera à préciser le véritable rôle du Soleil dans l’évolution climatique, en le couplant à d'autres instruments dont il renforcera l’étude sismique, par réduction commune de bruits solaires incohérents.
Ce projet sera un support important pour l’astérosismologie en améliorant l’exploitation de l’ensemble des modes acoustiques observés (partiellement pollués à haute fréquence par l’activité de surface).
Golf-NG permettra probablement de mieux comprendre la formation du système solaire par l’étude du résidu d’un cœur en rotation rapide. Ce projet, couplé aux détecteurs de neutrinos, mettra de nouvelles contraintes sur le moment magnétique du neutrino. Il mettra aussi, par la résolution spatiale obtenue dans le coeur, des limites sur les paramètres de matière noire.
Le projet passe par une phase de R&D et de construction d'un prototype sol. Ce prototype sera installé à l'observatoire des Canaries et permettra de valider la méthode instrumentale et les divers choix technologiques, en vue de sa réalisation pour une sonde spatiale future aux alentours de 2010-2012.
Localisation Le projet est conduit par le SAp. Les études et développements des bancs de tests sont menés au Sédi. Il est entièrement réalisé au Dapnia entre SAp, Sédi et SIS.
Collaboration Ce projet regroupe des personnes provenant du CEA, de l'Observatoire de Bordeaux, de l'Université de Nice et de l'Institut d'Astronomie des Canaries (Esp.) D'autres collaborations sont en cours d'accord avec les équipes anglaises et italiennes.
Approche scientifique
Moyens d'investigation Dans sa phase de R&D, qui débouche sur la réalisation d'un prototype sol, plusieurs bancs de test sont réalisés: optique, thermique, polarisation, détecteurs afin de nous permettre de valider les différents objets et sous-systèmes de l'instrument.
Le prototype est indispensable à cause de la précision attendue, nous recherchons des signaux périodiques à hauteur de 10-7 du signal principal sur 10s, ceci nécessite de nombreux tests de chaque élément de la chaine avant spatialisation.
Instruments Spectromètre à résonance sur le même principe que Golf.
Polarisateur d’entrée à cristaux liquides
Lecture simultanée de 8 points le long de la raie du sodium D1
grâce à la présence d’une cellule de vapeur de sodium située dans l’entrefer
d’un aimant permanent à champ variable de 0 à 8 kG pour étudier les processus de déformation de la raie et baisser l'influence du bruit solaire sur les basses fréquences.
Détecteur photodiodes Hamamatsu S6493/S6494. Gain d’un facteur 10 en efficacité quantique, augmentation de la statistique de comptage pour baisser le bruit instrumental.
Spécificités Aimant permanent à champ progressif (de 0 à 1,2Tesla).
Polarisation d'entrée par analyse d'un dispositif à cristaux liquides.
Matrice de photodétecteurs standard refroidie.
Suppression de tous les mécanismes remplacés par des sélecteurs magnétiques ou cristal liquide (pour la polarisation).
En fonction du résultat obtenu avec les photodiodes (bruit du détecteur doit être inférieur au bruit statistique dans la gamme de fréquence comprise entre 0.1mHz et 2mHz, les CCD ou APS pourraient être un possible pour la version spatiale.
Contribution du Dapnia
Responsabilités scientifiques et techniques Le SAp coordonne le projet au niveau scientifique et est au centre de la collaborationinternationale. Il étudie aussi avec les agences Cnes, ESA, Nasa la phase future de spatialisation de l'instrument.
Le Sédi, outre la responsabilité de gestion du projet, assure celles de la réalisation des bancs de tests et de la construction du prototype.
le SIS assure la mécanique et thermique ainsi que la gestion des éléments d'entrée du faisceau.
L'Observatoire de Bordeaux est chargé de la responsabilité instrumentale.
L'IAC à Ténérife apporte son expertise pour la polarisation et pour la gestion des instruments installés sur leur site. Il participera aussi à l'analyse et l'interprétation des résultats.
Etats et perspectives
Dates importantes fin 2004: validation des concepts thermiques et de détections
mi-2005 : installation du prototype et début des prises de données
Etat au 31 décembre 2003 L'aimant permanent à champ progressif a été concu et réalisé au cours des années 2001-20002. Il est conforme aux spécifications.
L'étude thermique de la cellule et de son environnement est finalisée.
L'étude du système optique d'injection et la validation sur banc de test sont terminés.
Perspectives - Réalisation du banc de test thermique et validation du système de chauffage de la cellule au cours des 3 premiers trimestres 2004.
- Validation de la matrice de photodétecteurs quatrième semestre 2004.
- Réalisation prototype au premier semestre 2005.
- Installation du prototype aux Canaries pour mi-2005.
Bilan scientifique et technique Les résultats prometteurs tant pour le dispositif d'optique d'entrée que pour la photodétection permettent d'envisager la réalisation du protype avec de très bonnes caractéristiques de mesures.
L'étude sur les données Golf au cours de la prospective Cnesa démontré l'intérêt du choix de la méthode pour gagner plus d'un facteur 5 sur le rapport signal/bruit à basses fréquences.
Faits marquants 2002 : réception du dispositif magnétique.
2003 : mise en place de l'équipe projet Dapnia, démarrage des études et réalisations techniques au Sédi
2004 : mise en place des sous systèmes
2004: Nouvelle analyse des candidats modes de gravité avec Golf,
confirmation de la présence de multiplets assimilables à des modes mixtes.
Contact Sylvaine TURCK-CHIEZE, Pierre-Henri CARTON, Jean-Christophe BARRIERE
