Le Département d'Électronique des Détecteurs et d'Informatique pour la Physique

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.

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.

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 (pour Polarized Instrument for Long-wavelength Observations of the Tenuous interstellar matter - Instrument Polarisé pour des observations à grandes longueurs d'onde du milieu interstellaire ténu) 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.