Les rayons gamma manifestent l’existence des phénomènes les plus extrêmes de notre Univers. Les objets célestes associés à ces phénomènes, mettant en jeu des quantités d’énergie inimaginables, sont le siège d’accélération de particules à très haute énergie. La liste de tels objets inclut les noyaux actifs de galaxie, les sursauts gammas (2), les vestiges de supernovae, les pulsars (3)… Les conditions physiques précises qui prévalent dans ces objets extraordinaires restent en grande partie à déterminer. Grâce à un gain en sensibilité d’un facteur 25 par rapport à la mission précédente, EGRET, GLAST devrait faire découvrir plusieurs milliers de sources de rayons gamma, décuplant ainsi le nombre de sources connues dans ce domaine. GLAST permettra d’étudier également en détail le rayonnement gamma diffus émis par les rayons cosmiques se propageant dans la Galaxie. La présence de matière noire sera aussi activement recherchée. Après une période d’un an, les données de GLAST seront mises à disposition de l’ensemble de la communauté scientifique internationale. La durée de vie prévue de la mission est de 5 ans, prolongeable à 10 ans.
Les rayons gamma étant absorbés par l’atmosphère, il est nécessaire de les détecter depuis l’espace, ce que fera le satellite GLAST à une altitude de 560 km. L’instrument principal, le LAT (Large Area Telescope), qui détectera les rayons gamma d’une énergie entre 30 MeV et 300 GeV explorera l’ensemble du ciel en trois heures grâce à son très grand champ de vue (20% du ciel à tout moment). De nombreuses sources de rayons gamma étant variables, cette surveillance continuelle du ciel permettra d’alerter la communauté scientifique en cas d’éruptions. Le LAT est principalement composé de trois éléments: un trajectographe permettant de mesurer la direction des rayons, un calorimètre pour mesurer leur énergie et un système permettant de différencier rayons gamma et particules chargées du rayonnement cosmique qui constituent un bruit de fond indésirable. La technologie et les méthodes d’analyse sont similaires à celles employées en physique des particules, les énergies des particules détectées étant comparables. Un instrument secondaire, le GBM (Glast Burst Monitor) est dédié à la détection de l’émission de basse énergie (8 keV-30 MeV) des sursauts gamma.
La collaboration GLAST inclut la NASA et la DOE (Departement of Energy) du côté américain et des instituts de six pays (Etats-Unis, France, Italie, Japon, Suède et Allemagne). Côté français, cinq équipes y participent : trois équipes de l’IN2P3-CNRS (LLR, CENBG , LPTA (4)), une du CEA (IRFU/SAp (5)) et une de l’INSU-CNRS (CESR (6)). Le Laboratoire Leprince-Ringuet (CNRS/Ecole Polytechnique) a conçu et fabriqué la structure du calorimètre. Des équipes de l’IN2P3-CNRS ont étudié en détail la réponse du détecteur à différents types de particules, grâce à plusieurs tests sur accélérateurs, en particulier au CERN, et des simulations par ordinateur. Ces équipes ont développé des techniques d’analyse et d’étalonnage sophistiquées qui seront mises à profit lors du vol. Le groupe du CEA/SAp a fait l’étude de définition des détecteurs du calorimètre à laquelle une équipe du laboratoire Astroparticule et cosmologie, (APC, CNRS/Université Paris 7/CEA/Observatoire de Paris), a également contribué. Il est en charge de la détection des sources gamma pour en établir le catalogue et les identifier. Il est aussi responsable du modèle d’émission interstellaire. Le CESR contribue à l'identification des sources.
Notes:
(1) les rayons gamma représentent la forme de lumière la plus énergétique
(2) explosions d'étoiles extrêmement lumineuses produisant un jet relativiste
(3) étoiles à neutrons en rotation rapide sur elle-mêmes résultant de l’effondrement du cœur d'une supernova
(4) LLR : Laboratoire Leprince-Ringuet (CNRS/Ecole Polytechnique), CENBG : Centre d'Etudes Nucléaires de Bordeaux-Gradignan (CNRS/Université de Bordeaux 1), LPTA : Laboratoire de Physique Théorique et Astroparticules (CNRS/Université Montpellier 2)
(5) Service d'Astrophysique, Saclay
(6) Centre d'Etude Spatiale des Rayonnements (CNRS/Université Toulouse 3)
Source: CNRS
Illustration: © Sonoma State University/Aurore Simonet
