Le fond diffus cosmique X

Le bruit de fond diffus cosmique X est dˆu principalement `a la superposition des ´emissions de noyaux actifs de galaxies `a diff´erents d´ecalages spectraux (quasars, galaxies de Seyfert). Les fluctuations du CXB perturbent la recherche de sources transitoires dans le champ de vue. Le CXB, dominant pour E < 50 keV devient n´egligeable au del`a de 80-100 keV. Afin de limiter cette source de bruit, on a plac´e un blindage lat´eral entre le masque cod´e et le d´etecteur, ce qui fixe le champ de vue total `a environ 2 st´eradians.

3.2.1 Le mod`ele du fond diffus cosmique X

Au fil des observations des missions spatiales, la connaissance du CXB a progress´e. La fi- gure 3.1 montre les spectres du CXB obtenus suivant les diff´erentes observations. Plusieurs mod`eles ont ´et´e ajust´es sur ces observations. Le mod`ele le plus r´ecent est celui de Moretti (2009). Il a ´et´e obtenu `a partir des donn´ees Swift, qui est sensible dans la gamme d’´energie 15 - 350 keV. Le CXB est mod´elis´e par deux lois de puissance :

dN

dE =

C

(E/Eb)Γ1 + (E/Eb)Γ2

(3.1)

avec C = 0.109 photons cm−2s−1sr−1keV−1, Γ1 = 1.40 ; Γ2 = 2.88 et Eb = 29 keV.

Pour une ´energie E > 163 keV, on adopte un autre mod`ele du CXB (Gruber et al., 1999), qui est utilis´e dans les simulations Geant 4. En effet, les donn´ees de l’instrument HEAO-1 (High Energy Astronomy Observatories), sensible de 0.2 keV `a 10 MeV, ont permis de mieux caract´eriser le CXB `a plus haute ´energie que Swift. La coupure `a 163 keV correspond `a l’inter- section des deux mod`eles. N´eanmoins, comme ECLAIRs est sensible jusqu’`a 150 keV, l’influence du mod`ele du CXB `a haute ´energie est n´egligeable.

k

eV

ph

oto

ns

cm

s

sr

keV

Energie (keV)

1

10

10

10

₁₀

₁₀

₁₀

₁₀

₁₀

₁₀

Figure 3.1 – Spectre du bruit de fond diffus cosmique X mesur´e et mod´elis´e `a partir des observations (Sizun, 2011).

3.2.2 Simulation du fond diffus cosmique X dans ECLAIRs

J’ai utilis´e les r´esultats de Partick Sizun (SEDI) sur la propagation des photons du CXB `a travers le mod`ele Geant 4 d’ECLAIRs. Les photons du CXB peuvent provenir de n’importe o`u dans le ciel. Ces derniers poss`edent une ´energie de quelques keV au MeV. Le mod`ele Geant 4 tient compte :

— de leur interaction avec le blindage, — de leur interaction avec le masque,

— de leur interaction avec le d´etecteur et notament dans la profondeur du cristal, soit arrivant en incidence normale, soit de biais via la zone inter-pixel.

J’ai calcul´e le nombre de coups enregistr´es sur le d´etecteur provenant de photons du CXB pendant une demi-orbite (soit 45 min), de sorte `a avoir une bonne statistique et sans prendre en compte le passage de la Terre dans le champ de vue.

La figure 3.2 repr´esente le spectre du CXB obtenu sur le d´etecteur de la cam´era ECLAIRs. La m´ethode statique (section 2.3.4) utilise directement ce spectre pour calculer le bruit de fond attendu par ECLAIRs dans une bande d’´energie.

Co up s cm -2 s -1 keV -1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 Energie (keV) 10 20 40 80 100 200 Original Dégradé

Figure 3.2 – Spectre du bruit de fond diffus cosmique X mesur´e par ECLAIRs. En noir, la courbe attendue si la mesure de l’´energie des photons par l’instrument ´etait parfaite et en rouge la courbe d´egrad´ee en prenant en compte les performances de l’instrument pour la r´esolution. Le temps d’exposition est de 45 min. Courbe tir´ee de Sizun (2011).

Les simulations de performance de d´etection de l’instrument ECLAIRs de l’approche dyna- mique utilisent comme spectre du CXB celui dont la forme est donn´ee par l’´equation 3.1. En utilisant le mod`ele simplifi´e CxgSim et dynamique d’ECLAIRs (section 2.3.3), on en d´eduit le spectre du CXB en sortie sur le plan d´etecteur. Contrairement au mod`ele Geant 4, CxgSim ne prend en compte que les interactions des photons avec les pixels du d´etecteur via la m´ethode de lanc´e de rayons ray-tracing. Ainsi, les photons qui arrivent de biais et qui sont d´etect´es dans la profondeur du cristal ne sont pas pris en compte. De plus, il n’y a pas de contribution des interactions multiples dans CxgSim. Ainsi, on perd en nombre de coups arrivant sur le d´etecteur entre le mod`ele Geant 4 et CxgSim. Cependant, la redistribution en ´energie des coups utilisent des r´esultats interm´ediaires du mod`ele Geant 4 (voir section 2.3.2).

Les diff´erences de r´esultat entre le mod`ele Geant 4 et CxgSim concernant le nombre de coups provenant du CXB attendu par ECLAIRs sont r´epertori´es dans la table 3.1.

Mod`ele d’ECLAIRs Type d’interactions Gamme d’´energie

4-50 keV 4-120 keV 50-120 keV Geant 4 (Sizun, 2011) Simple et Multiples 2810 cps/s 3082 cps/s 271 cps/s

Geant 4 (Sizun, 2011) Simple 2330 cps/s 2435 cps/s 105 cps/s

CxgSim Simple 2172 cps/s 2285 cps/s 112 cps/s

Table 3.1 – Taux de coups enregistr´es sur le d´etecteur provenant du bruit de fond diffus

Si on ne consid`ere que les interactions simples, le nombre de coups enregistr´es sur le d´etecteur d’ECLAIRs est de 2300 coups/s dans la bande d’´energie 4-120 keV. En prenant en compte toutes les interactions, avec le mod`ele Geant 4, on estime que le nombre de coups provenant du CXB attendu avec ECLAIRs est 3100 coups/s dans la bande d’´energie 4-120 keV. On peut noter aussi que les m´ethodes standard (voir section 2.4) ne consid`erent que les ´ev´enements marqu´es comme

´ev´enements simples1 par l’´electronique. La strat´egie de classement des coups en ´ev´enements

simples par l’´electronique de bord est donc cruciale pour les algorithmes. Cette strat´egie est en cours de discussion avec l’´equipe d’ECLAIRs.