Les diff´erents instruments scientifiques de la mission SVOM

Dans cette section sont pr´esent´es les diff´erents instruments scientifiques spatiaux et terrestres de la mission SVOM .

Figure 1.12 – La mission SVOM avec ses instruments grand-champ GRM, ECLAIRs, GWAC et ses instruments petit-champ MXT,VT et GFT.

Le GRM (Gamma-Ray Monitor)

Le moniteur de rayons gamma appel´e GRM, est en charge de la d´etection de l’´emission prompte des sursauts. Il sera particuli`erement sensible aux sursauts courts et `a ceux `a forte duret´e spectrale. Le GRM est r´ealis´e par le laboratoire IHEP `a P´ekin. Il est sensible dans une bande d’´energie de 15 keV `a 5000 keV, permettant de caract´eriser avec pr´ecision le profil spectral de l’´emission prompte. Il est constitu´e de trois modules de d´etection appel´es GRDs et d’un scintillateur pour d´etecter les particules charg´ees. Ces derniers sont positionn´es `a diff´erents endroits sur la plateforme, leurs axes ´etant inclin´es de 30 degr´es par rapport `a l’axe principal du satellite (voir la figure 1.13). Ils sont constitu´es d’un d´etecteur de type scintillateur (NaI), coupl´e `a un photo-multiplicateur et d’une ´electronique de lecture. Chaque d´etecteur poss`ede une surface efficace de d´etection de 200 cm2. Le champ de vue d’un GRD est de 2 st´eradians. La taille du champ de vue que forment les trois d´etecteurs est d’environ 6 st´eradians.

Le GRM poss`ede son propre algorithme de d´etection de sursauts bas´e sur l’augmentation du taux de comptage enregistr´e par le d´etecteur, calcul´e dans diff´erentes bandes d’´energie et pour 4 p´eriodes de temps, de 16 ms `a 8 s. Il pourra g´en´erer ainsi des alertes qui seront d’une part envoy´ees `a l’instrument ECLAIRs et d’autre part transmises au sol. J’ai d’ailleurs r´ealis´e une ´etude en collaboration avec l’´equipe chinoise sur l’apport de l’information GRM pour la d´ecision de la d´etection d’une nouvelle source transitoire par l’instrument ECLAIRs. De plus, comme les trois modules GRDs pointent le ciel dans des directions diff´erentes, il est possible d’effectuer une localisation tr`es approximative du sursaut, mais avec une pr´ecision insuffisante pour permettre le suivi de ce dernier par les instruments `a petit-champ de vue.

Enfin, on peut ajouter qu’un moniteur de particules, plac´e `a cˆot´e du GRM enregistre les taux de comptage des particules. Les donn´ees seront analys´ees au sol lors des passages dans la SAA.

Les estimations actuelles pr´edisent que le nombre de sursauts par an attendu par GRM est de 90 (Zhao et al., 2013).

Figure 1.13 – Position des diff´erents d´etecteurs GRDs formant le GRM.

ECLAIRs

Le t´elescope `a masque cod´e ECLAIRs est en charge de la d´etection et de la localisation de l’´emission prompte du sursaut. Il est r´ealis´e conjointement par l’IRAP `a Toulouse, le SAp et le SEDI `a Saclay et l’APC `a Paris sous la maˆıtrise d’œuvre du CNES. Il est sensible dans la bande d’´energie 4-150 keV. Son optique d’entr´ee `a ouverture cod´ee permet la localisation des sursauts. Son plan d´etecteur poss`ede une surface de 1024 cm2; son champ de vue est de 2 st´eradians. Mon travail de th`ese a port´e sur cet instrument. Je vais le d´ecrire plus en d´etail dans le chapitre 2. On estime d´etecter environ 60 sursauts par an avec ECLAIRs. Les r´esultats concernant l’estimation du nombre de sursauts qui ont d´etect´es par ECLAIRs sont pr´esent´es dans le chapitre 6.

MXT

Radiateur Optique

Structure

Caméra

Figure 1.14 – Sch´ema repr´esentant les diff´erents ´el´ements du t´elescope MXT.

Le MXT (Microchannel X-ray Telescope) est un t´elescope en charge de l’observation et la localisation de la r´emanence du sursaut dans la bande des rayons X. Le MXT est r´ealis´e

conjointement par le SAp `a Saclay, l’Universit´e de Leicester et le MPE `a Garching, sous la maˆıtrise d’œuvre du CNES. Ce t´elescope met en œuvre une optique d’entr´ee d’un nouveau type pour faire converger les rayons X (Lobster-eye en anglais). Il s’agit d’une v´eritable lentille faite d’un assemblage de micro-cannaux arrang´es selon la g´eom´etrie des yeux de langouste. Par comparaison avec les miroirs `a incidence rasante, elle permet de r´eduire consid´erablement la taille et la masse du t´elescope. L’optique a une distance focale de 1 m`etre. `A son foyer, est plac´ee une mosa¨ıque de d´etecteurs de type pn-CDDs.

Le MXT est sensible de 0,2 keV `a 10 keV et poss`ede une surface efficace de 45 cm2 `a 1 keV. Son champ de vue est de 64_{×64 arcmin}2. Nous estimons que le MXT pourra suivre la r´emanence de 90 % des sursauts d´etect´es par ECLAIRs. La boˆıte d’erreur de localisation des sursauts est de 2 minutes d’arc pour l’ensemble des sursauts, et de 30 secondes d’arc pour les plus brillants.

VT Miroir secondaire Baffle extérieure Barillet Support de télescope Boîte plan focal, voie rouge Boîte plan focal,

voie bleue Miroir primaire Optiques arrière Composants d’interface

Figure 1.15 – `A gauche : Sch´ema repr´esentant les diff´erents ´el´ements du t´elescope spatial visible. `

A droite : Image du ciel sur laquelle on a plac´e l’erreur de localisation d’une source par le MXT (cercle vert) et la couverture du champ de vue du VT (carr´e blanc).

Le VT (Visible Telescope) est un t´elescope en charge de la d´etection et de l’´etude de la r´emanence dans le domaine visible. Il est r´ealis´e conjointement par le NAOC `a P´ekin, le XIOPM `

a Xian et le SECM `a Shanghai. C’est un t´elescope du type Ritchey-Chretien d’un diam`etre de 40 cm. Sa magnitude limite est mV = 22, 5 pour un temps d’int´egration de 300 secondes. Sensible

de 0,4 µm `a 1 µm, il poss`ede deux voies d’´etude : une bleue et une rouge, permettant d’´etudier la r´emanence de sursauts lointains (dont le d´ecalage vers le rouge est en dessous de 5-6). Le champ de vue du VT est de 26 _{× 26 minutes d’arc. Il faut noter que la boˆıte d’erreur de localisation} d’ECLAIRs est contenue dans le champ de vue du VT.

Le VT poss`ede son propre analyseur de donn´ees `a bord. Ce dernier est en charge de cr´eer une liste potentielle de sources transitoires pr´esentes dans la boˆıte d’erreur de localisation du t´elescope X. Cette liste sera ensuite trait´ee au sol afin de d´eterminer si une nouvelle source transitoire a ´et´e d´etect´ee : on comparera les localisations des sources candidates de la liste `a un catalogue de sources. Grˆace `a ce traitement rapide `a bord, on pourra mieux d´etecter les sursauts `

Figure 1.16 – `A gauche : Photographie du premier prototype du t´elescope GWAC. `A droite : Repr´esentation d’un prototype du t´elescope fran¸cais F-GFT.

La cam´era grand champ GWAC

L’instrument GWAC (Ground Wide Angle Cameras) est en charge de la d´etection et de l’´etude de l’´emission prompte dans le visible, qui jusqu’alors, a ´et´e tr`es rarement observ´ee (voir figure 1.16). Le GWAC est r´ealis´e par le laboratoire NAOC `a P´ekin et est situ´e actuellement sur le site de Xinglong en Chine. Un deuxi`eme site est pr´evu au Chili. Il est pr´evu pour scruter en permanence une large partie du ciel, observ´ee en mˆeme temps par ECLAIRs. Il est `a la recherche de sources transitoires dans le visible se manifestant avant, pendant ou apr`es le sursaut.

Le dispositif est constitu´e d’un ensemble de 36 cam´eras couvrant un champ de vue de 5000 degr´es carr´e. Sa magnitude limite est de mV= 16 pour un temps d’exposition de 10 s. Chaque

cam´era a un diam`etre de 18 cm et une distance focale de 22 cm, et est sensible de 500 nm `a 800 nm. GWAC poss`ede son propre logiciel d’analyse qui d´etecte des sources transitoires par exc`es dans une image ou par soustraction de deux images successives d’une dur´ee de 10 secondes. `A cet ensemble, sont ajout´es deux t´elescopes robotiques de 60 cm de diam`etre, qui d`es lors qu’une alerte est d´eclench´ee par GWAC, pointent en direction de la source. La r´esolution temporelle de ces t´elescopes est de moins de 1 s, ce qui permet de suivre avec pr´ecision l’´evolution de l’´emission prompte.

Les t´elescopes GFT

Le t´elescope F-GFT (Ground Follow-up Telescope) est un t´elescope sol op´erant dans le domaine visible et proche infrarouge. Il est r´ealis´e par le LAM `a Marseille, l’IRAP `a Toulouse et l’institut d’astronomie de l’UNAM `a Mexico. Il sera situ´e sur le site de San Pedro Martir au Mexique. Il ´etudie la r´emanence du sursaut dans le domaine visible suite `a une alerte envoy´ee par le satellite. Ce t´elescope a la capacit´e de pointer tr`es rapidement en direction de la source `a ´etudier (moins de 25 s) ; il pourra ainsi :

— affiner la position du sursaut avec une pr´ecision d’une seconde d’arc.

— proposer une premi`ere estimation photom´etrique du d´ecalage vers le rouge `a l’aide de sa sensibilit´e en infrarouge.

— ´etudier les sursauts dont la r´emanence ne pourrait pas ˆetre observ´ee dans la bande visible, que ce soient des sursauts lointains, ou des ´ev´enements dont la r´emanence est absorb´ee par la poussi`ere environnante.

Le t´elescope poss`ede un champ de vue de 26 arcminutes. Son diam`etre est de 1,3 m. Un autre t´elescope d’un m`etre de diam`etre appel´e C-GFT, d´ej`a en service en Chine, sera ´egalement en charge du suivi des alertes SVOM dans le domaine visible.