La phase II de H.E.S.S

La deuxième phase de H.E.S.S. a démarré avec la mise en service d’un cinquième télescope, nommé CT5, en juillet 2012. Ce télescope de 28 m de diamètre a été installé au centre des quatre précédents afin d’améliorer les performances du réseau et notamment d’abaisser le seuil en énergie et d’augmenter la sensibilité et la résolution angulaire de l’expérience. Les cinq télescopes peuvent fonctionner en stéréoscopie ce qui fait de H.E.S.S. le premier réseau hybride de télescopes dont le principe de détection est l’imagerie du rayonnement Cherenkov atmosphérique. Néanmoins, vu son temps mort nettement inférieur à celui de CT1-4, CT5 peut aussi fonctionner seul, c’est-à-dire en mode monoscopique.

L’expérience H.E.S.S.

4.1.3.1 Le cinquième télescope

La monture de CT5 est de type altazimutale comme pour les quatre premiers télescopes. En revanche l’optique n’est pas sphérique mais parabolique. Cette structure a été choisie pour minimiser la dispersion temporelle des photons Cherenkov. En effet, pour une optique de Davies- Cotton cette dispersion augmente avec le diamètre du télescope et diminue avec sa longueur focale. Pour les quatre premiers télescopes, la dispersion temporelle introduite par la structure était de l’ordre de 4,5 ns au maximum alors que l’émission Cherenkov dure intrinsèquement environ 5 ns. Pour un télescope de la taille de CT5, cette dispersion temporelle dépasserait la durée de l’émission Cherenkov ce qui aurait pour conséquence de diluer le signal et donc de dégrader le rapport signal sur bruit. Diminuer l’asynchronisme reviendrait alors à augmenter la longueur focale du télescope mais dans ce cas c’est le coût de la structure métallique qui devient trop important. En revanche, avec une optique parabolique, le signal est isochrone et ce problème disparaît. Le désavantage est que les aberrations de coma augmentent, ce qui oblige à limiter le champ de vue. Le réflecteur du cinquième télescope mesure 28 m de diamètre pour une surface réfléchissante effective de 614,5 m2. Cette surface est composée de 876 miroirs de forme hexagonale mesurant 90 cm de bord à bord.

La caméra de CT5 [126] mesure 240 cm de diamètre et 184 cm de profondeur. Elle est compo- sée de 2048 PM. Ces PM sont regroupés, comme pour les premières caméras, par 16 pour former un total de 128 tiroirs. La taille angulaire d’un PM, c’est-à-dire du cône de Winston afférent, est de 0,07° et le champ de vue total de la caméra de CT5 est de 3,2°. La méthode d’alignement des miroirs est la même que pour les quatre premiers télescopes. Les mémoires analogiques de 128 cellules ont été remplacées par des mémoires de 256 cellules afin d’augmenter le temps de signal stocké en mémoire à chaque instant. L’électronique des tiroirs a aussi été modifiée afin d’être plus rapide. En particulier, l’ajout d’une mémoire FIFO en amont de chaque processeur FPGA permet de stocker jusqu’à 64 événements en attendant une décision du système de dé- clenchement central. Cet ajout a pour effet d’atténuer les fluctuations dans le temps d’arrivée des événements. Le nouveau temps mort est de 10 µs incluant la digitalisation du signal qui n’est plus que de 2 µs et le transfert à la nouvelle mémoire FIFO. En moyenne, le temps mort représente donc environ 1% du temps d’acquisition de CT5 pour un taux moyen d’acquisition de 1 kHz.

Enfin, CT5 est équipé d’un système de mise au point qui permet d’ajuster pendant les observations la longueur focale en déplaçant la caméra le long de l’axe optique sur une dis- tance pouvant atteindre 23 cm. La caméra de CT5 peut ainsi focaliser à différentes profondeurs d’atmosphère. Ainsi on peut adapter la distance à laquelle la caméra focalise aux conditions d’observation, en particulier à l’angle zénithal d’observation qui influe fortement sur la posi- tion et donc la distance du maximum de développement de la gerbe. Par défaut, la position du système de mise au point est fixée pour une focalisation optimale à 15 kilomètres d’altitude.

4.1.3.2 Le système de déclenchement

Les seuils et multiplicités de déclenchement de la caméra de CT5 sont les mêmes que pour les autres caméras : l’acquisition des données a lieu si le signal d’un secteur dépasse 4 photo- électrons par pixel pour au moins 3 pixels dans une fenêtre temporelle inférieure à 1,3 ns. Malgré ces similitudes, les conditions de déclenchement de CT5 sont différentes des autres télescopes. En effet, l’augmentation de la surface réfléchissante implique une collecte plus importante de photons de bruit de fond tandis que la diminution du champ de vue de chaque pixel produit l’effet inverse, c’est-à-dire un nombre de photons de bruit de fond par pixel moindre. Le bruit de fond étant uniforme, à l’opposé du signal qui est concentré, cette procédure permet d’augmenter la quantité

La calibration

de signal reçu sans changer les conditions de détection du fond. Malgré des seuils et multiplicités de déclenchement identiques aux quatre premiers télescopes, le rapport signal sur bruit qui en résulte est donc meilleur pour CT5. Au niveau du déclenchement central, CT5 est autorisé à déclencher seul ou en coïncidence avec un ou plusieurs autres télescopes. Le fonctionnement stéréoscopique du réseau n’est donc modifié qu’à la marge : le seuil en énergie de CT5, plus bas que celui de CT1-4, permet de reconstruire un taux d’événement stéréoscopique supérieur à celui de la première phase. En effet des événements proches du seuil qui n’étaient détectés que par un télescope de la phase I ont dorénavant une probabilité plus grande d’être vus par un de ces derniers et CT5. Toujours à cause du seuil en énergie plus bas, il existe des événements qui sont uniquement détectés par CT5. On appelle ces événements des événements monoscopiques. Le temps mort de CT5 ne représentant qu’environ 1% de son temps d’acquisition dans des conditions usuelles d’observation, le fonctionnement monoscopique de CT5 n’affecte donc pas le fonctionnement stéréoscopique du réseau complet. En effet, le temps mort de ce dernier est toujours dominé par celui de CT1-4 qui représente environ 10% du temps d’acquisition dans des conditions usuelles d’observation.