PRONAOS

5.2.1

Description

PRONAOS est un t´elescope de type Cassegrain de 2 m de diam`etre con¸cu pour les observations submillim´etriques. Il est embarqu´e sur une nacelle soutenue par un ballon stratosph´erique. Durant

des vols d’une dur´ee de 20 `a 40 heures, il est possible de mener des observations submillim´etriques

en s’affranchissant quasiment de l’´emission de l’atmosph`ere r´esiduelle `a l’altitude de vol (∼40 km). Le miroir primaire parabolique est constitu´e d’un assemblage de six p´etales asservis co-align´es. Les degr´es de libert´e sont au nombre de trois : 2 rotations (radiale et perpendiculaire `a la direction radiale), 1 translation (le long de l’axe du t´elescope). Ils sont respectivement contrˆol´es `a ±10” et ±8µm (Ristorcelli et al., 1997; Serra et al., 1998).

L’instrument focal de PRONAOS, SPM (Spectro Photom`etre Multi-bandes), est un spectropho- tom`etre `a quatre bandes (Lamarre, 1994). Un monod´etecteur bolom´etrique ´equipe chacune des voies. L’optique de SPM comprend un syst`eme de grilles dichro¨ıques, qui permet l’observation si- multan´ee de la mˆeme zone du ciel dans les quatre voies. Les d´etecteurs sont refroidis `a 0.3 K `a l’He3 dans un cryostat `a He4liquide. L’´etalonnage du syst`eme de d´etection est effectu´e en quatre ´etapes : (1) L’´etalonnage au sol du photom`etre `a l’aide de sources ´etendues (corps noirs `a diff´erentes temp´e- ratures). (2) La mesure au sol de la r´eponse spectrale de chacune des bandes. (3) La caract´erisation

en vol du faisceau sur une source ponctuelle (Saturne dans le cas d’A2163). (4) Le contrˆole actif

(en vol) de la r´eponse des d´etecteurs, obtenu grˆace `a un corps noir interne modul´e de la mˆeme

fa¸con que le signal. L’estimation de l’erreur d’´etalonnage absolue est inf´erieure `a 10% du signal.

5. la brillance de surface est int´egr´ee dans le faisceaux du t´elescope ISO ‘a 180 µm. L’angle solide correspondant est Ω180µm= 2.7 × 10−7sr.

5.2 PRONAOS 91

Tab._{5.1 – Caract´eristiques de l’instrument SPM}

VOIE 1 2 3 4

λc (µm) 205 290 390 630

δλ(µm) 170-240 240-340 340-540 540-1050

θF W HM (arcmin) 2.0 2.0 2.5 3.5

NEB(MJy/sr, 1σ, 1 heure) 1.0 0.58 0.17 0.06

D’autre part, les coefficients d’´etalonnage sont recalcul´es dans chaque cas en int´egrant le spectre de la source ´etudi´ee sur la bande passante (cf Sec. 5.3.2).

Nous renvoyons aux publications pr´ec´edemment cit´ees ainsi qu’`a Ristorcelli (1995) et Bernard (Bernard, 1991) pour une description compl`ete du t´elescope et de SPM.

5.2.2

Objectifs scientifiques

L’opacit´e de l’atmosph`ere et les difficult´es technologiques, associ´ees aux techniques de d´etection, font du domaine submillim´etrique une partie du spectre ´electromagn´etique relativement inexplor´ee. La d´efinition des bandes (cf. Tab. 5.1) fait de PRONAOS-SPM un instrument d´edi´e `a la mesure du continuum de l’´emission thermique du milieu interstellaire et `a la mesure de l’effet SZ thermique (pic positif) en direction des amas de galaxies. Le milieu interstellaire est tr`es structur´e spatialement. Il en r´esulte une variation des propri´et´es de l’´emission de la mati`ere galactique en fonction de l’´echelle et de la fr´equence. La photom´etrie submillim´etrique est essentielle `a l’´etude de la composante froide de la mati´ere interstellaire. PRONAOS-SPM est particuli`erement adapt´e `a l’observation des condensations mol´eculaires et des cirrus galactiques.

Sa voie 4, centr´ee `a 630 µm int`egre le flux SZ entre 540 et 1050 µm sur le pic positif de l’effet.

En dehors de SCUBA dont les d´etections d’amas en SZ sont rares (Komatsu et al., 1999) `a cause

de l’´emission atmosph´erique, PRONAOS est actuellement le seul instrument capable de faire ce type de d´etection dans le submillim´etrique.

Deux vols ont eu lieu jusqu’`a pr´esent `a partir de Fort Sumner au Nouveau Mexique (Etats-

Unis). Le premier s’est d´eroul´e les 17-18 septembre 1994. Le mauvais fonctionnement du senseur stellaire a interdit un pointage autre que le pointage inertiel de la nacelle. N´eanmoins par des balayages ´etendus, il a ´et´e possible de cartographier une zone de 50′_{× 10}′_{du complexe mol´eculaire}

d’Orion (Ristorcelli et al., 1998).

Le deuxi`eme vol d’une dur´ee de 30 heures a eu lieu les 22-23 septembre 1996. De nombreuses r´egions galactiques, ainsi que 5 amas de galaxies ont ´et´e observ´es. L’´emission de poussi`ere froide (Td≃ 13 K, np= 2.2) a clairement ´et´e mise en ´evidence en direction de cirrus galactiques (Bernard

et al., 1999). Parmi les amas, seul Abell 2163 a ´et´e d´etect´e. L’analyse de cette d´etection, combin´ee avec des donn´ees `a d’autres longueurs d’onde est pr´esent´ee ci-dessous (cf. Sec. 5.3).

Le troisi`eme vol est pr´evu pour Septembre 1999.

5.2.3

Strat´egie d’observation pour les amas de galaxies

Le mode d’observation choisi pour l’observation des amas de galaxies a ´et´e le mode dit 5 points ON-OFF. Son principe est illustr´e sur la figure 5.3. Cinq mesures sont effectu´ees dans un mode ON- OFF : l’amas est point´e successivement par le faisceau de modulation positif et le faisceau n´egatif (la taille du faisceau est repr´esent´ee par le cercle pointill´e, deux grands cercles sont espac´es de 6’ l’amplitude de modulation). Les cinq positions (petits cercles num´erot´es) sont faites en direction du centre de l’amas (1), et dans les quatre directions cardinales du r´ef´erentiel d’observation (2-5) `

a une distance de 1.6’ du centre. Cette m´ethode est utilis´ee de fa¸con `a parer d’´eventuelles erreurs de pointage, mais aussi de fa¸con `a d´etecter l’´emission ´etendue de l’amas.

La strat´egie d’observation inclut donc trois niveaux de modulation du signal pour soustraire les effets syst´ematiques et les d´erives ´eventuelles. (i) Une modulation spatiale de 6’ grˆace `a un miroir vibrant `a 19.5 Hz. (ii) Le centrage de la source dans les faisceaux positif et n´egatif alternativement. (iii) La r´ep´etition de la s´equence d’observation sur un champ vide (s´electionn´e au voisinage de

1.6’

6’

4

3

2

5

1

4

3

2

5

1

4

3

2

5

1

Fig. _{5.3 – Le 5 points ON-OFF avec PRONAOS. Les cercles pointill´es repr´esentent le faisceau de PRONAOS}

(centr´e sur la position de mesure 1). Les cinq positions de mesures sont repr´esent´ees par les petis cercles num´erot´es de 1 `a 5.

la source). Cette derni`ere modulation a l’avantage de mettre directement en ´evidence les effets syst´ematiques, s’ils existent.