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COCOTE a pris son envol !

COCOTE (COmpact COmpton TElescope) est un projet de recherche et développement [1] visant à préparer une nouvelle mission spatiale d’astronomie gamma. Le 2 juillet 2016, un prototype de télescope gamma a été lancé dans la haute atmosphère depuis la base du Centre National d’Etudes Spatiales (CNES) d’Aire-sur-l’Adour. Les données enregistrées pendant le vol ballon vont permettre de tester les détecteurs dans des conditions environnementales représentatives de celles en orbite terrestre.

Le satellite INTEGRAL de l’Agence Spatiale Européenne (ESA) observe depuis 2002 divers phénomènes énergétiques dans l’Univers (explosions d’étoile, annihilation d’antiparticules, accrétion de matière par des trous noirs etc..), grâce à la combinaison de deux instruments sensibles aux rayons gamma dans le domaine du mégaélectronvolt (MeV). Mais pour aller plus loin et découvrir de nouvelles sources de rayonnements gamma dans le cosmos, le prochain observatoire spatial dans ce domaine de l’astronomie devra être en mesure de détecter des flux de photons gamma bien plus faibles que ceux actuellement à la portée des instruments d’INTEGRAL. Pour ce faire, cette future mission spatiale devrait comporter un télescope de type Compton et à effet de paires constitué de deux dispositifs de spectro-imagerie [2] : un trajectographe constitué de couches minces de détecteurs en silicium double face à pistes, optimisé pour la diffusion Compton des photons gamma incidents, et un calorimètre composé de cristaux scintillants inorganiques, pour l’absorption des photons diffusés et particules secondaires. Le projet COCOTE vise à construire un démonstrateur du futur télescope spatial à partir de nouvelles technologies de détecteurs et d’une électronique de lecture intégrée.

En mars 2016, le CNES a proposé à la collaboration COCOTE une opportunité de vol de détecteurs dans la stratosphère dans le cadre d’une procédure de qualification de vol ballon. Pour cette expérience, la charge utile comprenait un assemblage de détecteurs au silicium fournit par le CEA/Irfu et un module développé au CSNSM pour le calorimètre, constitué d’un cristal scintillant de bromure de cérium (CeBr3) couplé à un photomultiplicateur à tube multi-anodes 64 voies (voir Figure 1). Pour se prémunir des effets de la faible pression atmosphérique à haute altitude, l’ensemble de détection a été placé dans une… cocotte de cuisine (voir Figure 1) ! Le dispositif a été préalablement qualifié par une série de mesures dans une enceinte climatique de l’IPNO.

Le taux de comptage du détecteur au CeBr3 pendant le vol est montré sur la Figure 2. On voit qu’il a rapidement diminué après le lancement à 4 h 52, alors que la charge utile s’éloignait de la radioactivité naturelle de la Terre, puis a augmenté pour atteindre un maximum environ 50 minutes plus tard, quand la nacelle était à une altitude d’environ 15 km. Cette altitude correspond au maximum de flux des particules secondaires générées par les rayons cosmiques dans la haute atmosphère. Au plafond du vol, à une altitude d’environ 29 km, le bruit de fond atmosphérique dans le détecteur est moindre (Figure 2). Les données accumulées pendant les onze heures de ce vol vont maintenant être scrutées dans les moindres détails pour comprendre au mieux le fonctionnement des détecteurs et identifier les sources d’émission gamma.

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Figure 1 : Cocotte (à gauche), système de détection avec le cristal scintillant (au milieu en haut), système de détection complet avec les détecteurs au silicium (au milieu en bas) et ballon principal gonflé à hélium au moment du lancement (à droite).
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Figure 2 : Taux de comptage du détecteur au CeBr3 (courbe en vert) et altitude de la nacelle COCOTE (en rouge) pendant le vol.

Contact :
Vincent Tatischeff, Tél : 01 69 15 52 41
Jean Peyré, Tél : 01 69 15 52 43


[1Collaboration CSNSM/IPNO/APC/CEA-Irfu/IRAP

[2Voir la proposition de mission spatiale ASTROGAM récemment soumise à l’ESA : http://astrogam.iaps.inaf.it/