ASTRO-H

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ASTRO-H

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Logo de la mission

Caractéristiques
Organisation ISAS, NASA, SRON
Domaine télescope spatial rayons X
Statut en développement
Masse 2600 kg
Lancement 2015
Lanceur H-IIA
Durée 3 ans
Orbite basse circulaire
Altitude 550 km
Période 96 min
Inclinaison 31°
Télescope
Type 2 miroirs coniques
Superficie 300 cm2 @ 30 keV
Focale 12 m
Longueur d'onde Rayons X durs (5–80 keV)
Site [1]
Principaux instruments
HXT+HXI Télescope imageur rayons X durs (5–80 keV)
SXT-S+XCS Télescope spectromètre rayons X mous (0,3–12 keV)
SXT-I+SXI Télescope imageur rayons X mous (0,4–12 keV)
SGD Détecteur rayons gamma (40–600 keV)

ASTRO-H (également appelé NeXT pour New X-ray Telescope) est un télescope spatial à rayons X développé par l'agence spatiale japonaise ISAS et qui doit être lancé en 2015. Le satellite doit être placé sur une orbite terrestre à une altitude de 550 km par une lanceur H-IIA. ASTRO-H sera avec sa masse de 2,4 tonnes et sa longueur de 14 mètres le télescope spatial japonais le plus massif jamais lancé.

Le télescope ASTRO-H doit permettre de poursuivre les recherches menées avec le télescope ASCA en explorant le rayonnement X dur au-dessus des 10 keV[1]. La NASA participe au projet en fournissant un spectromètre pour rayonnement X mou à haute résolution (SXS)[2]. L'agence spatiale néerlandaise (SRON) est chargée de construire la roue à filtres et la source utilisée pour l'étalonnage des instruments[3].

Contexte[modifier | modifier le code]

ASTRO-H est un télescope spatial à rayons X développé par l'Agence spatiale japonaise ISAS (branche scientifique de la JAXA) avec des partenaires internationaux. Il s'agit du sixième observatoire spatial à rayons X réalisé par le Japon.

Objectifs[modifier | modifier le code]

Les objectifs de la mission d'ASTRO-H, dont la durée prévue est de 3 ans, sont les suivants[4] :

  • Préciser la structure à grande échelle de l'univers et son évolution
    • Le télescope observera les amas de galaxies qui constituent les plus grandes structures de l'univers avec comme objectif de mettre en évidence les interactions entre l'énergie thermique de l'espace au sein de l'amas, l'énergie cinétique des sous-amas, mesurer l'énergie non thermique et reconstituer l'évolution dynamique des amas
    • ASTRO-H doit observer avec une sensibilité 100 fois supérieure à celle de Suzaku les trous noirs supermassifs éloignés cachés par la matière et étudier leur évolution et leur role dans la formation des galaxies.
  • Comprendre les conditions extrêmes dans l'univers
  • Étudier les différents phénomènes de l'univers non thermique
    • ASTRO-H déterminera les conditions physiques des sites où les particules à haute énergie (rayons cosmiques) acquièrent leur énergie et élucidera les processus par lesquels la gravité, les collisions et les explosions d'étoiles transmettent leur énergie aux rayons cosmiques.
  • Enquêter sur la matière noire et l'énergie sombre
    • Le télescope doit cartographier la matière noire présente dans les amas de galaxies et déterminer la masse totale des amas de galaxies plus ou moins éloignés et plus ou moins anciens. Il doit étudier le rôle de la matière noire et l'énergie sombre sur l'évolution de ces systèmes.

Caractéristiques techniques[modifier | modifier le code]

ASTRO-H est un satellite de 14 mètres de long pour une masse qui doit être inférieure à 2,6 tonnes. Il est construit autour du télescope spatial qui est constitué d'une part d'un banc optique fixe long de 5,6 mètres et d'autre part d'un banc optique déployable long de 6,4 mètres qui supporte l'imageur HXI pour les rayons X durs. L'ensemble permet de disposer d'une longueur focale de 12 mètres nécessaire pour les performances des deux optiques HXT dédiés aux rayons durs qui se situent à l'autre bout du satellite par rapport à l'imageur HXI. Le coix d'un banc optique déployable découle de la taille limitée disponible sous la coiffe du lanceur. Une aile unique perpendiculaire à l'axe du télescope supporte les panneaux solaires qui fournissent environ 3 500 Watts. Les échanges de données avec les stations terrestres se font en bande X avec un débit de 8 mégabits/s. Le satellite dispose d'une capacité de stockage des données de 12 gigabits. ASTRO-H doit être lancé par une fusée japonaise H-IIA tirée depuis la base de Tanegashima et placé sur une orbite basse circulaire de 550 km avec une inclinaison d'environ 31° qu'il parcourt en 96 minutes.

Astro-h schema.jpg

Instruments scientifiques[modifier | modifier le code]

ASTRO-H comporte deux télescopes à rayons X durs HXT (Hard X-ray Telescope) qui focalisent ceux-ci vers l'imageur HXI (Hard X-ray Imager) et deux télescopes à rayons X mous SXT (Soft X-ray Telescope) dont l'un dirige les rayons vers le spectromètre à micro calorimètre avec une résolution énergétique remarquable de 7 eV et l'autre fait converger les rayons vers un détecteur à base de CCD. Pour disposer d'une large couverture du spectre électromagnétique l'instrument SGD (Soft Gamma-ray Detector) étudier les rayons gamma mous jusqu'à 600 kev sans les focaliser[4].

ASTRO-H emporte six équipements scientifiques :

Télescope à rayons X mous (SXT-S, SXT-I)[modifier | modifier le code]

ASTRO-H dispose de deux télescopes à rayons X mous identiques STX (Soft X-ray Telescopes) dont la conception est proche des télescopes XRT embarqués sur Suzaku. Il s'agit dans les deux cas de télescope Wolter de type I de 5,6 mètres de longueur focale composés de 203 coques en aluminium recouverts d'une couche réfléchissante d'or. Chaque miroir est de forme conique et son épaisseur dépend de sa position dans l'optique : elle va en croissant en allant vers l'extérieur (152, 229 et 305 μm). Le diamètre externe de chaque télescope est de 45 cm. La superficie effective (réfection de 100 %) est de 560 cm² à 0,5 keV et 425 cm2 à 6 keV. La résolution spatiale (HPD) est de 1,3 minutes d'arc. Le télescope SXT-S concentre les rayons X vers le spectromètre SXS (Soft X-ray Spectrometer) tandis que SXT-S dirige les rayons vers l'imageur SXI (Soft X-ray Imager).

Télescope à rayons X durs (HXT)[modifier | modifier le code]

ASTRO-H dispose de deux télescopes à rayons X durs (5–80 keV) identiques dont la structure est proche de celle des télescopes à rayons mous SXT embarqués sur le même engin spatial. Il s'agit dans les deux cas de télescope Wolter de type I de 12 mètres de longueur focale composés de 213 coques en aluminium. Pour pouvoir réfléchir les rayons X dur le support est recouvert de couches alternées de matériau réfléchissant dont l'épaisseur est soigneusement calculée pour que en application de la Loi de Bragg les rayons X les plus durs puissent être réfléchis par les couches inférieurs. Les miroirs ont un support de forme conique dont l'épaisseur est de 200 μm. Le diamètre externe de chaque télescope est de 45 cm. La superficie effective (réflexion de 100 %) est, pour les deux miroirs, de 800 cm² à 8 keV, 300 cm² à 30 keV et 10 cm2 à 50 keV. La résolution spatiale est de 1,7 minutes d'arc. Chacun des deux télescopes concentrent les rayons X vers un imageur HXI (Hard X-ray Imager)[5].

Imageur rayons X durs (HXI)[modifier | modifier le code]

L'imageur à rayons X durs HXI (Hard X-ray Imager) utilise des détecteurs à structure hybride (silicium double face et tellurure de cadmium pour pouvoir collecter les photons ayant une énergie allant jusqu'à 80 keV avec un rendement quantique élevé. Les résolutions spatiales de 250 μm et énergétique de 1-2 keV (FWHM) sont atteintes avec un bruit de fond peu élevé[6].

Spectromètre à rayons X mous (SXS)[modifier | modifier le code]

Le spectromètre à rayons mous SXS (Soft X-ray Spectrometer) utilise un détecteur composé de réseau de 6x6 microcalorimètres refroidis à une température de 0,05 °K et couvrant un champ optique de 3 x 3 minutes d'arc. La résolution énergétique attendue est au moins de 7 eV (FWHM) et pourrait atteindre 4 eV. La surface effective du détecteur est de 225 cm² pour les rayons de 7 keV. L'instrument développé par la JAXA et la NASA est une évolution de l'instrument XRS installé à bord du télescope spatial Suzaku qui n'a pu être utilisé à la suite de l'évoparation de l'hélium liquide destiné à le maintenir à sa température de fonctionnement. Le détecteur permet d'enregistrer 150 photons par seconde. Si la source est brillante (nombreux photons), un filtre peut être placé devant le détecteur. La quantité d'hélium embarqué garantit une durée de fonctionnement comprise entre 4,6 et 6,9 ans[7].

Imageur rayons X mous (SXI)[modifier | modifier le code]

L'imageur à rayons X mou SXI (Soft X-ray Imager) utilise un CCD à canal p d'une conception nouvelle d'une surface de 30,72 mm². Il est éclairé par la face arrière ce qui lui permet d'être sensible aux rayons à faible énergie et résistant aux micro-météorites. Le détecteur utilise 4 puces. Un système de refroidissement mécanique abaisse la température à -120°C[8].

Détecteur rayons gamma mous (SGD)[modifier | modifier le code]

Le détecteur de rayons gamma SGD (Soft Gamma-ray Detector) est un instrument de nouvelle génération capable de mesurer le rayonnement gamma mou (40 à 600 keV) avec un niveau de bruit de fond dix fois inférieur aux instruments existants. Pour réduire l'impact du bruit de fond il utilise une caméra Compton avec un bouclier actif. La résolution énergétique atteinte est inférieure à 2 keV. Dans la bande 50-200 keV, l'instrument peut mesurer la polarisation de sources tels que les disques d'accrétion des trous noirs, les binaires comprenant une étoile à neutrons et le coeur des galaxies actives[9].

Principales caractéristiques des instruments de ASTRO-H[10]
Instrument SXS SXI HXI SGD (photo-abs.) SGD (Compton)
Spectre 0,3-12 keV 0,4-12 keV 5-80 keV 10-600 keV 40-600 keV
Superficie effective 50/225
@0,5-6 keV
214-360
@0,5-6 keV
300
@30 keV
150
@30 keV
20
@100 keV
Champ optique
(minutes d'arc)²
3,05x3,05 38x38 9x9 33x33 (<150 keV)
600x600 (>150 keV)
Résolution angulaire
(minutes d'arc)
1,3 1,3 1,7 - -
Résolution spectrale en FWHM (eV) 5 150 @6keV <2000 @60keV 2000 @40keV
Résolution temporelle
(secondes)
8x10-5 s 4 s n x 10-5 s
Bruit de fond instrumental
(/s/keV/FoV)
2x10-3/0,7x10-3
@0,5-6 keV
0,1/0,1
@0,5-6 keV
6x10-3/2x10-4¹
@10-50 keV
2x10-3/4x10-5²
@10-50 keV
- 10-4/ 10-5
@100-600 keV
¹4 couches; ²1 couche

Déroulement du projet[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. (en) High Energy Astrophysics, « The New X-ray Telescope », ISAS,‎ (consulté le 24 juin 2008)
  2. (en) NASA, « NASA Selects Explorer Mission of Opportunity Investigations », NASA,‎ (consulté le 23 juin 2008)
  3. (en) SRON, « SRON - ASTRO-H »,‎ (consulté le 31 mars 2010)
  4. a et b (en) Tadayuki Takahashi et al., « The ASTRO-H Mission », Proceedings of the SPIE, Kluwer Academic Publishers, vol. 7732,‎ , p. 77320Z-77320Z-18 (lire en ligne)
  5. (en) Hideyo Kunieda et al., « Hard X-ray Telescope to be onboard ASTRO-H », Proceedings of the SPIE, s,‎
  6. (en) Motohide Kokubun et al., « Hard X-ray Imager (HXI) for the ASTRO-H mission », Proceedings of the SPIE, s,‎
  7. (en) Kazuhisa Mitsuda et al., « The High-Resolution X-ray Microcalorimeter Spectrometer System for the SXS on ASTRO-H », Proceedings of the SPIE, s,‎
  8. (en) Hiroshi Tsunemi et al., « Soft X-ray Imager (SXI) Onboard ASTRO-H », Proceedings of the SPIE, s,‎ (lire en ligne)
  9. (en) Hiroyasu Tajima et al., « Soft Gamma-ray Detector for the ASTRO-H Mission », Proceedings of the SPIE, s,‎
  10. (en)ISAS, « ASTRO-H Quick reference »,‎

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

Liens internes[modifier | modifier le code]