Beppo-SAX

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BeppoSAX
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Vue d'artiste du satellite BeppoSAX

Caractéristiques
Organisation ASI, NIVR
Masse 1 400 kg
Lancement 30 avril 1996
Désorbitage 29 avril 2003
Altitude 600 km
Période 96 min
Télescope
Type 4 unités de 30 miroirs coaxiaux et cofocaux
Diamètre 6,8 cm à 16,2 cm
Superficie 150 cm² à 6 keV (MECS), 22 cm²à@ 0,25 keV (LECS)
Focale 1,85 m
Longueur d'onde Rayons X
Identifiant COSPAR 1996-027A
Site www.asdc.asi.it/bepposax
Principaux instruments
MECS 3 télescopes
LECS 1 télescope
HPGSPC Compteur proportionnel en collimation
PDS 4 détecteurs de scintillation
WFC 2 caméras

BeppoSAX est un observatoire spatial rayons X développé par l'Agence spatiale italienne avec une participation importante des Pays-Bas et lancé en 1996. Sa principale caractéristique est la largeur du spectre électromagnétique observé par ses instruments allant des rayons X mous (0,1 keV) jusqu'au rayons gamma 300 keV. La mission de BeppoSAX s'est achevée le 2 mai 2002. Le télescope spatial a fait progresser de manière importante notre compréhension du phénomène des sursauts gamma en identifiant pour la première fois les émissions dans le rayonnement X associées au phénomène.

Contexte[modifier | modifier le code]

Au début des années 1980 un groupe de chercheurs dirigé par Livio Scarsi de l'Université de Rome en Italie commence à travailler sur un projet de télescope spatial destiné à l'étude des rayons X et baptisé Satellite per Astronomia X (Satellite pour l'astronomie X). Le projet est mené en collaboration avec les agences spatiales italienne (ISA) et néerlandaise (NVIR). L'objectif principal est d'étudier le rayonnement X mais il est prévu également d'utiliser les boucliers anti-coïncidence pour détecter les sursauts gamma. Après 10 ans de développement entrecoupés de reports, le satellite est finalisé. Son coût final est de 350 millions $. Il est baptisé BeppoSAX en l'honneur du physicien italien Giuseppe « Beppo » Occhialini, grand acteur du développement de l'ESA. SAX est l'acronyme de Satellite per Astronomia X c'est-à-dire satellite d'astronomie X.

Objectifs scientifiques[modifier | modifier le code]

Compte tenu de ses capacités à observer un spectre très large s'étendant des rayons X mous aux rayons gamma mous (0,1 keV) - 300 keV) Beppo-SAX a pour objectif d'apporter des contributions significatives dans les domaines suivants[1] :

  • Objets galactiques compacts (étoile à neutrons, trou noir) : forme et variabilité des spectres électromagnétiques et de certaines raies spectrales telles que celle du fer et la raie cyclotron ; spectroscopie avec résolution de phase. Recherche et études de nouvelles sources de rayons X transitoires.
  • Galaxies actives : profil et variabilité du spectre électromagnétique et étude de certaines parties du spectre des objets lumineux (excès de rayons mous, absorption chaude et froide et pics associés de l'oxygène et du fer...); forme du spectre électromagnétique et variabilité des différentes classes de galaxies actives caractérisées par des émissions allant de 1/20 de 3C 273 à 100-200 keV ; spectres des galaxies actives peu brillantes (objet avec un décalage vers le rouge élevé) jusqu'à 10 keV[1].

Caractéristiques techniques[modifier | modifier le code]

Le satellite[modifier | modifier le code]

Beppo-SAX est un satellite haut de 3,6 mètres avec un diamètre d'environ 2,7 mètres lorsque les panneaux solaires ne son pas déployés. Il pèse 1 400 kg dont 480 kg pour la charge utile. C'est un satellite stabilisé 3 axes. Son orientation doit tenir compte d'une contrainte d'éclairage de ses panneaux solaires qui sont fixes : les rayons solaires doivent frapper ceux-ci avec un angle d'incidence qui ne doit pas être s'écarter de plus de 30° de la perpendiculaire (exceptionnellement 45 % pour des observations effectuées avec les caméras grand champ). L'énergie produite par les panneaux est de 800 Watts dont 260 Watts sont utilisés par les instruments. L'observatoire spatial comporte deux sous-ensemble : le module de service (ou bus) qui occupe la partie inférieure et abrite les équipements de servitude ainsi que l'électronique des instruments scientifiques. La partie supérieure du satellite est occupée par les instruments scientifiques proprement dit ainsi que par les viseurs d'étoiles. Le satellite circule sur une orbite terrestre basse qui implique que la station à Terre n'est visible que brièvement. En conséquence les données scientifiques sont stockées à bord sur une bande magnétique d'une capacité de 450 mégabits. Les données sont transmises à chaque passage en vue de la station terrestre avec un débit moyen de 60 kilobits qui peut monter à 100 kilobits. Le système de contrôle d'attitude utilise des moteurs de contrôle d'orientation, des magnétomètres redondants, des senseurs de Soleil et trois senseurs d'étoiles, 6 gyroscopes dont 3 redondants, trois magnéto-coupleurs et 4 roues de réactions. L'ensemble permet de maintenir le pointage avec une précision de 1 minute d'arc et est capable de changer l'orientation du satellite pour viser une nouvelle cible à une vitesse de 10° par minute[1].

Instrumentation[modifier | modifier le code]

Beppo-SAX emporte les 4 instruments scientifiques à champ étroit suivants[1] :

  • Les spectromètres moyenne énergie (1,310 keV) SPECS (Medium Energy Concentrator Spectrometers) qui utilisent trois optiques Wolter type 1 pour concentrer les rayons X incidents et des compteurs proportionnel à gaz comme détecteur.
  • Les spectromètres basse énergie (0 110 keV) LECS (Low Energy Concentrator Spectrometer) qui utilisent trois optiques Wolter type 1 pour concentrer les rayons X incidents et des compteurs proportionnel à gaz comme détecteur.
  • Un compteur proportionnel à gaz à haute pression HPGSPC (High Pressure Gas Scintillation Proportional Counter) pour les rayons X durs (4120 keV)
  • Un détecteur Phoswich PDS (Phoswich Detector System) pour le rayonnement ayant une énergie comprise entre 15 et 300 keV.

Les instruments à champ étroit constituent les instruments principaux de l'observatoire spatial et leur mise en œuvre est privilégiée par rapport aux instruments à large champ suivants[1] :

  • Deux caméras constituées de détecteurs à masque codé installées perpendiculairement à l'axe optique des instruments à champ étroit et dans un sens opposé l'une à l'autre. Le spectre couvert est de 2-30 keV, le champ optique est de 20 × 20 ° et la résolution optique est de 5 minutes d'arc.
  • Les boucliers anti-coïncidence actifs des instruments à champ étroit sont par ailleurs utilisés pour détecter les sursauts gamma ayant une énergie émise supérieure à 10-6 erg cm-2s-1 dans la gamme 60-600 keV avec une résolution temporelle de 1 ms.

Déroulement des opérations[modifier | modifier le code]

Le satellite est contrôlé depuis un centre opérationnel situé à Rome en Italie. Le centre chargé de la planification des observations ainsi que du traitement et du stockage des données scientifiques est également situé à Rome. Les commandes dans le sens montant, les données télémétriques et les résultats scientifiques dans le sens descendant sont transmis au cours de sessions de télécommunications de 10 minutes lorsque le satellite survole la station de Malindi que l'Agence spatiale italienne détient au Kenya. La durée de vie programmée du satellite est de 2 à 4 ans et il est prévu d'effectuer de 1000 à 2000 observations distinctes d'une durée comprise entre 104 et 105 secondes. Le temps d'observation est réduit de moitié par les éclipses de Terre. Le temps d'observation est alloué sur la base d'appels à propositions qui sont soumis à un comité de sélection. Durant la première année 80 % du temps d'observation est réservé aux scientifiques attachés à l'équipe scientifique italo-néerlandaise à l'origine du projet. Ce temps d'observation réservé passe à 60 % la deuxième année puis 50 % les années suivantes[1].

Déroulement de la mission[modifier | modifier le code]

Beppo-SAX est lancé le 30 avril 1996 par une fusée Atlas-Centaur et placé sur une orbite basse de 96 minutes de période à une altitude de 600 km et avec une inclinaison de 3,9°. Cette orbite permet, grâce à la protection du champ magnétique terrestre de réduire le bruit de fond généré par les rayons cosmiques ce qui constituent un avantage important pour les instruments à haute énergie HPGSPC et PDS[1].

Résultats[modifier | modifier le code]

Première localisation d'un sursaut gamma[modifier | modifier le code]

Image d'un point lumineux, la rémanence visible de GRB 970228, à proximité d'une source plus diffuse, la galaxie hôte supposée.
Image de la zone du ciel ou est située la rémanence en lumière visible du sursaut gamma GRB 970228 prise par le télescope spatial Hubble. Sa position se superpose pratiquement avec celle d'une galaxie mais les tenants de l'origine galactique ne seront définitivement convaincus qu'avec la découverte de GRB 970508.

Beppo-SAX] n'est pas dédié à l'observation des sursauts gamma mais ses caractéristiques vont permettre d'effectuer une percée décisive. Le satellite combine un détecteur gamma doté d'un large champ de vue et un télescope à rayons X pouvant fournir la position des objets observés avec une grande précision. Plus crucial encore la chaine de transmission des alertes aux observatoires terrestres a été optimisée et ceux-ci disposent de la position d'un sursaut gamma quelques heures après son apparition alors que ce délai se chiffrait en jours pour le réseau IPN. Le 28 février 1997 les instruments de Beppo-SAX détectent le sursaut gamma GRB 970228 puis observent quelques heures plus tard une nouvelle source de rayonnement X dont la position est fournie avec une précision de 50 secondes d'arc. Pour la première fois une rémanence du phénomène était observé dans une autre longueur d'ondes. L'information est relayée aux observatoires terrestres et une contrepartie optique (en lumière visible), qui disparait moins d'une semaine plus tard, est découverte sur une photographie prise le même jour par le télescope William-Herschel implanté dans les Iles Canaries[2],[3],[4],[5] .

La position de GRB 970228 a été obtenue avec une précision d'une seconde d'arc ce qui permet au télescope Hubble de découvrir à cet emplacement une tache floue bleuâtre que la plupart des spécialistes identifient comme une galaxie lointaine. Cette découverte semble confirmer l'origine extra galactique des sursauts gamma mais les opposants à cette théorie argumentent qu'il pourrait s'agir de la rémanence d'une étoile à neutrons bien plus proche. Mais le 8 mai 1997 cette théorie est définitivement mise hors course à la suite de la détection par BeppoSax d'un nouveau sursaut gamma dont la contrepartie optique peut être observée par Keck II, à l'époque le plus grand télescope du monde avec son miroir de 10 mètres de diamètre. Les astronomes obtiennent un spectre de la rémanence de GRB 970508 dans lequel ils identifient sans ambiguïté les raies spectrales du fer et du magnésium sous forme gazeuse. Celles-ci présentent un décalage vers le rouge de 0,83 qui permet d'en déduire la distance de leur source : GRB 970508 se situe à environ 6 milliards d'années-lumière. Un signal radio est également détecté en provenance du même site. Les astronomes déduisent de la forme du signal que sa source se déplace à une vitesse proche de celle de la lumière. Fin 1998 plus de 20 sursauts gamma ont été localisés avec une précision de quelques minutes d'arc et pour six d'entre eux la distance a été établie grâce à la mesure du décalage vers le rouge du rayonnement. Ces observations réfutent définitivement la théorie d'une source située dans la Voie Lactée (notre galaxie) mettant fin à une polémique qui dure depuis une décennie[6].

Autres résultats[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]

  1. a, b, c, d, e, f et g (en) G Boella et all, « BeppoSAX, the wide band mission for X-Ray Astronomy », sur NASA (consulté le 13 décembre 2009)
  2. (en) « First detection of the optical counterpart of a gamma-ray burst », sur ING Newton Group of Telescopes (consulté le 3 janvier 2017)
  3. (en) NASA, Swift Explorer - News Media Kit, (lire en ligne [PDF]), p. 19-20
  4. (en) « Important astronomical discovery with the BeppoSAX satellite of the Italian Space Agency (ASI) », Agence spatiale italienne,‎
  5. (en) Ray Villard, « Hubble Tracks the Fading Optical Counterpart of a Gamma-Ray Burst », Centre Goddard,‎
  6. What Are Gamma-Ray Bursts?, p. 25-27.

Bibliographie[modifier | modifier le code]

Sur les sursauts gamma
  • (en) Gilbert Vedrenne et Jean-Luc Atteia, Gamma-Ray Bursts: The brightest explosions in the Universe, Springer, , 580 p. (ISBN 978-3540390855)
  • (en) Joshua S. Bloom, What Are Gamma-Ray Bursts?, Princeton University Press, , 280 p. (ISBN 978-0691145570)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]