Compton Gamma-Ray Observatory

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Vue d'artiste du Compton Gamma-Ray Observatory

Caractéristiques
Organisation	NASA
Domaine	Étude des rayons gamma
Masse	16 329 kg
Lancement	5 avril 1991 à 14:23 UTC
Lanceur	Atlantis
Fin de mission	4 juin 2000
Autres noms	CGRO
Orbite	Orbite terrestre
Périapside	362 km
Apoapside	457 km
Période	90 min
Inclinaison	28,5°

Télescope
Type	Multiples détecteurs de scintillation gamma
Longueur d'onde	Rayons gamma

Informations générales
Programme	Grands observatoires
Index NSSDC	1991-027B
Site	cossc.gsfc.nasa.gov

Principaux instruments
BATSE	8 détecteurs gamma 20 keV - 1 MeV
OSSE	Détecteur 100 keV-10 MeV
COMPTEL	Détecteur 1-30 MeV
EGRET	Détecteur 20 MeV-30 GeV

Le Compton Gamma-Ray Observatory ou CGRO est un observatoire spatial à rayon gamma développé par la NASA. Il fait partie du programme des quatre « grands observatoires » développé par l'agence spatiale américaine. Il a été lancé par la navette spatiale Atlantis (mission STS-37), le 5 avril 1991 et a été volontairement désorbité le 4 juin 2000 pour permettre une rentrée contrôlée de ce gros satellite1. D'un poids initial de près de 17 tonnes, il était à l'époque de son lancement le satellite dédié à l'astrophysique le plus lourd jamais lancé. CGRO avec ses quatre instruments couvrant un spectre d'énergie très étendu allant de 20 keV à 30 Gev est le premier observatoire gamma observant l'ensemble du ciel. CGRO a produit de nombreux résultats qui ont légitimé les apports de l'astronomie gamma.

Historique

Schéma de l'observatoire gamma CGRO : : A = instrument OSSE ; B = instrument COMPTEL ; C = instrument EGRET ; D = deux des huit détecteurs BATSE

Le développement de l'observatoire gamma CGRO débute à la fin des années 1970 lorsque la NASA décide de développer quatre « « grands observatoires » pour répondre aux grandes interrogations dans le domaine de l'astrophysique : Hubble mis en orbite en 1990 pour les observations dans le spectre visible et l'ultraviolet proche, Chandra (1999) pour les rayons X mous (0,01 à 10 nm), Spitzer pour l'infrarouge et CGRO pour le rayonnement gamma et les rayons X durs (10 à 100 pm). La réalisation du satellite est pilotée par le Centre de vol spatial Goddard qui à la NASA a en charge tous les projets d'astrophysique.

CGRO est placé par la navette spatiale Atlantis (mission STS-37), le 5 avril 1991 sur une orbite basse circulaire de 450 km et de 28,5° de déclinaison. Sa mission primaire est planifiée sur deux ans avec une extension possible de 1 an. Il fournira finalement des résultats durant 9 ans. Dès son lancement la NASA avait décidé que le satellite effectuerait en fin de vie une rentrée atmosphérique contrôlée pour éviter tout risque car, compte tenu de sa taille, certains morceaux du satellite risquaient d'arriver jusqu'au sol. En décembre 1999 l'un des trois gyroscopes du satellite tombe en panne et les ingénieurs de la NASA décident de déclencher la rentrée atmosphérique sans attendre une nouvelle défaillance. Fin mai les moteurs de GCRO sont mis à feu à quatre reprises pour abaisser son orbite jusqu'à une altitude de 148 km. Le satellite effectue une rentrée contrôlée dans l'atmosphère le 4 juin 2000 et ses débris plongent dans l'Océan Pacifique à environ 4 000 km au sud-est d'Hawaï^[1]. Le nom de Compton est donné à l'observatoire avant son lancement en l'honneur de Arthur Compton, prix Nobel de physique pour ses travaux sur les rayons gamma.

Caractéristiques techniques de l'observatoire

CGRO est un gros satellite de 17 tonnes dont 6 tonnes pour la charge utile. Le corps du satellite occupe un volume de 7,7 x 5,5 x 4,6 m. Ses panneaux solaires une fois déployés lui donne une envergure de 21 mètres. Le satellite est stabilisé 3 axes et les instruments sont pointés avec une précision de 0,5°. CGRO emporte 1 860 kg d'hydrazine pour le contrôle de son orbite. Les données scientifiques sont transmises avec un débit de 23 kilobits par seconde via les satellites relais de la NASA TDRSS.

Instruments scientifiques

Les instruments du CGRO couvrent une vaste gamme du spectre électromagnétique à haute énergie (de 20 keV à 30 GeV), soit plus de 6 ordres de grandeurs en fréquence, longueur d'onde ou énergie. Quatre instruments étaient montés sur CGRO. Par ordre croissant d'énergie concernée, on trouve :

Burst and Transient Source Experiment ou BATSE, observe le ciel à la recherche d'impulsions gamma de faible énergie (20 keV-1 MeV) et de courte durée, les sursauts gamma. L'instrument est composé de 8 détecteurs, chacun disposé à un coin du satellite (lui-même ayant la forme approximative d'un parallélépipède). Le détecteur est composé de cristaux d'iodure de sodium, qui convertissent les rayons gamma le frappant en lumière visible. Un système photomultiplicateur permet d'analyser la lumière produite. La direction d'arrivée des rayons gamma est déterminée par la comparaison des temps d'arrivée des rayons gamma sur les différents détecteurs (d'où l'intérêt de les éloigner au maximum en les positionnant dans les coins du satellite). Chacun des détecteurs comprend deux sous-ensembles. L'un optimisé pour la détection des événements brefs et de faible intensité, l'autre pour les événements faisant intervenir un plus grand nombre de photons, afin de permettre d'effectuer des mesures spectroscopiques^[2].
OSSE (Oriented Scintillation Spectrometer Experiment) du Naval Research Laboratory réalise la détection de rayons gamma dont l'énergie est comprise entre 100 keV et 10 MeV^[3].
Imaging Compton Telescope (COMPTEL) développé par l'Institut Max-Planck observe le rayonnement gamma émis avec une énergie comprise entre 1-30 MeV. Il peut déterminer l'angle d'arrivée à un degré près et l'énergie des photons de haute énergie à 5 % près. Ses détecteurs permettent de reconstituer une image gamma d'une portion du ciel. COMPTEL comprend deux réseaux de détecteurs écartés de 1,5 mètre qui sont frappés successivement par les rayons gamma. Le réseau de détecteurs supérieur est constitué par un scintillateur liquide et le détecteur inférieur par des cristaux de iodure de sodium^[4].
Energetic Gamma Ray Experiment Telescope (EGRET) mesure les sources gamma aux plus hautes énergies (20 MeV à 10 GeV) en localisant la source avec une précision d'une fraction de degré et en évaluant l'énergie à 15 % près. EGRET est une collaboration du Centre de vols spatiaux Goddard, de l'Institut Max-Planck et de l'université Stanford^[5].

Résultats

Sursauts gamma
- Découverte que les sursauts gamma sont distribués de manière uniforme dans toutes les directions ce qui prouvait que les sources de ces phénomènes n'étaient pas localisés dans la Voie Lactée^[6].
- La mesure minutieuse de l'éclat des sursauts gamma démontre que relativement peu de ces phénomènes ont un éclat faible. Dans la mesure où ces derniers correspondent aux sources les plus lointaines, cela implique que la distribution des sursauts gamma a une limite extérieure^[6]
- La mesure du rayonnement gamma quelques heures après un sursaut gamma indique qu'il existe une activité persistante après la bouffée d'énergie initiale.
Sources au sein de notre galaxie^[6]
- Le nombre de pulsars gamma détecté est passé de 2 à 7 avec une meilleure compréhension de la physique des étoiles à neutron en rotation rapide^[6]
- Découvert d'un pulsar à sursaut, objet dont on ne pas connait pas d'autre représentant et qui est situé près du centre galactique
- Découverte de nombreuses sources gamma non identifiées à la fois dans le plan et hors plan de la Voie Lactée^[6]
- Découverte avec le secours d'observations dans le rayonnement X que la source Geminga jusque là non identifiée était un pulsar gamma^[6] .
Émission diffuse de rayonnement gamma
- La cartographie gamma de notre galaxie, la Voie Lactée, indique des concentrations de l'isotope radioactif de l'aluminium AL²⁶. Cette découverte apporte un éclairage important sur la manière dont les éléments chimiques sont créés dans notre galaxie^[6] .
- Étude de l'annihilation électron/positron au centre de notre galaxie^[6]
- Découverte d'une raie d'émission gamma produite par le rémanent de supernova Cas A. Cette découverte également un impact important sur la synthèse des éléments chimiques^[6]
- Découverte de raies d'émission gamma par les nuages diffus de gaz du complexe d'Orion. Ces lignes sont sans doute produites par l'interaction entre les rayons cosmiques énergétiques et la gaz local^[6] .
Sources extragalactiques de rayonnement gamma
- Localisation des sources de rayonnement gamma à haute énergie dans les noyaux des galaxies actives de type blazar^[6]
- Mesure de la distribution d'énergie émise par des Galaxies de Seyfert (un autre type de galaxie active) qui montrent que la production des photons gammas s'éteignent à des énergies beaucoup plus faibles que ce qui était prévu
- Détection d'émission gamma diffuse par le grand Nuage de Magellan, la galaxie la plus proche de la nôtre, qui ont permis de démontrer que les rayons cosmiques étaient d'origine galactique^[6] .

Galerie

Images prises par CGRO
Sursauts gamma mesurés par BATSE
Émissions gamma de plus de 100 MeV mesurées par Egret. La ligne brillante correspond à la Voie Lactée.
Le rayonnement gamma du Soleil imagé par COMPTEL

Successeurs

Dans le domaine spatial, les satellites artificiels SWIFT, lancé en 2004 et GLAST (lancement réalisé en juin 2008) sont les successeurs de Compton GRO. Au sol, HESS représente le premier télescope à proprement parler (en mesure de réaliser des images de sources astrophysiques grâce à une résolution angulaire suffisamment importante) opérant dans cette gamme de longueur d'onde.

Notes

↑ (en) « COMPTON GAMMA RAY OBSERVATORY SAFELY RETURNS TO EARTH », Centre de vol spatial Goddard,‎ 4 juin 2000
↑ (en) « The BATSE Instrument », Centre de vol spatial Goddard (consulté le 10 mars 2014)
↑ (en) « Description of the OSSE Instrument », Centre de vol spatial Goddard (consulté le 10 mars 2014)
↑ (en) « Description of the COMPTEL Instrument », Centre de vol spatial Goddard (consulté le 10 mars 2014)
↑ (en) « Introduction to EGRET, EGRET Data Products, and EGRET Data Analysis », Centre de vol spatial Goddard (consulté le 10 mars 2014)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 (en) « Gamma Ray Astronomy in the Compton Era », Centre de vol spatial Goddard,‎ 26 avril 2008, p. 2

Bibliographie

(en) Brochure présentant l'observatoire et ses résultats

Voir aussi

Liens externes

(en) Site officiel du Compton Gamma Ray Observatory

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