RAYONNEMENT COSMIQUE Rayons gamma cosmiques

La mission Integral

Le satellite européen Integral est un observatoire spatial du rayonnement gamma céleste de basse énergie. L'astronomie dans ce domaine est particulièrement difficile : en premier lieu parce que l'utilisation de véhicules spatiaux est indispensable, l'atmosphère étant opaque au rayonnement gamma ; ensuite, parce que les instruments sont dans l'espace soumis en permanence à un bombardement de particules – principalement des protons – provoquant une émission gamma qui « aveugle » les instruments ; enfin, parce qu'on ne peut utiliser des miroirs permettant de former des images et de concentrer le rayonnement sur un petit détecteur focal, et qu'on doit recourir à de grands détecteurs et à ce qu'on appelle des masques codés.

En effet, les miroirs sont employés en observation astronomique depuis le domaine radio jusqu'aux rayons X, mais ils ne sont pas utilisables au-delà de quelques dizaines de kiloélectronvolts, les contraintes sur l'état de surface du miroir devenant insurmontables avec les technologies qui existent aujourd'hui. En l'absence de miroir, une simple pupille peut être utilisée pour former des images sur une caméra gamma, comme le fait le sténopé (chambre noire, ancêtre de l'appareil photographique, et dont la partie antérieure est constituée d'une simple plaque percée d'un petit trou central). Malheureusement, une petite pupille ne laisse passer que peu de photons, déjà trop rares dans le domaine gamma, et une grosse pupille produit des images floues. Afin de contourner cette difficulté, les astronomes ont imaginé l'utilisation d'un grand nombre de petites pupilles formant un masque. Bien entendu, chacune d'elles produit une image qui s'ajoute à celles qui sont produites par les autres pupilles et au fond. Cependant, si la matrice, composée de « 1 » et de « 0 », représentant le motif du masque formé par les pupilles est parfaitement connue et obéit à une condition mathématique particulière qui ne sera pas développée ici (c'est cette condition qui détermine la position des pupilles du masque, c'est-à-dire son code), une opération de corrélation de la matrice avec l'image enregistrée par la caméra indique les positions des sources. Cependant, masquer – donc arrêter – le rayonnement gamma n'est pas aussi facile que dans le domaine visible. Les matériaux les plus efficaces pour cela sont ceux qui offrent un numéro atomique élevé, favorisant l'absorption photoélectrique, et une forte densité. Le tungstène, autorisant en sus un usinage précis (à 50 micromètres près), est particulièrement bien adapté. Déjà utilisé pour former le masque du télescope français S.I.G.M.A., il a aussi été choisi pour réaliser les masques des télescopes I.B.I.S. et SPI. Avec une surface proche de 1 mètre carré, le masque d'I.B.I.S. a une masse de près de 200 kilogrammes.