Journal de Saclay n°31 - CEA Saclay

1IMAGES DES HAUTES ÉNERGIESA partir des développements de détecteurs X et gamma, le SAp s’est forgé une spécialité à la foisinstrumentale et scientifique en astrophysique des hautes énergies.Au cours de leur propagation dans le milieu interstellaire,les rayons cosmiques interagissent avec la matière et lerayonnement et produisent une émission de rayonsgamma. Le signal correspondant a pu être mis enévidence par COS B à haute énergie puis par le satelliteaméricain GRO (Gamma Ray Observatory) à basse énergie.Ce signal apparaît commeun fond diffus galactique.Au cours de leur accélérationinitiale, les particulescosmiques émettent égalementdes rayonnementsassez intenses pour êtremesurés : des rayons X ontété observés par XMM-Newton dans un reste desupernova (voir photo 1), des rayons gamma de très hauteénergie ont été détectés par le télescope Hess (situé enNamibie).D’autres signaux X et gamma, sans lien avec les rayonscosmiques, ont pu être attribués à des sources localisées,dont la nature n’a pas pu être identifiée immédiatement.« Voir » des rayons invisiblesPour détecter les rayons gamma, les premiers instruments(TD1, COS B) utilisent des chambres à étincelles, sensiblesà la fois aux particules et aux photons gamma.Il faut donc éliminer la contribution prédominante desparticules cosmiques (une surface d’un centimètre carréen voit passer une par seconde). Heureusement, celles-cidéposent des traces spécifiques. Pour COS B, les enregistrementsont été analysés manuellement : seul un surcent en moyenne était exploitable…De nombreux dispositifs (SIGMA) intègrent des matériauxscintillants capables d’absorber complètement l’énergieincidente et de restituer cette énergie en lumière visible ouultraviolette, pour laquelle ils sont transparents. Ces instrumentsmatérialisent les traces fugaces laissées par uneparticule ou des rayons X ou gamma. « Voir ces tracesdans les scintillateurs, voir enfin ce qui, jusque-là, étaitinvisible : c’était une grande émotion ! », raconte BernardAgrinier, ancien chercheur au SAp.Un bijou technologiqueAvec Integral est apparue une nouvelle génération dedétecteurs à semi-conducteur (CdTe : tellurure decadmium), qui n’exigeait plus de refroidissement poussécomme auparavant le germanium, et présentait une excellenterésolution en énergie. Pour Integral, le SAp a développéla technologie CdTe en collaboration avec d’autresservices du Dapnia 1 et a conçu une électronique de détectionadaptée. La miniaturisation de l’ensemble a été menéeen collaboration avec le Léti et la Direction des applicationsmilitaires. Le résultat de ce travail est la caméragamma ISGRI : un véritable bijou technologique de plusde 16 000 pixels !40 ans d’astrophysiquespatiale au CEAFormer des imagesDétecter ne suffit pas, il faut également concentrer lalumière pour former une image. C’est réalisable en rayons X2Le saviez-vous ?Compter les photonsL’observation en X ou gamma est très différente de l’observationen visible : les photons sont rares et sont détectés un par un.L’avantage de cette situation est que le signal détecté mesuredirectement l’énergie.5