HESS-II : une nouvelle caméra pour explorer l'Univers violent

HESS, l’un des détecteurs de rayons gamma au sol les plus performants au monde, se dotera bientôt d’un cinquième télescope qui doublera ses capacités de découverte. Celui-ci sera équipé d’une caméra conçue et réalisée par des scientifiques français appartenant à la collaboration HESS, qui implique notamment plusieurs laboratoire du CNRS à travers l’IN2P3 (1) et l’INSU (2), et du CEA-Irfu (3). D’une sensibilité augmentée, cet œil électronique possède une finesse d’image deux fois plus importante que les caméras déjà en place. Il vient d’être achevé et est aujourd’hui présenté à l’Ecole Polytechnique. Grâce à cette nouvelle caméra, l’ensemble du dispositif augmentera considérablement ses performances et pourra repousser les frontières du visible, levant le voile sur les mystères des phénomènes les plus violents de notre Univers : il sera rebaptisé HESS-II.

Supernovas, trous noirs, noyaux actifs de galaxies… : l’existence des phénomènes les plus violents de notre Univers est révélée par les rayons gamma cosmiques (4) dont les sources font l’objet d’une traque systématique. C’est l’objectif de l’expérience HESS (5). Composé de quatre télescopes de 12 mètres de diamètre, cet observatoire est situé sur un haut plateau, en Namibie, au Sud-Ouest de l’Afrique (6). Depuis sa mise en service en 2004, HESS a ouvert une nouvelle fenêtre sur l’Univers en dévoilant de nombreuses sources de rayonnements gamma jusque-là inconnues : sur 84 sources découvertes à ce jour, 53 l’ont été par HESS. C’est aujourd’hui l’un des observatoires gamma au sol les plus performants au monde. Contrairement aux télescopes classiques qui observent les astres de manière directe, les télescopes de HESS sont à l’affût de la lumière furtive produite par l’interaction dans l’atmosphère des rayons gamma à haute énergie en provenance de l’Univers. De tels rayons gamma génèrent en effet de véritables gerbes de particules similaires à celles fabriquées grâce à des accélérateurs. Pour capturer le signal de ces interactions dans l’atmosphère, les quatre télescopes de HESS disposent de caméras électroniques de très grandes sensibilité et rapidité. HESS peut ainsi cartographier les objets célestes émettant un rayonnement gamma de haute énergie.

Afin d’augmenter la sensibilité du dispositif et de dévoiler plus profondément certains mystères de notre Univers, les chercheurs impliqués dans HESS développent un dispositif plus performant, appelé HESS-II, formé par l’adjonction au système existant d’un très grand télescope central de 28 m de diamètre. Les 596 m² du miroir de ce télescope (contre 107 m² pour chacun des 4 télescopes déjà en place) concentreront la lumière sur une caméra dont la construction vient de se terminer. Avec une surface sensible de 2,15 m de diamètre et une granularité (7) deux fois meilleure que les caméras actuellement utilisées, celle-ci pourra détecter les photons gamma un par un avec un temps de réponse à l’échelle de la nanoseconde (10^-9 s). Véritable œil de lynx et pièce maîtresse du cinquième télescope, elle représente l’essentiel de la contribution française dont le maître d’œuvre est l’IN2P3/CNRS. Pour sa réalisation, les laboratoires français se sont appuyés sur l’expertise acquise lors de la construction des caméras des quatre premiers télescopes, ainsi que sur un réseau d’industriels partenaires. Cette caméra subira encore des tests d’étalonnage avant d’être envoyée en Namibie pour être installée sur le cinquième télescope dont la première lumière est attendue pour l’année prochaine.

Plus sensible et couvrant une gamme d’énergie plus large, HESS-II permettra de faire de nouvelles découvertes et d’élargir le catalogue des sources hautement énergétiques. Plus précisément, avec ce nouveau réseau, le nombre de sources connues émettant des rayons gamma de haute énergie devrait s’accroître et les images d’objets célestes étendus tels que les restes de supernovae devraient être meilleures.

La collaboration internationale HESS
Leader en Europe et dans le monde, la collaboration HESS réunit actuellement 180 chercheurs issus de 28 laboratoires de 12 pays différents, principalement en Allemagne et en France. La collaboration a obtenu une riche moisson de résultats scientifiques largement reconnus au niveau international. Ces résultats ont également été possibles grâce aux moyens informatiques et humains du Centre de calcul de l’IN2P3. La collaboration HESS a notamment été récompensée en 2006 par le prix Descartes Recherche et en 2010 par le prix Bruno Rossi, décernés respectivement par la Commission européenne et par la Société américaine d’astronomie.

Laboratoires français impliqués dans HESS
–    Laboratoire Astroparticule et cosmologie (CNRS/Université Paris Diderot-Paris 7/CEA/Observatoire de Paris),
–    Laboratoire d’Annecy-le-Vieux de physique des particules (CNRS/Université de Savoie),
–    Laboratoire Leprince-Ringuet (CNRS/École polytechnique),
–    Laboratoire de physique nucléaire et de hautes énergies (CNRS/UPMC/Université Paris Diderot-Paris 7),
–    Laboratoire de physique théorique et astroparticules (CNRS/Université de Montpellier 2),
–    Centre d’étude spatiale des rayonnements (CNRS/Université Toulouse 3, Observatoire Midi-Pyrénées/INSU),
–    Laboratoire d’astrophysique de Grenoble (CNRS/Université Joseph Fourier, Observatoire des Sciences de l’Univers de Grenoble/INSU),
–    Laboratoire « Univers et théories » (Observatoire de Paris/CNRS/Université Paris Diderot-Paris 7),
–    Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers.

Partie supérieure de la caméra dont la surface photosensible de 2,15 m de diamètre a une granularité deux fois meilleure que les caméras actuellement utilisées sur HESS. © Collection Ecole Polytechnique, Philippe Lavialle

Des photos sont disponibles sur demande au bureau de presse du CNRS.

Notes :

(1) Institut national de physique nucléaire et de physique des particules du CNRS
(2) Institut national des sciences de l’Univers du CNRS
(3) Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers du CEA
(4) Constitué de photons, comme la lumière visible ou le rayonnement X, le rayonnement gamma est beaucoup plus énergétique. Il atteint mille milliards de fois l’énergie de la lumière visible
(5) High Energy Stereoscopic System, système stéréoscopique de haute énergie
(6) HESS se situe dans une région très ensoleillée, à une altitude de 1 800 m : deux données très favorables à la détection des rayons gamma.
(7) Les éléments d’image (pixels) sont deux fois plus nombreux et deux fois plus fins dans HESS-II que dans le dispositif actuel.

Source: communiqué de presse du CNRS