Champ de vue - indico in2p3

La mission franco-chinoise SVOM
pour l’étude des sursauts gamma
Bertrand Cordier
IRFU-SAp, CEA-Saclay
24 septembre
2010
Atelier sur les sursauts gamma
LATT
Toulouse
Les sursauts gamma : comment ça marche ?
La mission SVOM
Planche 2
Le sursaut le plus distant
Le 23 avril 2009 à 07:55:19, BAT à bord de Swift détecte GRB 090423
72 s après, XRT à bord de Swift observe le champ en rayons X
3 h après, UKIRT/Hawai découvre la rémanence en IR
7 h après, Gemini-North observe la rémanence en IR
15 h après, GROND observe la rémanence IR
z~9
z~8
15 h après, TNG observe le champ avec un prisme-objectif z ~ 8,1
étoile du champ
17 h après, VLT (ISAAC) observe la rémanence IR z ~ 8,2
5 j après, IRAM (Plateau de Bure) détecte la rémanence à 3 mm
GRB jamais
090423 observé…
GRB 090423 est l’astre le plus lointain
La mission SVOM
Planche 3
Brève histoire de l’Univers
La mission SVOM
Planche 4
Objectifs scientifiques de la mission SVOM
Sursauts gamma
Astrophysique des
hautes énergie
Progéniteurs
Cosmologie
Physique
fondamentale
Diversité et unité du phénomène
Accélération et nature des jets relativistes
Processus de rayonnement
Rémanence précoce et choc en retour
Connexion sursauts-supernovas
Origine des sursauts courts
Phares cosmologiques (étude des avant-plans)
Galaxies hôtes
Tracer la formation stellaire à grand z
Étudier la ré-ionisation de l’univers
Chandelles (paramètres cosmologiques)
Origine des rayons cosmiques UHE
Tester l’invariance de Lorentz
Sursauts courts et ondes gravitationnelles
La mission SVOM
Planche 5
Spécifications système retenues en phase A
Détecter durant la durée nominale de la mission ≥ 200 sursauts de tous types
Dans tous les cas, 5 min avant et 10 min après T0 (déclanchement du sursaut),
observer le champ du sursaut dans la bande X/gamma (4 keV à 5 MeV)
Dans > 20% des cas, 5 min avant et 10 min après T0, observer le champ du
sursaut dans le visible (MV = 15)
Dans la plupart des cas, < 5 min après T0 et jusqu’à T0+1 jour, pointer la direction
du sursaut dans la bande des rayons X mous et la bande R (MR = 23)
Dans tous les cas, < 10 s après T0, mesurer les coordonnées célestes du sursaut
avec une précision meilleure que 10 min d’arc
Dans la plupart des cas, < 10 min après T0, mesurer les coordonnées célestes du
sursaut avec une précision meilleure que 20 sec d’arc
Dans tous les cas, < 1 min après T0, transmettre les coordonnées du sursaut
Dans > 40% des cas, < 5 min après T0, mesurer les coordonnées avec une
précision meilleure que 0,5 sec d’arc et estimer le redshift photométrique
Ajuster le programme d’observation pour mener dans > 75% des cas les suivis
des sursauts avec les grands télescopes terrestres (classe des 8 m)
La mission SVOM
Planche 6
Configuration de mission retenue en phase A
GRM
VT
ECLAIRs
MXT
GWAC
GFT-2
La mission SVOM
GFT-1
Planche 7
ECLAIRs – Détecter et localiser les sursauts
Masque codé (40% transparence)
Blindage passif pour bloquer le fond X
Champ de vue : 2 sr
200 modules de 4 x 8 détecteurs
CdTe (4 mm × 4 mm)
Surface utile : 1024 cm2
Domaine spectral : 4 keV à 250 keV
Localise tout sursaut détecté > 8 σ avec une erreur < 10 arc min
La mission SVOM
Planche 8
ECLAIRs – Performances attendues
Coups
300
Bande
(keV)
GRB/an
àz>6
IBIS
20-200
INTEGRAL
0,1-0,5
Instrument
3.5 keV
200
100
0
10
20
30
40
50
BAT
Swift
15-150
1,3-4,0
ECLAIRs
SVOM
4-50
2,0-4,0
60
Sensibilité (ph cm-2 s-1)
Énergie (keV)
BATSE
IBIS
1
CXG
Taux de détection des
sursauts à grand z
BAT
10
100
Énergie du pic (keV)
103
Salvatera et al. Astro-ph 2007
La mission SVOM
Planche 9
Le trigger d’ECLAIRs
A bord deux traitements temps réel des données
Le trigger “taux de comptage”
Détecte les sursauts par surveillance des
taux de comptage de la caméra X-gamma
counts s-1
8 105
Efficace pour les sursauts prompts
Détecte les sursauts par différence d’images
successives
Efficace pour les sursauts étirés dans le temps
0
counts s-1 per det.
Le trigger « image »
T0
4 105
-2
time (s)
1.0
0.5
0.0
0
100
200
time (s)
La mission SVOM
5
ECLAIRs simulation : Expected sensitivity
ECLAIRs 6 sensitivity
30° from the optical axis
On axis
 ECLAIRs particularly sensitive to Highly red-shifted GRB
La mission SVOM
GRM – Le moniteur gamma
Collimateur (haut de 40 mm, épais de 1 mm)
Fenêtre Al
plastique
CsI (15 mm)
NaI (15 mm)
quartz
Détecteur à scintillation (phoswich)
2 modules
Surface utile : 280 cm2 par module
Domaine spectral : 50 keV à 5 MeV
Permet de mesurer Epic jusqu’à ~ 500 keV
La mission SVOM
Planche 12
MXT – Localiser les sursauts avec précision
Concentrateur à galette de micro-canaux
Diamètre : 210 mm (11 coquilles)
Distance focale : 1 m
Surface efficace : 50 cm2 à 1 keV
Caméra CCD
Champ de vue : 1,1°
Domaine spectral : 0,3 keV à 7 keV
Résolution angulaire : 2 min. arc
Localise les sursauts avec une erreur < 40 sec. arc
La mission SVOM
Planche 13
Une galette de microcanaux
La mission SVOM
Planche 14
Réfléchir les rayons X avec des microcanaux
Rayons X incidents
Réflexion simple
Réflexion double
(foyer linéaire)
(foyer ponctuel)
La mission SVOM
Planche 15
Focaliser les rayons X avec des microcanaux
Foyer
Microcanaux montés sur
deux calottes sphériques
En disposant les galettes de microcanaux sur deux calottes sphériques
de 4 m et 1,3 m de rayon montées l’une devant l’autre, on réalise une
optique équivalente à un miroir X « classique » de 1 m de focale
La mission SVOM
Planche 16
Optique d’entrée du MIXS-T de Bepi Colombo
La mission SVOM
Planche 17
MXT – Performances attendues
102
10
Coups s-1
1
Simulation
MXT SVOM
10-1
Observation
XRT Swift
10-2
10-3
10-4
GRB 050730
10-5
102
103
104
105
Temps depuis le début du sursaut (s)
106
Etudie en détail l’émission rémanente en rayons X
La mission SVOM
Planche 18
VT - Télescope dans le visible
Dessin optique Ritchey-Chrétien
Diamètre du miroir : 450 mm
Distance focale : 45 cm
Champ de vue : 21 min arc × 21 min arc
CCD-1 (2048 x 2048)
400-650 nm
CCD-2 (2048 x 2048)
650-1000 nm
Détecte l’émission rémanente jusqu’à MV ~ 23 (300 s)
Bertrand Cordier
La mission SVOM
Planche 19
MXT/VT – Séquence instrumentale
Utilisation des données VT pour réduire la boite d’erreur MXT
La mission SVOM
Les GFTs - deux télescopes de suivi au sol
Longueur d’onde : 400-1700 nm
Diamètre = ~100 cm
Champ de vue : 21 min arc
mlim ~ 21.5 (R)
~40 GRBs/yr
Il y a 2 GFTs (Chine et France) situés des
longitudes différentes
Identification et localisation des afterglows
des sursauts à partir des positions d’
ECLAIRs
Localisation des sursauts sombres
Suivi de l’afterglow précoce en visible/NIR
Distribution spectrale de l’afterglow
précoce
Mesure de l’émission visible prompte des
sursauts longs
GWAC : la caméra grand champ au sol
Longueurs d’onde : 400-900 nm
Champ de vue ≈ 90°
mlim ~ 15 (R)
Quelques GRBs/yr
Kann et al. 2010
GWAC
• La GWAC est réalisée par le
NAOC en Chine
GFT
Etude systématique de l’émission
visible prompte
VT
1 minute
Stratégie d’observation
Espace
ECLAIRs et GRM observent l’émission prompte X/gamma
ECLAIRs fournit l’alerte sursaut au temps T0
T0 + < 5 min
T0 + 1 min
Sol
VT (bandes V et R)
MXT (rayons X mous)
Télescopes robotisés
GWAC (prompte en bandeV)
GFTs (bandes B, V, R, I, J, H)
Suivi multi messagers
La mission SVOM
Planche 23
Fréquence (Hz) Fréquence (Hz)
Capacités multi-longueurs d’onde
1022
Espace
GRM
ECLAIRs
1020
1018
MXT
Basculement
du satellite
1016
1014
VT
Sol
1015
GWAC
GFT-1
GFT-2
1014
-5
T (m)
0
(linéaire)
1
10
102
103
T (s)
104
105
(graduation logarithmique)
Instruments embarqués et au sol : couverture spectrale inégalée
La mission SVOM
Planche 24
Stratégie de pointage
jour
côté nuit
jour
côté nuit
Orbite de SVOM (i ~ 30°)
jour
côté nuit
La plupart des sursauts détectés par SVOM apparaîtront bien au-dessus
de l’horizon des grands télescopes terrestres, tous situés aux tropiques
La mission SVOM
Planche 25
Stratégie de pointage : la loi B1
Galactic Equator +/- 5 and 10°
Dec
SCOX1
Anti Solar Direction
Pseudo antisolaire
optimise la mesure du redshift
Evitement du plan galactique
Accessibilité des grand télescopes
La mission SVOM
Stratégie de pointage : loi B1
La science hors-sursaut : suivi multi longueurs d’onde
Zones du ciel accessibles pendant l’année pour
les instruments petit champ : MXT-VT
Transmission des paramètres des sursauts
La mission SVOM
Planche 28
Les points forts de SVOM
•
ECLAIRs est sensible à partir de 4 keV, permettant une très grande diversité
des populations détectées:
Sursauts classiques, XRFs, Sursauts sous-lumineux, Sursauts à grand z
•
Les sursauts SVOM sont observables immédiatement depuis l’hémisphère
nocturne de la Terre
•
Les sursauts SVOM bénéficieront d’un suivi au sol dans l’infrarouge
SVOM apportera un nombre de sursauts avec un redshift égal ou supérieur à Swift
•
Bon équilibre des sensibilités entre les télescopes MXT et VT
•
Le suivi au sol fait partie intégrante de la mission
•
Excellent suivi de l’émission prompte du visible au MeV
Mesure de l’émission visible prompte
Mesure systématique du maximum du spectre (Epeak)
La mission SVOM