Les quatre premiers grands télescopes de l’observatoire CTAO inaugurés aux Canaries
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Les quatre premiers télescopes de CTAO (Cherenkov Telescope Array Observatory), des Large-Sized Telescopes (LST) viennent d’être inaugurés sur l’île de La Palma, aux Canaries (Espagne). En permettant de détecter et d’analyser les rayons gamma, CTAO donnera accès à une meilleure compréhension de certains des phénomènes les plus énergétiques de l’Univers et des mécanismes à l’origine des rayons cosmiques. Le CNRS et le CEA sont fortement impliqués dans la construction de l’observatoire et la préparation de son exploitation scientifique. Cette inauguration marque une étape importante pour l’astronomie gamma de très haute énergie.
Un nouveau regard sur les phénomènes extrêmes de l’Univers
Dans l’Univers, les trous noirs supermassifs au cœur de galaxies actives, les restes de supernovae ou les sursauts gamma aux durées très courtes sont à l’origine de rayons gamma aux énergies les plus extrêmes.
Les télescopes de CTAO, et en particulier les quatre télescopes de grande taille1, utilisent la technique d’imagerie « Cherenkov atmosphérique » qui permet de détecter ces rayons gamma à partir des faibles éclairs bleutés qu’ils produisent dans l’atmosphère. L’analyse de cette lumière permet aux scientifiques de déterminer l’énergie et la direction des rayons gamma, de produire des cartes du ciel et, au final, de remonter jusqu’aux phénomènes astrophysiques à l’origine de son émission.
CTAO reposera sur deux sites complémentaires : à La Palma, dans l’hémisphère Nord, pour étudier notamment les sources extragalactiques, et au Chili, dans l’hémisphère Sud, où le second site est en cours de construction, pour observer en particulier les régions centrales de notre Galaxie.
Les quatre télescopes de grande taille inaugurés à La Palma constituent une première étape dans le déploiement de cet observatoire international, le plus sensible jamais construit pour l'astronomie gamma. Le déploiement se poursuivra sur le même site et au Chili avec des télescopes de taille moyenne, pour lesquels le CNRS et le CEA coordonnent l'intégration et les tests des caméras NectarCAM. Le CNRS fournit également les structures mécaniques de plusieurs télescopes de petites tailles au Chili, et le CEA fournit en parallèle 700 miroirs.
Une contribution majeure de la recherche française
La France est l’un des principaux contributeurs de CTAO, avec une participation portée notamment par le CNRS et le CEA.
Plusieurs laboratoires du CNRS et de ses partenaires ont pris part à la conception, construction et mise en service des quatre LST.
Le Laboratoire d’Annecy de physique des particules (CNRS/Université Savoie Mont-Blanc) a notamment conçu les arches en fibres de carbone qui soutiennent les caméras de plusieurs tonnes, placées au foyer des miroirs de 23 mètres de diamètre. Il a développé le système d’entraînement des télescopes, qui permet de pointer vers les objets astrophysiques observés et de se réorienter en moins de 30 secondes en cas d’alerte d’une explosion cosmique. De plus, le laboratoire a contribué à l’analyse des données en temps réel qui permet de renvoyer au monde extérieur une alerte pour permettre des observations complémentaires.
Le Centre de physique des particules de Marseille (CNRS/Aix-Marseille Université) a conçu le logiciel d’assemblage des événements qui reconstitue en temps réel chaque événement de chaque télescope à partir des données de l’ensemble des modules de la caméra, ainsi que la procédure de calibration hors ligne de la caméra, qui convertit les signaux bruts en grandeurs physiques fiables, essentielles à la qualité des résultats scientifiques.
Le Laboratoire de physique des 2 infinis Irène Joliot Curie (CNRS/Université Paris-Saclay) a développé des logiciels assurant la surveillance et le bon fonctionnement de leurs équipements.
Les outils de traitement et d’analyse des données sont des prototypes développés au CEA et au CNRS. Au CEA, les équipes de l’Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers (CEA) coordonnent ainsi le développement de la chaîne de traitement des données de CTAO, qui permettra de reconstituer les caractéristiques des rayons gamma à partir des signaux enregistrés par les caméras des télescopes. Les laboratoires français, comme le laboratoire Astroparticule et Cosmologie (CNRS/Université Paris Cité) avec l’outil gamma-py, sont aussi fortement impliqués sur les logiciels permettant l’exploitation scientifique de ces télescopes ainsi que la modélisation de l’émission des sources de rayons gamma observées.
CTAO s’inscrit dans un effort scientifique international de long terme. Les quatre premiers télescopes de grande taille inaugurés à La Palma ne sont qu’un début dans le déploiement de cet observatoire international, le plus sensible jamais construit pour l'astronomie gamma. A mesure que les réseaux seront complétés sur les deux sites, ils permettront d’observer l’ensemble du ciel avec une sensibilité inédite et d’explorer des phénomènes encore largement méconnus. Il permettra notamment de rechercher d'éventuelles signatures de la matière noire, l'une des grandes énigmes de la physique contemporaine.
CTAO bénéficie d’une importante contribution des laboratoires français. Au CNRS :
Au CEA :
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Ressources :
L’article de CNRS le Journal : https://images.cnrs.fr/reportage-photo/rep001327
Les défis du CEA : https://www.cea.fr/multimedia/Documents/publications/les-defis-du-cea/les-defis-du-CEA-237.pdf
Le reportage de CNRS Images sur l’installation du dernier large télescope de CTAO : https://www.youtube.com/watch?v=G0SPQYN11Yc&t=87s
Notes :
Les miroirs segmentés des télescopes de CTAO ont des diamètres de 4, 12 et 23 m selon leur type et la gamme atteignable en énergies, des plus élévées (300 TeV) aux plus faibles (30 GeV). Les structures qui les soutiennent pointent à des hauteurs allant de 8 à 45 m pour un poids allant de 8 à 100 tonnes. Les réseaux de télescopes, 15 au nord, 77 au sud, couvriront une surface de 0.5 et 3 km2 respectivement.