Student : BAJAT Armelle
Advisors : GODET Olivier, ATTEIA Jean-Luc
Start : Octobre 2015
Group : GAHEC
SVOM (Space-based multi-band Variable Object Monitor) est une mission franco-chinoise qui doit être lancée en 2021 afin d’étudier les objets transitoires à hautes énergies dont les sursauts gamma. L’instrument principal de cette mission, ECLAIRs, détectera et localisera les sursauts de manière autonome et fournira une caractérisation spectrale et temporelle de leur émission prompte. ECLAIRs est une caméra à masque codé grand champ munie d’un plan de détection composé de 8 secteurs électroniquement indépendants formés chacun de 800 détecteurs CdTe à contact Schottky fonctionnant dans la gamme d’énergie 4 – 150 keV. Les données mesurées sont entachées par des effets instrumentaux et physiques propres à ECLAIRs qui doivent être corrigés afin de retrouver les caractéristiques des sources observées. La première partie de ces travaux de thèse s’attache donc à étudier le fonctionnement de l’électronique de lecture afin de quantifier les pertes d’événements affectant les courbes de lumière des sources transitoires. Un modèle analytique de correction des pertes a pu être établi sur une large gamme de comptage et montre que le pourcentage des pertes est inférieur à 5% pour les sources les plus brillantes. Ce modèle a été validé par des tests réalisés en laboratoire et son application à des simulations de sources astrophysiques montre une correction efficace des courbes de lumière. La seconde étude se focalise sur la construction d’un modèle de réponse spectrale fiable du plan de détection pour déterminer les paramètres spectraux appropriés des sources astrophysiques observées. Ce modèle Monte-Carlo prend en compte les interactions rayonnement-matière et les propriétés physiques des détecteurs ainsi que le bruit électronique induit par la chaîne. Il a permis l’étalonnage des détecteurs grâce à des mesures en laboratoire, ce qui a conduit à la construction d’une première matrice de réponse spectrale réaliste. L’étude statistique des paramètres libres du modèle a également rendu possible la caractérisation détaillée des propriétés physiques d’un large échantillon de détecteurs CdTe et l’optimisation des paramètres de fonctionnement du plan de détection.
Proposition de sujet
Les sursauts gamma, se caractérisent par de brèves et intenses bouffées de photons X et gamma. Ils sont associés à la formation cataclysmique des trous noirs, soit par fusion de deux astres compacts (étoile à neutrons ou trou noir), soit par l’explosion soudaine d’une étoile massive, vingt à cent fois plus grosse que notre propre Soleil. La naissance du trou noir s’accompagne de la formation de jets relativistes, dans lesquels les vitesses atteintes sont proches de la vitesse de la lumière (3×105 km/s). Ces jets décélèrent ensuite dans le milieu environnant, balayant tout sur leur passage. Les sursauts gamma, si brillants, sont observables aux confins de l’Univers, agissant comme de véritables phares éclairant l’âge sombre de sa création. Bien que très étudiés ces dix dernières années, les sursauts gamma sont des phénomènes encore mal compris. Pour mieux les comprendre, la Chine et la France ont unis leurs efforts, et proposent de lancer avant la fin de la décennie, un satellite, appelé SVOM (Space based multi-band Variable Object Monitor), spécialement dédié à l’étude des sursauts gamma qui sera lancée en 2020-21. Ce satellite embarquera une palette d’instruments travaillant du domaine visible aux rayons gamma. L’Institut de Recherche en Astrophysique & Planétologie (IRAP) avec le Centre National d’Etudes Spatiales, l’APC et le Commissariat à l’énergie atomique vont réaliser le télescope ECLAIRs, une caméra à masque codé X/gamma capable de détecter et localiser avec une précision d’une dizaine de minutes d’arc (90% de confiance), environ deux cents sursauts gamma pendant les trois années de vie de la mission. L’IRAP (PI instrument) est responsable de la fourniture du plan de détection DPIX, un ensemble de 6400 détecteurs CdTe Schottky pixelisés (répartis en 8 secteurs de 800 détecteurs chacun), permettant la détection des sursauts gamma entre 4 keV et 150 keV. L’IRAP fournira DPIX avec son électronique de lecture.
Objectif de la thèse : L’étudiant prendra une part importante dans l’étalonnage scientifique du prototype du DPIX (proto-DPIX~2 secteurs), notamment en participant à l’élaboration des tests permettant de valider les performances scientifiques de ce prototype DPIX (affinage de la zone de fonctionnement, mesures de l’efficacité, des seuils bas, etc…) et prenant en charge la modélisation de la réponse spectrale du proto-DPIX (pour aller vers le DPIX complet), à l’aide de mesures effectuées en laboratoire et de simulations de type Monte Carlo (logiciel GEANT-4) des processus d’intéraction rayonnement-matière, en prenant en compte la géométrie complète de l’instrument. Cette modélisation est indispensable pour la restitution spectrale (mesure de flux et de forme spectrale) des sursauts gamma détectés par ECLAIRs. Ce travail de caractérisation du proto-DPIX sera essentiel pour développer le plan d’étalonnage final du DPIX complet (choix des mesures à effectuer, protocoles des tests, etc…) et les outils informatiques nécessaires à l’analyse des données provenant de 6400 pixels du DPIX complet. L’étudiant participera également à l’élaboration et la mise en place de l’équipement de contrôle du DPIX au sol (Electrical Ground Support Equipment). Cette thèse est préparatoire à l’exploitation scientifique de la mission à l’IRAP. La thèse se déroulera à l’IRAP avec l’équipe technique projet, dirigée par Roger Pons sous la direction d’Olivier Godet & Jean-Luc Atteia.