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Harpo, un détecteur innovant pour l’astronomie gamma

Le démonstrateur du futur télescope HARPO, projet initié par le laboratoire Leprince-Ringuet de Polytechnique, couvrira à terme une nouvelle plage en énergie du rayonnement gamma pour mieux comprendre les phénomènes violents de l'Univers : pulsars, noyaux actifs de galaxie, sursauts gamma.

Le laboratoire Leprince-Ringuet (École polytechnique/ CNRS) et l'Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers (Irfu, CEA Saclay) collaborent pour mettre au point le télescope HARPO (Hermetic Argon Polarimeter) aux performances sans précédent. Il sera capable d’analyser le rayonnement gamma de haute énergie, de l’ordre du mégaélectronvolt (MeV).

Aujourd’hui, cette large plage d’observation manque aux astronomes : la plupart des télescopes analysent des rayonnements en-deçà de 1 MeV ou au-delà de 100 MeV. Cette limitation est particulièrement problématique pour comprendre une multitude d'objets astronomiques comme les sursauts gamma, les noyaux actifs de galaxie et les pulsars.

L’objectif de HARPO est de combler cette lacune et d’ouvrir une nouvelle fenêtre sur l’astronomie gamma. HARPO sera également le tout premier instrument capable de mesurer la polarisation du rayonnement gamma dans cette gamme d'énergie. Cette nouvelle donnée constituera une avancée majeure dans la compréhension du processus d'émission des rayons gammas, et donc de la nature de leurs sources. Elle permettra d’en améliorer les modèles théoriques actuels.

Le démonstrateur du futur télescope HARPO (Hermetic Argon Polarimeter)

Le détecteur est une chambre à projection temporelle (TPC), une sorte de caméra en trois dimensions, qui donne une image des rayons gammas qui la traversent. La chambre à projection temporelle est constituée d’un volume de gaz plongé dans un champ électrique uniforme. Lorsqu’un rayon gamma traverse ce gaz, il se convertit en un électron et un positon. Leurs trajectoires forment deux traces et produisent des électrons par l'ionisation du gaz. Ces derniers dérivent dans le champ électrique et sont amplifiés, collectés et échantillonnés en temps sur une anode. La segmentation de l'anode fournit une image en deux dimensions de l'événement. La mesure du temps de dérive fournit la troisième dimension.

Ce dispositif possède deux atouts pour le spatial : il est à bas coût et léger. De plus, il est capable de reconstituer une image 3D extrêmement fine de la conversion des rayons gammas. Il est ainsi possible de reproduire la polarisation du rayonnement gamma incident provenant du cosmos.

Pour l’heure, le démonstrateur a été testé avec succès en laboratoire. L’analyse de la première campagne de prise de données en faisceau révèle déjà de bonnes performances du détecteur. La prochaine étape consiste à réaliser un test en ballon stratosphérique pour pouvoir passer à la phase de mission spatiale. HARPO rejoindrait ainsi le télescope Fermi, auquel contribue aussi le Laboratoire Leprince-Ringuet, et pourrait participer à résoudre certains mystères de l’univers.
Le projet HARPO bénéficie d’un financement du labex P2IO et de l’ANR.

> Pour en savoir plus voir le site web du projet