Le Prototype LST-1 de CTA détecte une émission à très haute énergie en direction du Pulsar du Crabe
Entre janvier et février 2020, le prototype de télescope de grande taille (LST), le LST-1, a observé le pulsar du Crabe, l'étoile à neutrons au centre de la nébuleuse du Crabe. Le télescope, mis en service sur le site CTA-Nord sur l'île de La Palma dans les îles Canaries, effectuait des analyses techniques pour vérifier les performances du télescope et ajuster les paramètres de fonctionnement.
La Palma, Îles Canaries, Espagne - Les pulsars sont des étoiles à neutrons à rotation très rapide et fortement magnétisées qui émettent de la lumière sous la forme de deux faisceaux, qui ne peuvent être observés depuis la Terre qu'en passant notre ligne de vue. Bien que la détection d’émissions stables et intenses de sources de rayons gamma avec les télescopes Cherenkov à imagerie atmosphériques (IACT) soit devenue courante, les pulsars sont beaucoup plus difficiles à détecter en raison de leurs signaux faibles et de la dominance du signal de rayons gamma de premier plan provenant des nébuleuses environnantes. Malgré des centaines d'heures d'observation par les IACT dans le monde, seuls quatre pulsars émettant des signaux dans le régime des rayons gamma à très haute énergie ont été découverts jusqu'à présent. Maintenant que le LST-1 a montré qu'il peut détecter le pulsar du Crabe, il rejoint le domaine des télescopes capables de détecter les pulsars de rayons gamma, validant le système d'horodatage et les performances à faible énergie du télescope.
"Cette étape nous montre que le LST-1 fonctionne déjà à un niveau extraordinaire, détectant une source difficile en un temps record", explique Masahiro Teshima, directeur du Max-Planck-Institute for Physics à Munich et chercheur principal du LST. « Les pulsars sont l'une des principales cibles scientifiques des LST, et c'est excitant d'imaginer ce que nous pourrons réaliser lorsque le télescope sera entièrement mis en service et opérationnel.»
L'ensemble des données collectées comprend 11,4 heures en huit nuits d'observation. La figure 2 montre le phasogramme résultant, traçant les événements de rayons gamma en fonction de la phase de rotation du pulsar. Dans les régions de phase marquées P1 et P2, davantage de rayons gamma sont attendus lorsque le pulsar du Crabe émet vers la Terre. L'émission détectée dans toutes les phases (marquée en vert sur la figure 2) est un mélange de différentes contributions de fond, dont l'émission invariable irréductible de la nébuleuse du crabe. Le signal détecté avec le LST-1 (marqué en rouge sur la figure 2) est indéniablement significatif pour la phase P2, alors que le signal pendant P1 est encore marginal. L'animation de la figure 3 met en évidence le comportement d'impulsion de la source au cours des différentes phases.
Animation de l'émission du pulsar du Crabe vue par le LST-1 le long de ses différentes phases. Crédit: Rubén López-Coto; Pulsar gif: Michael R. Gallis
Contacts équipes CTA à l'IN2P3 :
Armand Fiasson
Responsable de l'équipe CTA au LAPP
LAPP – Annecy
fiasson@lapp.in2p3.fr
Heide Costantini
Responsable de l'équipe CTA au CPPM
CPPM - Marseille
costant@cppm.in2p3.fr
A propos de LST
Le télescope de grande taille (LST) est l'un des trois types de télescopes à construire pour couvrir toute la gamme d'énergie de CTA (20 GeV à 300 TeV). Les LST, disposés au centre des réseaux des hémisphères nord et sud couvriront particulierement la sensibilité à basse énergie entre 20 et 150 GeV. Chaque LST est un télescope géant de 23 mètres de diamètre avec une surface reflective d'environ 400 mètres carrés et une caméra finement pixelisée composée de 1855 capteurs de lumière capables de détecter des photons individuels avec une grande efficacité. Bien que le LST mesure 45 mètres de haut et pèse environ 100 tonnes, il est extrêmement rapide, avec la possibilité de se repositionner dans les 20 secondes pour capturer de brefs signaux de rayons gamma à faible énergie. La vitesse de repositionnement rapide et le seuil de faible énergie fournis par les LST sont essentiels pour les études de CTA sur les sources de rayons gamma transitoires dans notre propre galaxie et pour l'étude des noyaux galactiques actifs et des sursauts de rayons gamma à décalage vers le rouge élevé.
La collaboration LST se compose de plus de 200 scientifiques de 11 pays: Brésil, Bulgarie, Croatie, France, Allemagne, Inde, Italie, Japon, Pologne, Espagne et Suisse. Le LST-1, le premier télescope construit sur un site du CTA, a été inauguré en Octobre 2018 et subit depuis des tests de mise en service. Peu de temps après l’inauguration, le prototype a détecté sa « première lumière » dans la soirée du 14 au 15 décembre, et il a détecté son premier signal de rayon gamma en provenance de la Nébuleuse du Crabe en Novembre 2019 lors de sa première tentative.
En France, deux équipes du CNRS jouent un rôle majeur dans cette Collaboration LST. En effet le LAPP à Annecy et le CPPM à Marseille assurent la responsabilité de la conception et la réalisation de différents sous-systèmes majeurs du télescope, de la mécanique de la structure à l’électronique des caméras, en passant par la mécatronique du système de déplacement du télescope ou les logiciels informatiques d’acquisition de données ou de contrôle des instruments. Les équipes de ces laboratoires contribuent également aux divers aspects de l'analyse des données récoltées par le télescope depuis sa mise en route. Le LST1 est d'ailleurs équipé d'une carte électronique développé par l'APC à Paris pour étiqueter en temps les événements enregistrés.
Le LST-1 a récemment passé la « Critical Design Review (CDR) » de l'Observatoire CTA (CTAO), le premier élément de CTA à passer une telle revue. Le télescope devrait devenir le premier télescope CTAO une fois la CDR clôturée et son acceptation officielle par CTAO, ce qui est attendu en 2021.
A propos de CTA
Cherenkov Telescope Array (CTA) est une initiative mondiale visant à construire l'observatoire des rayons gamma à haute énergie le plus grand et le plus sensible au monde avec des dizaines de télescopes prévus sur deux sites: un dans l'hémisphère nord sur l'île de La Palma, en Espagne, et l'autre dans l'hémisphère sud près de Paranal, au Chili. CTA sera le premier observatoire mondial de l'astronomie des rayons gamma à très haute énergie au cours de la prochaine décennie et au-delà et sera le premier observatoire au sol d'astronomie aux rayons gamma ouvert aux communautés mondiales de l'astronomie et de la physique des particules. CTA abordera certains des plus grands mystères de l'astrophysique, détectant les rayons gamma avec une sensibilité sans précédent et multipliant par dix le catalogue des sources cosmiques. CTA est une infrastructure à grande échelle unique et ambitieuse qui étendra les observations à une région du spectre qui n'a jamais été vue, ouvrant une toute nouvelle fenêtre sur notre Univers. CTAO gGmbH sert à préparer la conception et la mise en œuvre de l'Observatoire de CTA. CTAO travaille en étroite collaboration avec le Consortium CTA composé de plus de 1500 membres de 31 pays, qui est chargé de diriger les objectifs scientifiques de l'Observatoire et est impliqué dans la conception et la fourniture d'instruments.