Télescope spatial à rayons gamma Fermi

Télescope spatial à rayons gamma Fermi, satellite américain, lancé le 11 juin 2008, conçu pour étudier les sources émettrices de rayons gamma. Ces sources sont les objets les plus violents et les plus énergétiques de l’univers et comprennent les sursauts gamma, les pulsars et les jets à grande vitesse émis par les trous noirs. L’Administration Nationale de l’Aéronautique et de l’Espace est l’agence chef de file, avec des contributions de la France, de l’Allemagne, du Japon, de l’Italie et de la Suède.

Fermi transporte deux instruments, le Télescope à grande surface (LAT) et le Moniteur de sursaut Gamma (GBM), qui fonctionnent dans la gamme d’énergie de 10 keV à 300 GeV (10 000 à 300 000 000 000 d’électrons volts) et sont basés sur des prédécesseurs très réussis qui ont volé sur l’Observatoire de rayons Gamma de Compton (CGRO) dans les années 1990. Contrairement à la lumière visible ou même aux rayons X, les rayons gamma ne peuvent pas être focalisés avec des lentilles ou des miroirs. Par conséquent, les détecteurs principaux du LAT sont constitués de bandes de silicium et de tungstène perpendiculaires les unes aux autres. Les rayons gamma produisent des paires électron-positron qui ionisent ensuite le matériau dans les bandes. La charge ionisée est proportionnelle à la force du rayon gamma. La disposition des bandes aide à déterminer la direction du rayonnement entrant. Les rayons cosmiques sont beaucoup plus courants que les rayons gamma, mais le LAT a des matériaux qui interagissent uniquement avec les rayons cosmiques et avec les rayons cosmiques et les rayons gamma, de sorte que les rayons cosmiques peuvent être distingués et ignorés. Au cours de ses 95 premières heures de fonctionnement, le LAT a produit une carte de tout le ciel; le CGRO a mis des années à produire une carte similaire.

Le GBM est constitué de 12 détecteurs identiques contenant chacun un mince disque monocristallin d’iodure de sodium positionné comme une face d’un dodécaèdre imaginaire. Un rayon gamma incident provoque l’émission par le cristal d’éclairs de lumière comptés par des tubes sensibles à la lumière. Les mêmes éclairs peuvent être vus par jusqu’à la moitié des détecteurs, mais à des intensités différentes en fonction de l’angle du détecteur par rapport à la source. Ce processus permet de calculer l’emplacement d’un sursaut gamma afin que l’engin spatial puisse être orienté pour pointer le LAT à la source pour des observations détaillées.

En 2008, Fermi a découvert dans le rémanent de supernova CTA 1 le premier d’une population de pulsars qui ne sont vus que dans les rayons gamma. Les émissions de rayons gamma ne proviennent pas de faisceaux de particules aux pôles des pulsars, comme c’est le cas pour les pulsars radio, mais se produisent loin de la surface des étoiles à neutrons. Le processus physique précis qui génère les impulsions gamma est inconnu. Fermi a également augmenté le nombre de pulsars millisecondes connus (les pulsars rotatifs les plus rapides, avec des périodes de 1 à 10 millisecondes) en découvrant 17 de ces objets.

Dans certaines théories de la physique qui uniraient la relativité générale, qui décrit l’univers aux plus grandes échelles, à la mécanique quantique, qui décrit l’univers aux plus petites échelles, l’espace-temps serait quantifié en morceaux discrets. Si l’espace-temps avait une telle structure, les photons avec des énergies plus élevées voyageraient plus vite que ceux avec des énergies plus basses. En observant des photons de différentes énergies provenant d’un sursaut gamma à 7,3 milliards d’années-lumière de la Terre et arrivés à Fermi en même temps, les astronomes ont pu limiter toute structure granuleuse possible de l’espace-temps à une taille inférieure à environ 10-33 cm.

En 2010, Fermi a observé la première émission de rayons gamma d’une nova. On pensait auparavant que les novas ne généraient pas assez d’énergie pour produire des rayons gamma.