Figure 1 :Schéma conceptuel du télescope gamma à émulsion. Il se compose d'un convertisseur constitué d'un empilement de couches de film d'émulsion, mécanisme d'horodatage à plusieurs étages, et caméra étoile de surveillance de l'orientation. Le convertisseur capte la réaction de création de paires d'électrons de rayons gamma, ajoute des informations de temps avec le mécanisme d'horodatage, et en combinant cela avec les données de surveillance de l'orientation, nous pouvons déterminer la direction des rayons gamma depuis l'espace. Crédit :Université de Kobe
Les rayons gamma cosmiques peuvent nous fournir des informations importantes sur les phénomènes de haute énergie dans notre univers. La collaboration GRAINE (Gamma-Ray Astro-Imager with Nuclear Emulsion) vise à enregistrer des rayons gamma cosmiques de haute énergie à haute résolution à l'aide d'un télescope à émulsion nucléaire embarqué sur ballon. En avril 2018, l'équipe a terminé avec succès un autre test de vol en ballon.
Le film d'émulsion nucléaire peut enregistrer des traces de particules chargées à haute énergie au niveau de précision le plus élevé au monde. Le télescope gamma développé par le projet GRAINE est capable d'analyser automatiquement une grande surface de ce film et d'ajouter des horodatages, créer un télescope avec les meilleures capacités de résolution angulaire au monde, sensibilité de polarisation, et la plus grande ouverture du monde. S'appuyant sur les développements de la recherche et les expériences de ballons en 2011 et 2015, l'équipe a affiné la capacité du télescope à émulsion à observer les rayons gamma cosmiques de haute énergie lors de vols en ballon.
L'équipe est dirigée par le professeur Shigeki Aoki et le professeur assistant de projet Satoru Takahashi (membres de l'École supérieure de développement humain et d'environnement de l'Université de Kobe) en collaboration avec le chercheur Hiroki Rokujo (École supérieure des sciences de l'Université de Nagoya). La réalisation du vol d'essai a été présentée lors de la 42e Assemblée scientifique du COSPAR (Comité sur la recherche spatiale) 2018 (14-22 juillet) le 17 juillet.
L'expérience du ballon en Australie en avril 2018 visait à observer Vela Pulsar, une source lumineuse connue de rayons gamma. Les derniers préparatifs de l'expérience du ballon ont été achevés en mars sur le site de lancement d'Alice Springs, puis est venue l'attente des vents de haute altitude pour remplir les conditions de vol.
Figure 2 :Préparations finales pour le test du ballon. Nous avons installé un levier de vitesses à plusieurs étages dans l'anneau du récipient sous pression (direction transversale 1,5 m) et avons monté les packs de films d'émulsion au-dessus. Chaque unité de paquet de film d'émulsion mesure 37,8 cm × 25 cm, avec une pile de 113 couches de film. Les unités ont été alignées par groupes de quatre pour créer une surface de 3780 cm2. Sur le bord extérieur de l'anneau du récipient sous pression, vous pouvez voir les lentilles (noires) des caméras étoiles orientées dans trois directions. Crédit :Université de Kobe
Deux fois les prévisions de vents appropriés à haute altitude ont été faites et ils se sont préparés pour le lancement, mais les vents au niveau du sol n'étaient pas suffisants pour le lancement et le lancement a été reporté. Le 26 avril, les vents prévus à haute altitude et au niveau du sol ont rempli les conditions de lancement et de vol, et à 6h33, heure locale, ils ont réussi le lancement. Le ballon s'est élevé régulièrement, atteindre une altitude de 38 km après deux heures, avant d'être poussé vers l'est par le vent et d'amorcer une dérive horizontale (figure 6). Après un laps de temps qui a couvert la fenêtre d'observation de Vela Pulsar (15-22 heures), à 22h19, l'équipe a arrêté le télescope à émulsion. Ayant soigneusement prédit son point d'atterrissage, à 23h17 ils ont détaché le ballon et ont utilisé un parachute pour faire atterrir le télescope à 23h54, à environ 900 km à l'est d'Alice Springs à une longitude de 250 km au sud-ouest.
Le temps de vol total était de 17 heures 21 minutes, dont 15 heures de voyage horizontal à une altitude de 36-38 km. En plus d'obtenir le temps de vol de ballon le plus long pour les expériences de ballon avec télescope à émulsion, le télescope à émulsion était stable tout au long du vol. Le lendemain, l'équipe a récupéré le télescope à émulsion (y compris le film d'émulsion et le disque de données) à Longreach, et posté le film d'émulsion à l'Université de Sydney en utilisant un transport réfrigéré. A l'Université de Sydney, ils ont stocké le film d'émulsion dans des conditions réfrigérées, réalisé des développements tests du film d'émulsion pour une partie du vol, et utilisé l'observation au microscope pour confirmer qu'il n'y avait aucun problème avec les images capturées pendant le vol.
Courant mai, ils ont terminé avec succès le traitement du film d'émulsion pour un total de 489 feuilles de film d'une superficie combinée de 43,8 mètres carrés. Cela a marqué la dernière étape de l'expérience de ballon du télescope à émulsion de 2018 en Australie.
Les membres de la collaboration commentent, "Notre équipe analyse actuellement les données de vol dans le but de détecter Vela Pulsar et de vérifier les performances générales du télescope. Après cela, nous allons répéter de longs vols pour le télescope à émulsion à grande ouverture dans le but de commencer des observations scientifiques."
Figure 3 :Préparations finales pour le test du ballon. L'enveloppe du récipient sous pression est fermée. Vous pouvez voir les capots de prévention de la lumière parasite de la caméra étoile (argent) pointant dans 3 directions. Crédit :Université de Kobe
Figure 4 :Juste avant le lancement du ballon. Crédit :JAXA Yuya Kakehashi
Figure 5 :Lancement du ballon. 26 avril à 6h33 heure locale. Le haut du ballon vers le bas (directement au dessus de la lumière) mesure 130m. Lorsque le ballon est complètement gonflé, il a un volume de 300, 000 mètres cubes. Un parachute et le télescope à émulsion (lumière inférieure) sont suspendus sous le ballon, attaché par des cordes. Crédit :Université de Kobe
Figure 6 :La trajectoire de vol du ballon. L'étoile à gauche marque le départ, et l'étoile à droite marque le point final d'un voyage d'environ 900 km. Crédit :Université de Kobe
Figure 7 :Film d'émulsion du vol après traitement. Crédit :Université de Kobe
Figure 8 :Image au microscope du film d'émulsion après traitement. La largeur de cette image est d'environ 0,1 mm. Vous pouvez voir des traces de particules lourdes distinctives (pistes sombres droites) sur le film. Crédit :Université de Kobe
