Figure 1. Vue multi-longueurs d'onde de la nébuleuse du Crabe et du pulsar du Crabe - le point lumineux au centre de l'image. Crédit :NASA, ESA, G. Dubner (IAFE, CONICET-Université de Buenos Aires) et al.; A. Loll et al.; T. Temim et al.; F. Seward et al.; VLA/NRAO/AUI/NSF ; Chandra/CXC; Spitzer/JPL-Caltech; XMM-Newton/ESA ; Hubble/STScI
Entre janvier et février 2020, le prototype du télescope de grande taille (LST), le LST-1, observé le Crabe Pulsar, l'étoile à neutrons au centre de la nébuleuse du Crabe. Le télescope, qui est en cours de mise en service sur le site du CTA-Nord sur l'île de La Palma aux Canaries, effectuait des essais d'ingénierie pour vérifier les performances du télescope et ajuster les paramètres de fonctionnement.
Les pulsars sont des étoiles à neutrons en rotation très rapide et fortement magnétisées qui émettent de la lumière sous la forme de deux faisceaux, qui ne peut être observé depuis la Terre qu'en passant notre ligne de mire. Alors que la détection de l'émission ou des explosions fortes et constantes de sources de rayons gamma avec les télescopes atmosphériques Cherenkov imageurs (IACT) est devenue une routine, Les pulsars sont beaucoup plus difficiles à détecter en raison de leurs signaux faibles et de la dominance typique du signal gamma de premier plan des nébuleuses environnantes. Malgré des centaines d'heures d'observation par les IACT à travers le monde, seuls quatre pulsars émettant des signaux dans le régime des rayons gamma à très haute énergie ont été découverts, jusque là. Maintenant que le LST-1 a montré qu'il peut détecter le pulsar du crabe, il rejoint le domaine des télescopes capables de détecter des pulsars gamma, valider le système d'horodatage et les performances basse énergie du télescope.
"Cette étape nous montre que le LST-1 fonctionne déjà à un niveau extraordinaire, détecter une source difficile en un temps record, " dit Masahiro Teshima, Directeur de l'Institut Max-Planck de physique à Munich et chercheur principal du LST. « Les pulsars sont l'une des cibles scientifiques clés des LST, et c'est passionnant d'imaginer ce que nous serons en mesure de réaliser lorsque le télescope sera entièrement mis en service et opérationnel."
Figure 2 :Phasogramme de Crabe Pulsar tel que mesuré par le LST-1. Le pulsar est connu pour émettre des impulsions de rayons gamma pendant les phases P1 et P2. L'importance affichée est calculée en tenant compte de l'émission de la source de ces phases (en rouge) et des événements de fond des phases en gris. Crédit :Collaboration LST
L'ensemble de données collectées comprend 11,4 heures provenant de huit nuits d'observation. La figure 2 montre le phasogramme résultant, tracer 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 à mesure que 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, y compris l'émission constante 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, tandis que le signal pendant P1 est encore marginal. L'animation de la figure 3 met en évidence le comportement impulsionnel de la source au cours des différentes phases.
À propos du LST
Le télescope de grande taille (LST) est l'un des trois types de télescopes à être construits pour couvrir toute la gamme d'énergie du CTA (20 GeV à 300 TeV). Des LST disposés au centre des réseaux des hémisphères nord et sud couvriront la sensibilité à basse énergie entre 20 et 150 GeV. Chaque LST est un télescope géant de 23 mètres de diamètre avec une surface de miroir 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 agile, avec la possibilité de se repositionner dans les 20 secondes pour capturer un bref, signaux gamma de faible énergie. La vitesse de repositionnement rapide et le seuil de faible énergie fournis par les LST sont essentiels pour les études du 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 fort décalage vers le rouge.
Télescope prototype LST, le LST-1, situé sur le site du CTA-Nord à l'Observatorio del Roque de los Muchachos de l'Instituto de Astrofisica de Canarias (IAC) sur l'île de La Palma. Crédit :Tomohiro Inada
La collaboration LST, se compose de plus de 200 scientifiques de 11 pays :Brésil, Bulgarie, Croatie, La 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 fait l'objet d'essais de mise en service depuis. Peu après l'inauguration, le prototype a détecté sa "première lumière" dans la soirée du 14 au 15 décembre 2018, et il a détecté son premier signal de rayons gamma de la nébuleuse du Crabe en novembre 2019 lors de sa première tentative.
Le LST-1 a récemment passé le Critical Design Review (CDR) de l'Observatoire du CTA (CTAO), le premier élément CTA à passer un tel examen. Le télescope devrait devenir le premier télescope CTAO une fois le CDR fermé et formellement accepté par le CTAO, qui est attendu en 2021.
