Une technologie de détecteur compact applicable à tous les types d'enquêtes scientifiques interdisciplinaires a trouvé sa place dans une nouvelle mission CubeSat conçue pour trouver les contreparties électromagnétiques des événements qui génèrent des ondes gravitationnelles.

La scientifique de la NASA Georgia de Nolfo et son collaborateur, l'astrophysicien Jeremy Perkins, a récemment reçu un financement du programme de recherche et d'analyse en astrophysique de l'agence pour développer une mission CubeSat appelée BurstCube. Cette mission, qui portera la technologie de capteur compact que de Nolfo a développé, détectera et localisera les sursauts gamma provoqués par l'effondrement d'étoiles massives et les fusions d'étoiles à neutrons en orbite. Il détectera également les éruptions solaires et autres transitoires à haute énergie une fois qu'il sera déployé en orbite terrestre basse au début des années 2020.

Les morts cataclysmiques d'étoiles massives et les fusions d'étoiles à neutrons présentent un intérêt particulier pour les scientifiques car elles produisent des ondes gravitationnelles - littéralement, ondulations dans le tissu de l'espace-temps qui rayonnent dans toutes les directions, un peu comme ce qui se passe lorsqu'une pierre est jetée dans un étang.

Depuis l'observatoire des ondes gravitationnelles par interféromètre laser, ou LIGO, ont confirmé leur existence il y a quelques années, LIGO et les détecteurs européens Virgo ont détecté d'autres événements, dont la toute première détection d'ondes gravitationnelles issues de la fusion de deux étoiles à neutrons annoncée en octobre 2017.

Moins de deux secondes après que LIGO ait détecté les vagues déferlant sur l'espace-temps de la Terre, Le télescope spatial à rayons gamma Fermi de la NASA a détecté une faible rafale de lumière à haute énergie, la première rafale à être connectée sans ambiguïté à une source d'ondes gravitationnelles.

Ces détections ont ouvert une nouvelle fenêtre sur l'univers, donner aux scientifiques une vision plus complète de ces événements qui complète les connaissances acquises grâce aux techniques d'observation traditionnelles, qui reposent sur la détection du rayonnement électromagnétique – la lumière – sous toutes ses formes.

Capacité complémentaire

Perkins et de Nolfo, les deux scientifiques du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, voir BurstCube comme un compagnon de Fermi dans cette recherche de sources d'ondes gravitationnelles. Bien qu'il ne soit pas aussi performant que le moniteur de rafale gamma beaucoup plus grand, ou GBM, sur Fermi, BurstCube augmentera la couverture du ciel. Fermi-GBM observe la totalité du ciel non bloqué par la Terre. "Mais que se passe-t-il si un événement se produit et que Fermi est de l'autre côté de la Terre, qui lui bloque la vue, " dit Perkins. " Fermi ne verra pas l'éclatement. "

BurstCube, qui devrait être lancé au moment où d'autres observatoires au sol de type LIGO commenceront à fonctionner, aidera à détecter ces fugaces, photons de haute énergie difficiles à capturer et aider à déterminer leur origine. En plus de rapporter rapidement leurs emplacements au sol afin que d'autres télescopes puissent trouver l'événement dans d'autres longueurs d'onde et se diriger vers sa galaxie hôte, L'autre travail de BurstCube est d'étudier les sources elles-mêmes.

Technologie miniaturisée

BurstCube utilisera la même technologie de détection que le GBM de Fermi; cependant, avec des différences importantes.

Dans le cadre du concept, de Nolfo a progressé grâce au financement du programme de recherche et développement interne de Goddard, l'équipe positionnera quatre blocs de cristaux d'iodure de césium, fonctionnant comme des scintillateurs, dans différentes orientations à l'intérieur de l'engin spatial. Lorsqu'un rayon gamma entrant frappe l'un des cristaux, il absorbera l'énergie et la luminescence, convertir cette énergie en lumière optique.

Quatre réseaux de photomultiplicateurs au silicium et leurs dispositifs de lecture associés se trouvent chacun derrière les quatre cristaux. Les photomultiplicateurs convertissent la lumière en une impulsion électrique puis amplifient ce signal en créant une avalanche d'électrons. Cet effet multiplicateur rend le détecteur beaucoup plus sensible à ces rayons gamma faibles et fugaces.

Contrairement aux photomultiplicateurs du GBM de Fermi, qui sont encombrants et ressemblent à des tubes de télévision à l'ancienne, Les appareils de Nolfo sont en silicium, un matériau semi-conducteur. "Par rapport à des tubes photomultiplicateurs plus conventionnels, les photomultiplicateurs au silicium réduisent considérablement la masse, le volume, puissance et coût, " a déclaré Perkins. " La combinaison des cristaux et de nouveaux dispositifs de lecture permet d'envisager un appareil compact, instrument de faible puissance qui est facilement déployable sur une plate-forme CubeSat."

Dans un autre succès pour la technologie Goddard, l'équipe BurstCube a également conçu le bus Dellingr 6U CubeSat qu'une petite équipe de scientifiques et d'ingénieurs du centre a développé pour montrer que les plates-formes CubeSat pourraient être plus fiables et capables de collecter des données scientifiques très solides.

"C'est une technologie très demandée, " a déclaré de Nolfo. "Il y a des applications partout."