Les scientifiques du consortium Cherenkov Telescope Array (CTA) ont détecté des rayons gamma de la nébuleuse du Crabe à l'aide d'un prototype de télescope Schwarzschild-Couder (pSCT), prouver la viabilité de la nouvelle conception du télescope pour une utilisation en astrophysique des rayons gamma. Les résultats ont été annoncés le 1er juin lors de la 236e réunion de l'American Astronomical Society (AAS).

« Depuis cinquante ans, la conception optique des télescopes à rayons gamma est restée essentiellement inchangée. Avec cette détection, nous avons vérifié un nouveau, une conception optique plus sophistiquée qui donne non seulement des performances optiques énormément meilleures, mais permet à la caméra de tirer pleinement parti des développements modernes des capteurs de lumière et de l'électronique à grande vitesse, " a déclaré David Williams, chercheur à l'Institut de physique des particules de Santa Cruz (SCIPP) et professeur adjoint de physique à l'UC Santa Cruz.

Williams est co-chercheur principal sur la subvention de la National Science Foundation qui a soutenu la construction du télescope. Son groupe à l'UCSC, dont plusieurs étudiants de premier cycle, des capteurs de lumière testés pour sélectionner le meilleur modèle à utiliser dans la caméra du télescope et pour calibrer les performances des capteurs achetés pour la caméra.

La nébuleuse du Crabe est la source stable la plus brillante de rayons gamma de très haute énergie dans le ciel, sa détection est donc un excellent moyen de prouver la technologie pSCT. "Les rayons gamma de très haute énergie sont les photons les plus énergétiques de l'univers et peuvent dévoiler la physique d'objets extrêmes, notamment les trous noirs et éventuellement la matière noire, " a déclaré Justin Vandenbroucke de l'Université du Wisconsin.

Détecter la nébuleuse du Crabe avec le pSCT est plus qu'une simple preuve positive pour le télescope lui-même. Il jette les bases de l'avenir de l'astrophysique des rayons gamma. "Nous avons mis en place cette nouvelle technologie, qui mesurera les rayons gamma avec une précision extraordinaire, permettre de futures découvertes, " a déclaré Vandenbroucke. " L'astronomie gamma est déjà au cœur de la nouvelle astrophysique multi-messagers, et la technologie SCT en fera un acteur encore plus important."

L'utilisation de miroirs secondaires dans les télescopes gamma est un bond en avant dans l'innovation pour le domaine relativement jeune de l'astronomie gamma à très haute énergie, qui est passé rapidement à l'avant-garde de l'astrophysique. « Il y a un peu plus de trois décennies, Les rayons gamma TeV ont été détectés pour la première fois dans l'univers, de la Nébuleuse du Crabe, sur la même montagne où siège le pSCT aujourd'hui, " a déclaré Vandenbroucke. " C'était une véritable percée, ouvrir une fenêtre cosmique avec une lumière mille milliards de fois plus énergétique que ce que nous pouvons voir avec nos yeux. Aujourd'hui, nous utilisons deux surfaces de miroir au lieu d'une, et des capteurs et une électronique de pointe pour étudier ces rayons gamma avec une résolution exquise."

La détection initiale de la nébuleuse du crabe pSCT a été rendue possible en tirant parti des principales observations simultanées avec l'observatoire co-localisé VERITAS (Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System). "Nous avons réussi à faire évoluer la manière dont l'astronomie gamma a été pratiquée au cours des 50 dernières années, permettant de réaliser des études en beaucoup moins de temps, " a déclaré Wystan Benbow, directeur de VERITAS. " Plusieurs programmes futurs bénéficieront particulièrement, y compris des relevés du ciel gamma, études de gros objets comme les restes de supernova, et recherche des homologues multi-messagers aux neutrinos astrophysiques et aux événements d'ondes gravitationnelles. »

Situé à l'observatoire Fred Lawrence Whipple à Amado, Arizona—le plus grand site de terrain du Center for Astrophysics | Harvard &Smithsonian—le pSCT a été inauguré en janvier 2019 et a vu le jour la même semaine. Après un an de travaux de mise en service, les scientifiques ont commencé à observer la nébuleuse du Crabe en janvier 2020, mais le projet est en cours depuis plus d'une décennie.

"Nous avons d'abord proposé l'idée d'appliquer ce système optique à l'astronomie gamma TeV il y a près de 15 ans, et mes collègues et moi avons constitué une équipe aux États-Unis et à l'étranger pour prouver que cette technologie pouvait fonctionner, " a déclaré le chercheur principal du pSCT Vladimir Vassiliev. " Ce qui était autrefois une limite théorique à cette technologie est maintenant à notre portée, et les améliorations continues apportées à la technologie et à l'électronique augmenteront encore notre capacité à détecter les rayons gamma à des résolutions et à des vitesses dont nous n'avions rêvé qu'une seule fois."

Le pSCT a été rendu possible grâce aux contributions de trente institutions et de cinq partenaires industriels critiques à travers les États-Unis, Italie, Allemagne, Japon, et le Mexique, et par un financement par le biais du programme d'instrumentation de recherche majeur de la National Science Foundation des États-Unis.

"Le fait qu'un prototype d'une future installation puisse donner un résultat aussi alléchant promet de grandes choses à partir de la pleine capacité, et illustre l'intérêt de la NSF à créer de nouvelles possibilités qui peuvent permettre à un projet d'attirer un large soutien, ", a déclaré Nigel Sharp, responsable du programme NSF.

Maintenant démontré, les innovations actuelles et à venir du pSCT jetteront les bases du futur observatoire Cherenkov Telescope Array, qui accueillera plus de 100 télescopes gamma. "Le pSCT, et ses nouveautés, sont précurseurs pour le futur CTA, qui détectera les sources de rayons gamma environ 100 fois plus rapidement que VERITAS, qui est l'état de l'art actuel, " a déclaré Benbow. "Nous avons démontré que cette nouvelle technologie pour l'astronomie gamma fonctionne sans équivoque. La promesse est là pour ce nouvel observatoire révolutionnaire, et cela ouvre un énorme potentiel de découverte."