ATHENA: Le grande observatoire d’Astronomie X

La mission Athena (Advanced Telescope for High ENergy Astrophysics) est la deuxième mission spatiale de type Large (L2) du programme à long terme Cosmic Vision de l’Agence Spatiale Européenne (ESA). Cette mission est dédiée au thème scientifique The hot and violent Universe qu’elle prévoie d’explorer avec la mise en orbite à l’horizon 2028 d’un grand observatoire d’astronomie X conçu par un consortium de instituts européens, en particulier de France, d’Allemagne et d’Italie, et avec une participation US et japonaise.

Athena est un observatoire composé d’un grand télescope X de 12 mètres capable de focaliser les rayons d’énergies entre 0.1 – 12 keV alternativement dans le plan focal de deux  instruments différents, l’imageur grand champ wide field imager (WFI) et le spectromètre à haute résolution X-ray Integral Field Unit  (X-IFU). Les objectifs principaux d'Athena consistent à apporter des réponses à deux questions fondamentales non encore résolues :

  • Comment la matière s'assemble-t-elle dans l'univers pour former les grandes structures que l’on observe (amas de galaxies et galaxies) ?
  • Comment se forment et grossissent les trous noirs géants et quels effets ont-ils sur l'évolution de l'univers ?

Mais ce grand observatoire permettra aussi de mener à bien d'autres études d’astrophysique et de cosmologie, en particulier dans les domaines des objets compacts (trous noirs, étoiles à neutrons, naines blanches), des restes des supernovæ et des nébuleuses de pulsars, de la physique des amas de galaxies et des noyaux actifs de galaxies (AGN), des plasma chauds du milieu interstellaire, des étoiles, et aussi de certains phénomènes du système solaire.

Actuellement trois observatoires X sont en phase d’opération : XMM-Newton de l’ESA, Chandra de la NASA et Suzaku de la JAXA. Dans le futur proche (2016-2017) deux autres missions X seront lancées: Astro-H (mission principalement japonaise et américaine avec participation ESA) et eROSITA/SRG (mission russe/allemande). Ces missions apportent et continuerons d’apporter d’importantes contributions dans le domaine des relevés des sources X, des amas des galaxies et des AGN, ainsi que dans l’étude des sources de rayons X durs et des phénomènes non-thermiques. Athena représente une perspective essentielle pour ce domaine de recherche en astrophysique et cosmologie. La France et notamment l’APC, dont des chercheurs exploitent largement les données XMM et contribuent directement au projet Astro-H, participent à ce grand projet scientifique international.

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Le concept de mission Athena comprend trois éléments clés :

  • un télescope en rayons X avec une focale de 12 m, une résolution spatiale d’environ 5 arcsec, et une grande surface effective de 2 m2 à 1 keV, utilisant une technologie innovante, les miroirs SPO (Silicon Pore Optics) développées par l’ESA
  • un spectro-imageur haute résolution spectrale (2.5 eV FWHM), le X-IFU (Integral Field Unit)
  • un spectro-imageur grand champ (40 arcmin) avec une résolution spectrale modérée (< 150 eV), le WFI (Wide Field Imager).

Ces détecteurs lui conféreront une capacité d'observation supérieure de deux ordres de grandeur aux instruments de la génération précédente. Athena permettra donc des avancées spectaculaires dans tous les domaines scientifiques, grâce en particulier à la  très large surface collectrice d’environ 2 m2, à la bonne résolution angulaire de 5" combinés au grand champ de vue et surtout à l’exceptionnelle résolution spectrale de 2.5 eV du spectromètre X-IFU.

L’ESA s’apprête à lancer l’appel à instruments et au segment sol Athena en début 2016, avec une phase A1 qui commence en 2015 pour les laboratoires et une phase A2 industrielle de la mission qui commencerait juste après la sélection des instruments et en suite une phase B à partir de 2018.

Plusieurs thématiques scientifiques d’Athena se recouvrent avec les sujets de recherche propres des groupes d’Astrophysique de Haute Energie et Cosmologie du laboratoire APC, en particulier :

  • Le centre Galactique et le trou noir super-massif de la Galaxie
  • Les objets compacts galactiques
  • La variabilité et spectroscopie des AGN
  • Les relevés profonds cosmologiques et les amas de galaxies
  • Les processus d’accélération et les interactions des particules

L’APC participe au projet dans le cadre de la contribution française à la mission, en particulier à l’intérieur de consortium X-IFU d’Athena.  Les responsabilités et taches APC identifiées sont :

  • Développement du sous-système d’électronique de proximité chaude (Warm Front End Electronics, WFEE) du spectromètre X-IFU.
  • Participation au programme de simulations X-IFU
  • Une contribution au segment sol scientifique Athena est aussi envisagée.

 

Liste des agents impliqués à l’APC

  • GOLDWURM Andrea (Responsable scientifique)
  • PRELE Damien (Chef de Projet)

Equipe scientifique 

(Groupes thématiques APC Astrophysique de Haute Energie et Cosmologie)

  • BECKMANN Volker (Responsable segment sol)
  • LAURENT Philippe (Responsable simulations)
  • BARTLETT James
  • DELABROUILLE Jacques
  • GABICI Stefano
  • GIRAUD-HERAUD Yannick
  • GOLDONI Paolo
  • GOLDWURM Andrea
  • PARIZOT Etienne
  • PIAT Michel
  • TERRIER Régis
  • VARNIERE Peggy

Equipe technique (WFEE)

  • BARONICK Jean Pierre
  • BEILLIMAZ Cyril
  • COLOMGE Stéphane
  • DHEILLY Stéphane
  • FRAISSE Eric
  • JOUFFROY  Corinne
  • LINDSEY Clark Miles
  • PRELE Damien
  • ROBERT Jean-Luc
  • SANTOS Cailletano
  • VOISIN Fabrice

Services APC

Administration, communication, control projet assurance qualité, électronique, techniques expérimentales (laboratoire micro-électronique cryo), mécanique. FACe (segment sol).

 

Rôles des scientifiques APC dans Athena:

  • A. Goldwurm : membre de la X-IFU Science Team et membre de un ASWG, point de contact APC au niveau national pour Athena, point de contact IN2P3 projet Athena
  • P. Laurent : Co-Chair du Athena Science Working Group sur le bruit de fond (background)
  • Autres membres des ASWG: V. Beckmann, S. Gabici, Y. Giraud-Heraud, R. Terrier

 

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