Instrumentation à rayons X et gamma

L'instrumentation à rayons X et gamma détecte les photons les plus énergétiques en astronomie en utilisant des optiques à incidence rasante, des masques codés et des détecteurs de suivi de particules, plutôt que les miroirs conventionnels des télescopes optiques.

Definition

L'instrumentation à rayons X et gamma comprend les optiques et les détecteurs utilisés pour observer les photons d'environ cent électronvolts à des téraélectronvolts, conçue autour du fait que de tels photons ne peuvent pas être focalisés par réflexion ou réfraction ordinaire.

Scope

Ce sujet couvre les miroirs à rayons X à incidence rasante imbriqués, les CCD à rayons X et les microcalorimètres qui imagent et mesurent l'énergie des photons, les collimateurs et les masques à ouverture codée pour les énergies plus élevées, les télescopes à suivi de paires et Compton pour les rayons gamma, ainsi que la technique Cherenkov atmosphérique au sol qui détecte indirectement les rayons gamma de très haute énergie.

Core questions

• Comment les rayons X sont-ils focalisés lorsqu'ils traversent des miroirs ordinaires ?
• Comment les rayons gamma, qui ne peuvent pas être focalisés du tout, sont-ils imagés ?
• Comment l'énergie d'un photon de haute énergie est-elle mesurée ?
• Comment les rayons gamma de très haute énergie sont-ils détectés depuis le sol ?

Key theories

Optiques à incidence rasante

Les rayons X ne se réfléchissent efficacement qu'à des angles rasants peu profonds, c'est pourquoi les télescopes à rayons X imbriquent de nombreuses coques de miroirs concentriques, telles que les conceptions de Wolter, pour les collecter et les focaliser.

Masques codés et suivi de particules

Les rayons gamma sont imagés non pas par focalisation mais en projetant des ombres à travers des masques codés ou en suivant les paires électron-positron et les diffusions Compton qu'ils produisent dans des détecteurs stratifiés.

Technique d'imagerie Cherenkov atmosphérique

Les rayons gamma de très haute énergie sont détectés depuis le sol en imagant les brefs éclairs de lumière Cherenkov provenant des gerbes atmosphériques qu'ils déclenchent dans l'atmosphère.

Clinical relevance

L'instrumentation de haute énergie étudie les trous noirs et étoiles à neutrons en accrétion, les rémanents de supernova, les noyaux galactiques actifs, les sursauts gamma et le gaz chaud des amas, révélant la physique la plus extrême de l'univers, invisible aux énergies plus basses.

History

Le vol de fusée de Giacconi et Rossi en 1962 a découvert la première source cosmique de rayons X, lançant ainsi l'astronomie des rayons X. Les conceptions à incidence rasante de Wolter ont permis la création de télescopes à rayons X imageurs tels qu'Einstein et Chandra, tandis que les missions gamma et les réseaux Cherenkov au sol ont ouvert le ciel à très haute énergie.

Key figures

• Riccardo Giacconi
• Bruno Rossi
• Hans Wolter

Seminal works

• seward2010
• longair2011
• giacconi1962

Frequently asked questions

Comment les télescopes à rayons X forment-ils des images si les rayons X traversent les miroirs normaux ?

Les rayons X ne se réfléchissent efficacement que lorsqu'ils frôlent une surface à des angles très faibles. Les télescopes à rayons X utilisent donc des ensembles de miroirs imbriqués, en forme de barillet, que les rayons effleurent, les courbant progressivement vers un foyer commun, une configuration connue sous le nom d'optique à incidence rasante ou de Wolter.

Comment les rayons gamma de très haute énergie peuvent-ils être étudiés depuis le sol ?

De tels rayons gamma sont trop rares et trop énergétiques pour être détectés directement par des satellites. Lorsqu'un rayon frappe l'atmosphère, il produit une cascade de particules qui émettent un faible éclair de lumière Cherenkov, que les réseaux de télescopes au sol imagent pour reconstituer l'énergie et la direction du rayon gamma.