Mission

Objectifs Scientifiques

La Terre est bombardée en permanence par des rayons cosmiques de haute énergie. Alors que l'on pense que les rayons cosmiques d'énergie allant jusqu'à 10¹⁵ eV viennent d'objets dans notre propre Galaxie, tels que les chocs d'étoiles ayant explosées, la compréhension de l'origine encore mystérieuse des rayons cosmiques d'énergie supérieure à 5.10¹⁹ eV est l'un des grands défis de l'astrophysique. Les particules cosmiques d'ultra-haute énergie sont des protons, des noyaux, des photons et neutrinos ou encore de nouvelles particules avec des énergies allant de 10¹⁸ eV à plus de dizaine de 10²⁰ eV, c'est-à-dire à la toute fin du spectre connu. A ces ultra-hautes énergies, les radiations sont produites sous les conditions physiques les plus extrêmes dans l'Univers : conditions au-delà de nos connaissances actuelles et qui peuvent impliquer un nouvelle physique et astrophysique. Ces rayons cosmiques d'énergie extrême (extreme energy cosmic rays : EECR) sont très rares (seulement 1 par kilomètre carré et par siècle environ !). Seulement 50 de ces événements ont été détectés en utilisant divers détecteurs au sol au cours des 30 dernières années. Il n'y a eu aucune identification convaincante d'une source possible pour aucun de ces événements. On ne connait pas non plus la nature des particules.

Mission

EUSO-Ballon est un prototype de futurs télescopes UV pour la détection de rayons cosmiques d’ultra-haute énergie à bord de satellites ou de la station spatiale internationale (ISS) comme l'était le projet JEM-EUSO. La collaboration JEM-EUSO a réalisé entre 2012 et 2014 un sous-ensemble complet du plan focal de l’expérience (composé de 36 photomultiplicateurs multi-anode de 64 voies, de 36 ASIC, d’une carte FPGA, d’un module de télémétrie et d'autres équipements.) - ensemble scientifique permettant de valider les différentes technologies envisagées et, de manière plus générale, de valider l’ensemble de la chaine de détection de la future mission, du détecteur au stockage de données, en passant par l’électronique de traitement, le processus de déclenchement pour l’enregistrement des évènements, l’électronique, la mécanique, etc.

La mission EUSO-Ballon, financée par le CNES pour les partenaires français, a permis de réaliser le premier vol technologique de l’instrument à bord d’un ballon stratosphérique du CNES, dans la nuit du 24 au 25 août 2014. Ce vol fut un grand succès car il a permis la validation du concept de mesure, la détermination du signal UV en provenance du sol (qui représentera un bruit de fond pour l’observation des gerbes cosmiques) et même la détection d’événements simulés (flashes au xénon et tirs lasers traversant le champ de vue plus de 30 km sous la nacelle).

Carte d'intensité du fond UV en photons m^-2sr^-1ns^-1 en échelle logarithmique. Les zones lumineuses avec de grandes intensités représentent les lumières artificielles de Timmins avec ses voisinages, mines, et l'aéroport. Les zones rouges et bleues sont fonction du couvert nuageux.

Image d'un événement hélicoptère. Les signaux du flasheur apparaissent sur la gauche.

Après le succès de ce premier vol, la mission EUSO-Ballon vise la première détection UV d’une gerbe atmosphérique géante vue du ciel, qui devrait intervenir lors d’un second vol de longue-durée à partir de la Nouvelle-Zélande, au printemps 2017, avec un ballon SPB (Super Pressure Balloon) de la NASA.