ATHENA: Le grand observatoire d’Astronomie X

I.   Le telescope
II.  ATHENA@APC: WFEE for XIFU
III. Nouveles
IV. Equipe
V. Publications et présentations
VI.  Grand public

 

I. Le telescope

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 s'inscrit dans le thème scientifique The hot and violent Universe qu’elle prévoie d’explorer avec la mise en orbite à l’horizon 2034 d’un grand observatoire d’astronomie X conçu par un consortium d’instituts européens, en particulier de France, d’Allemagne et d’Italie, et avec une participation américaine et japonaise.
En juin 2014, il a été sélectionné par le Comité du programme scientifique de l'ESA (SPC) pour la deuxième opportunité de grande mission. En novembre 2023, la mission a été redéfinie (« NewAthena »). Le SPC a reconnu que NewAthena est une mission flagship du programme scientifique de l'ESA. Actuellement en phase B (phase de definition préliminaire), une « adoption » de la mission mi-2027 engagera la phase industrielle du projet suivie d'une phase de construction qui aboutira à un lancement autour de 2037. 

Figure 1: Schéma du satellite Athena – crédit ESA.

L'observatoire Athena embarquera un télescope en rayons X de 12 m, capable de focaliser les rayons X d'énergie entre 0.5 et 12 keV une résolution spatiale d’environ 5 arcsec, et une grande surface effective de 1,4 m2 (à 1 keV), utilisant une technologie innovante, les miroirs SPO (Silicon Pore Optics) développés par l’ESA;

  • un spectro-imageur grand champ (40'x40') offrant une résolution spectrale de 150 eV: le WFI (Wide Field Imager);
  • un spectro-imageur doté d'une résolution spectrale exceptionnelle de 2.5 eV: le X-IFU (X-ray Integral Field Unit).


Ces éléments lui conféreront une capacité d'observation supérieure de deux ordres de grandeur aux instruments de la génération précédente. Athena permettra ainsi des avancées spectaculaires dans tous les domaines scientifiques, grâce en particulier à la très large surface collectrice, à la bonne résolution angulaire et surtout à l’exceptionnelle résolution spectrale de 2.5 eV du spectromètre X-IFU.
 

Figure 2: Schéma du spectromètre X-ray Integral Field Unit (X-IFU) à bord du satellite Athena– crédit ESA

 

 

Les objectifs principaux d'Athena consistent à apporter des réponses à deux questions fondamentales :
 

  • 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 et quels effets ont-ils sur l'évolution de l'univers ?

Plus généralement, ce grand observatoire fournira une contribution unique à l'étude de l'univers des hautes énergies, en particulier dans les domaines des, objets compacts (trous noirs, étoiles à neutrons, naines blanches), des sources transitoires, 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.

Plusieurs de ces thématiques rejoignent les sujets de recherche des groupes "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;
  • Les processus d’accélération et les interactions des particules;
  • La variabilité et la spectroscopie des noyaux actifs de galaxies;
  • Les relevés profonds cosmologiques et les amas de galaxies;
  • Les événements transitoires haute énergie et l’astronomie multi-messagers.

Enfin, la troisième mission de type Large (L3) est dédiée à l'étude de l'univers gravitationnel avec l'instrument LISA sur lequel l'APC est également impliqué. Destiné à être mis sur orbite à l'horizon 2033-2035, les deux instruments pourraient fonctionner en synergie, assurant ainsi à l'Europe une position privilégiée dans l'exploration de l'univers multi-messager. 

 

II. ATHENA@APC: WFEE for XIFU

L’électronique de proximité « chaude » (Warm Front End Electronics - WFEE) de l’instrument X-IFU d’ATHENA est depuis le début de la Phase A (2015) sous la responsabilité de l’APC.

Le coeur du WFEE est sous la forme de circuit intégrés (ASIC) permettant :

  •  - la polarisation bas bruit des détecteurs supraconducteur TES
  •  -l'amplificateurs à très faible dérive de gain des signaux en sortie de cryostat
  •  -l’ajustement des points de fonctionnement des étages de lecture cryogéniques (SQUID)

Ainsi, les circuits développés comprennent des architectures bas bruit et à très faible dérive de gain.

AwaXe_v2.5 ASIC - Athena Warm Asic for the X-ifu Electronics
AwaXe_v3 ASIC - Athena Warm Asic for the X-ifu Electronics

 

Cependant, l'intégration de près de 100 voies de cette électronique de lecture est aussi sous la responsabilité de l'APC travaillant à la conception des boitiers disposés autour du dewar de l'instrument X-IFU. Ces développements intègrent des problématiques de thermique et d'EMI/EMC.

 

III. Nouveles

WFEE DM01
 
  • Novembre 2023 - Essai de dose ionisante terminés sur AwaXe_v4.
Essai de dose du AwaXe_v4 avec Co60 source
  • Mars 2024 - Réception des prototypes ASIC AwaXe_v5FC, AwaXe_V4.5DAC et AwaXe_v4.5LNA.
Testcarte avec AwaXe_v5, AwaXe_v4.5LNA et AwaXe_v4.5DAC

IV. Equipe

L’APC participe au projet dans le cadre de la contribution française à la mission, en particulier à l’intérieur du consortium X-IFU d’Athena. Les membres de l'équipe Athena d'APC et leur principales responsabilités ou tâches sont :
 

Responsables projet

  • Andrea GOLDWURM (Responsable scientifique APC - Co-I Science X-IFU )
  • Damien PRELE (Chef de projet WFEE APC, Ingénieur Système WFEE APC- Co-I instrument X-IFU et membre du groupe de travail "chaine de detection")
  • Eugenio DAMBRAUSKAS (Ingénieur contrôle de projet)

Equipe scientifique (Groupes thématiques APC : Astrophysique de Haute Energie et Cosmologie)

  • Alexis COLEIRO (E2E simulator,segment sol WFEE)
  • Peggy VARNIERE (WP2, WP2.5, E2E simulator)
  • Stefano GABICI
  • Régis TERRIER
  • Léna ARTHUR (doctorante LabEx UnivEarths / Université Paris Cité)
  • Jonathon BAIRD (PostDoc LabEx UnivEarths / Université Paris Cité)
  • Raphaël MIGNON-RISSE (PostDoc CNES)
  • Floriane CANGEMI
  • Pier-Alex DUVERNE

Equipe instrumentation (Services APC : Electronique, Micro-électronique, Mécanique, Techniques Expérimentales, Administration)

  • Si CHEN (Micro-electronics)
  • Bernard COURTY (Contrôle commande)
  • Alain GIVAUDAN (Architecte mécanique et thermique)
  • Manuel GONZALEZ (Instrument Scientist X-IFU WFEE)
  • Mael LE CAM (Mécanique)
  • Jean LESREL (Architecte électronique)
  • Jean MESQUIDA (Micro-électronique)
  • Michael PUNCH (Instrumentalist)
  • Luis Horacio ARNALDI (Instrumentalist)
  • Bao TON (PhD)

Equipe Support

  • Stéphane DHEILLY (Atelier mécanique)
  • Lydie PAVILI-BALADINE (Administration)
  • Beng KY (Electronique)

Membres associés

  • James BARTLETT
  • Jacques DELABROUILLE
  • Paolo GOLDONI
  • Etienne PARIZOT
  • Michel PIAT (Instrumentation cryo.)
  • Yi ZHANG (Professeur invité)

Rôles des scientifiques APC pour Athena

  • Plusieurs physiciens de l'équipe sont membres des "Athena Science (and Mission) Working Groups".
  • A. Goldwurm est point de contact IN2P3 pour le projet Athena.

V. Publications et présentations

VI. Grand Public

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