LogoLogo

Cucchetti, Edoardo. De l'astrophysique des amas de galaxies à la physique des microcalorimètres en rayons X : performances scientifiques et calibration du X-ray integral field unit de la mission Athena

Cucchetti, Edoardo (2019). De l'astrophysique des amas de galaxies à la physique des microcalorimètres en rayons X : performances scientifiques et calibration du X-ray integral field unit de la mission Athena.

[img]PDF - nécessite un logiciel de visualisation PDF comme GSview, Xpdf or Adobe Acrobat Reader
5Mb

Résumé en francais

Des découvertes inédites dans le domaine de l'astronomie en rayons X nécessitent une nouvelle génération d'instruments, pouvant observer le ciel en combinant des hautes résolutions spatiales et spectrales. Ce besoin constitue le fondement du X-ray Integral Field Unit (X-IFU) de la mission Athena de l'ESA, dont le lancement est prévu en 2031. La complexité de la chaîne de détection du X-IFU nécessite un suivi de ses perturbations instrumentales. Des simulations bout-à-bout, reproduisant les observations en rayons X de l'émission des photons d'une source représentative à leur détection, sont un outil de choix pour ces études. Dans la première partie de cette thèse, j'utilise ces simulateurs pour quantifier l'effet de la diaphonie entre les pixels, pour dériver une spécification sur la connaissance du bruit de fond instrumental, ou encore pour estimer la sensibilité spectrale de l'instrument. Mes résultats confirment que le X-IFU atteindra ses exigences en taux de comptage pour des sources étendues brillantes. Ils démontrent aussi qu'une bonne connaissance des raies spectrales, ainsi que du niveau bruit de fond instrumental (à mieux que 2%) est indispensable pour éviter des erreurs systématiques dans le traitement des données. L'analyse des performances doit cependant être couplée à des études de faisabilité des objectifs scientifiques du X-IFU. Cela concerne particulièrement les observations de sources étendues, qui feront appel à tout le potentiel de l'instrument. La deuxième partie de ce travail analyse les capacités du X-IFU à caractériser les propriétés physiques et chimiques du milieu intra-amas, ainsi que sa turbulence. Pour obtenir des simulations représentatives, des modèles ou d'autres simulations numériques sont utilisés comme point de départ de ces études. Mes résultats montrent la puissance du X-IFU à mesurer les propriétés des amas de galaxies, même à haut redshift (z ~ 2) et sur des temps d'exposition de 100ks. Je présente également une nouvelle façon d'aborder les biais sur les diagnostics spectraux. Elle permettra d'optimiser les observations de la turbulence dans les amas. Enfin, pour remplir ses objectifs scientifiques, le X-IFU nécessitera une calibration très précise. La troisième partie de cette thèse aborde différents points de la calibration du X-IFU, notamment la connaissance de son échelle de gain, de son efficacité quantique et de son bruit de fond instrumental. Je démontre que de nouvelles méthodes de correction de gain et de surveillance du niveau de bruit de fond instrumental sont nécessaires pour vérifier les spécifications attendues. Ces résultats permettent d'optimiser l'architecture de l'instrument (par ex., sources modulées de rayons X, stratégies de corrections) et de mieux préparer ses phases de calibration au sol et en vol. Les études de calibration se feront aussi et surtout par des essais en conditions représentatives, comme dans le banc cryogénique développé et caractérisé à l'IRAP au cours de ma thèse.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Pajot, François
Pointecouteau, Etienne
Ecole doctorale:Sciences de l'Univers, de l'environnement et de l'espace (SDU2E)
laboratoire/Unité de recherche :Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP), UMR 5277
Mots-clés libres :Amas de galaxies - Astronomie rayons X - Calibration - Détection cryogénique - Études de faisabilité - Performances instrumentales - Simulations end-to-end - X-IFU
Sujets :Sciences de l'univers
Déposé le :20 Feb 2020 10:54