Le Compton Gamma Ray Observatory

CGRO transportait un complément de quatre instruments qui couvraient six décennies sans précédent du spectre électromagnétique, de 20 keV à 30 GeV (de 0,02 MeV à 30 000 MeV). Dans l’ordre d’augmentation de la couverture énergétique spectrale:

BATSEEdit

L’expérience BATSE (Burst and Transient Source Experiment) du Marshall Space Flight Center de la NASA a cherché dans le ciel des sursauts gamma (20 à > 600 keV) et a effectué des relevés complets du ciel pour des sources à longue durée de vie. Il se composait de huit modules de détection identiques, un à chacun des coins du satellite. Chaque module était composé à la fois d’un détecteur de grande surface (LAD) NaI (Tl) couvrant la plage de 20 keV à ~ 2 MeV, de 50,48 cm de diamètre sur 1,27 cm d’épaisseur, et d’un détecteur de spectroscopie NaI de 12,7 cm de diamètre sur 7,62 cm d’épaisseur, qui étendait la plage d’énergie supérieure à 8 MeV, le tout entouré d’un scintillateur en plastique en anti-coïncidence active pour contrer les grandes vitesses de fond dues aux rayons cosmiques et au rayonnement piégé. Des augmentations soudaines des taux de LAD ont déclenché un mode de stockage de données à grande vitesse, les détails de la rafale étant lus par télémétrie plus tard. Les rafales ont généralement été détectées à des taux d’environ un par jour au cours de la mission CGRO de 9 ans. Une forte rafale pourrait entraîner l’observation de plusieurs milliers de rayons gamma dans un intervalle de temps allant de ~ 0,1 s à environ 100 s.

OSSEEdit

L’expérience de spectromètre à scintillation orientée (OSSE) du Naval Research Laboratory a détecté des rayons gamma entrant dans le champ de vision de l’un des quatre modules de détection, qui pouvaient être pointés individuellement, et étaient efficaces dans la plage de 0,05 à 10 MeV. Chaque détecteur avait un cristal central de spectromètre à scintillation de NaI (Tl) de 12 po (303 mm) de diamètre, de 4 po (102 mm) d’épaisseur, couplé optiquement à l’arrière à un cristal CsI (Na) de 3 po (76,2 mm) d’épaisseur de diamètre similaire, vu par sept tubes photomultiplicateurs, fonctionnant comme un phoswich: c’est-à-dire que les événements de particules et de rayons gamma de l’arrière produisaient des impulsions à temps de montée lente (~ 1 µs), qui pouvaient être distingués électroniquement des événements NAI purs de le front, qui a produit des impulsions plus rapides (~ 0,25 µs). Ainsi, le cristal de soutien CsI a agi comme un bouclier anti-insidence actif, opposant son veto aux événements par l’arrière. Un autre bouclier CsI en forme de tonneau, également en anticoincidence électronique, entourait le détecteur central sur les côtés et fournissait une collimation grossière, rejetant les rayons gamma et les particules chargées des côtés ou de la majeure partie du champ de vision avant (FOV). Un niveau de collimation angulaire plus fin a été fourni par une grille de collimateur à lamelles de tungstène à l’intérieur du canon CsI externe, qui a collimaté la réponse à un champ de vision rectangulaire de 3,8 ° x 11,4 ° FWHM. Un scintillateur en plastique à l’avant de chaque module a opposé son veto aux particules chargées entrant par l’avant. Les quatre détecteurs fonctionnaient généralement par paires de deux. Lors d’une observation de source de rayons gamma, un détecteur prenait des observations de la source, tandis que l’autre bougeait légèrement la source pour mesurer les niveaux de fond. Les deux détecteurs changeraient régulièrement de rôle, ce qui permettrait des mesures plus précises de la source et du fond. Les instruments pouvaient tourner à une vitesse d’environ 2 degrés par seconde.

COMPTELEdit

Le télescope Imaging Compton (COMPTEL) de l’Institut Max Planck de Physique Extraterrestre, de l’Université du New Hampshire, de l’Institut Néerlandais de Recherche spatiale et de la Division d’astrophysique de l’ESA a été réglé sur la plage d’énergie de 0,75 à 30 MeV et a déterminé l’angle d’arrivée des photons à un degré près et l’énergie à moins de cinq pour cent aux énergies plus élevées. L’instrument avait un champ de vision d’un stéradian. Pour les événements de rayons gamma cosmiques, l’expérience a nécessité deux interactions presque simultanées, dans un ensemble de scintillateurs avant et arrière. Les rayons gamma seraient diffusés par Compton dans un module de détection vers l’avant, où l’énergie d’interaction E1, donnée à l’électron de recul était mesurée, tandis que le photon diffusé par Compton serait alors capturé dans l’une des deuxièmes couches de scintillateurs à l’arrière, où son énergie totale, E2, serait mesurée. A partir de ces deux énergies, E1 et E2, on peut déterminer l’angle de diffusion de Compton, l’angle θ, ainsi que l’énergie totale, E1 + E2, du photon incident. Les positions des interactions, dans les scintillateurs avant et arrière, ont également été mesurées. Le vecteur, V, reliant les deux points d’interaction détermine une direction vers le ciel, et l’angle θ autour de cette direction, définit un cône autour de V sur lequel doit reposer la source du photon, et un ” cercle d’événement” correspondent sur le ciel. En raison de la nécessité d’une quasi-coïncidence entre les deux interactions, avec un délai correct de quelques nanosecondes, la plupart des modes de production de fond ont été fortement supprimés. À partir de la collection de nombreuses énergies d’événements et de cercles d’événements, une carte des positions des sources, ainsi que leurs flux de photons et leurs spectres, a pu être déterminée.

Egretmodifier

Le Télescope d’expérience de Rayons Gamma Énergétiques (EGRET) a mesuré la position des sources de rayons gamma à haute énergie (20 MeV à 30 GeV) à une fraction de degré et l’énergie des photons à moins de 15%. EGRET a été développé par le Goddard Space Flight Center de la NASA, l’Institut Max Planck de Physique extraterrestre et l’Université de Stanford. Son détecteur fonctionnait sur le principe de la production de paires électron-positron à partir de photons de haute énergie interagissant dans le détecteur. Les traces de l’électron et du positron de haute énergie créés ont été mesurées dans le volume du détecteur et l’axe du V des deux particules émergentes projeté vers le ciel. Enfin, leur énergie totale a été mesurée dans un grand détecteur à scintillation calorimétrique à l’arrière de l’instrument.