Le plus grand observatoire de rayons gamma au monde franchit une étape majeure : le 7 janvier 2025, la Commission européenne a accordé au Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO) le statut de Consortium pour une infrastructure européenne de recherche (ERIC). Cette reconnaissance marque un tournant décisif pour le CTAO, un projet dans lequel IJCLab joue un rôle central depuis 2016. Credit photo : Gabriel Pérez Díaz, IAC
Une révolution dans l'observation de l'univers à haute énergie
Le CTAO représente une avancée monumentale dans l'étude des phénomènes les plus énergétiques de l'univers. Ce projet international d'envergure, qui réunit plus de 150 laboratoires issus d'une trentaine de pays, établira deux sites d'observation complémentaires : l'un aux îles Canaries en Espagne et l'autre dans le désert d'Atacama au Chili. Ensemble, ces sites accueilleront plus de 60 télescopes de dernière génération.
Vue d’artiste du futur site complet de l’hémisphère nord du CTAO à l’Observatorio del Roque de los Muchachos de l’IAC (Instituto de Astrofísica de Canarias) installé à La Palma - Crédit : Gabriel Pérez Díaz / IAC.
Le site nord a déjà commencé ses observations avec le tout premier télescope, ouvrant la voie à de nouvelles découvertes. Quatre autres télescopes sur le site nord et sept sur le site sud suivront en 2026, permettant au CTAO de devenir l'observatoire le plus sensible au monde pour l'étude des rayons gamma. Cette infrastructure unique permettra d'explorer des questions fondamentales de la physique moderne : l'origine des rayons cosmiques, le comportement de la matière autour des trous noirs et la nature énigmatique de la matière noire.
Les rayons gamma : une fenêtre sur l'extrême
Les rayons gamma sont les photons les plus énergétiques connus dans l'univers. Des dizaines de milliards de fois plus énergétiques que la lumière visible, ils nous permettent d'observer les phénomènes les plus spectaculaires de l'univers, comme les explosions d'étoiles ou les environs des trous noirs. Leur étude est essentielle pour comprendre les mécanismes qui régissent notre univers à très haute énergie.
Une expertise intégrée au service d'une science de pointe
Depuis 2016, IJCLab s'illustre dans le projet CTAO grâce à une approche qui intègre étroitement recherche fondamentale et développement technologique.
Cette synergie s'incarne particulièrement dans la réalisation de NectarCAM, une caméra sophistiquée destinée aux télescopes de moyenne taille (MST). Ses 1855 pixels requièrent une calibration d'une précision exceptionnelle pour reconstruire fidèlement l'énergie des rayons gamma, un défi relevé grâce à la collaboration étroite entre chercheurs, ingénieurs et techniciens.
NectarCAM, installée sur le prototype MST, est équipée ici de 427 tubes photomultiplicateurs permettant la détection de photons - Crédit : Markus Garczarczyk / DESY.
L'équipe de recherche d'IJCLab, sous la direction de Jonathan Biteau et Tiina Suomijärvi, étudie le fond diffus extragalactique et l'origine des rayons cosmiques, des particules dont l'énergie dépasse de plusieurs milliards de fois celle des protons du LHC.
Le développement de NectarCAM repose sur une synergie renforcée entre chercheurs et équipes techniques :
Les aspects mécaniques sont assurés par Kevin Pressard et Michael Josselin, qui conçoivent les interfaces d'installation et les systèmes de calibration de cette caméra de plus de 2 tonnes. La réalisation est effectuée avec précision par l'équipe de l'atelier : Bernard Mathon, Brice Geoffroy et Sébastien Olmo.
Membres d’IJCLab travaillant sur CTAO devant la structure mécanique de NectarCAM. De gauche à droite : Cédric Esnault, Daniel Charlet, Quentin Luce, Kevin Pressard, Jonathan Biteau, Michael Josselin, Sébastien Olmo (arrière plan) ; Deepanshi Singh, Tiina Suomijärvi, Giulia Hull, Federica Bradascio (avant plan) ; Hossam Boutalha, Thi Nguyen Trung, Bernard Mathon, Brice Geoffroy (plan intermédiaire) - Crédit : Dominique Longieras / IJCLab.
La calibration en photons uniques et la validation de l'instrument sont menées par Giulia Hull, avec l'appui de Miktat Imre, Carlos Domingues-Goncalves, Thi Nguyen Trung et Hossam Boutalha.
Miktat Imre et Carlos Domingues-Goncalves avec la maquette NectarCAM exposée à IJCLab. Crédit : Dominique Longieras / IJCLab.
Les applications scientifiques se développent dans plusieurs directions : Federica Bradascio dirige les recherches en astrophysique des hautes énergies, Coline Dubos étudie les restes de supernova, et Anastasiia Mikhno analyse les noyaux actifs de galaxie. Les avancées en interférométrie d'intensité par Quentin Luce bénéficient de l'expertise en électronique et informatique de l'équipe de Daniel Charlet, Cédric Esnault et Monique Taurigna.
Le volet astronomie multi-messager, porté par Julian Hamo et Julien Peloton, permettra au CTAO de réagir en temps réel aux alertes d'autres observatoires.
NectarCAM installée par l’équipe sur le prototype MST à Berlin-Adlershof - Credit: Markus Garczarczyk / DESY.
Des perspectives prometteuses
L'excellence de l'équipe IJCLab lui a valu des responsabilités croissantes au sein du consortium CTAO. Après avoir dirigé le groupe extragalactique (2018-2019) et organisé la réunion de printemps du consortium en 2018, l'équipe est en passe de piloter le groupe d'interférométrie d'intensité, développant des techniques innovantes pour mesurer le diamètre des étoiles avec une résolution inégalée.
Actuellement, trois axes de recherche majeurs sont poursuivis :
L'origine des rayons cosmiques
Les chercheurs étudient les sources galactiques (TeV-PeV), notamment les restes de supernovae et les amas stellaires, ainsi que les sources extragalactiques (>EeV) de rayons cosmiques, en particulier les sursauts gamma. Ces travaux visent à élucider l'énigme centenaire de la provenance des rayons cosmiques.
La cosmologie gamma
L'équipe analyse l'émission gamma (GeV-TeV) des sources lointaines, détectées jusqu'à z~1, soit la moitié de l'âge de l’univers. L'observation des sursauts gamma et des noyaux actifs de galaxie à de telles distances permet d'étudier les mécanismes astrophysiques, de mesurer l'absorption par les fonds diffus extragalactiques et d'explorer la physique au-delà du Modèle Standard.
L'astronomie multi-messager
En collaboration avec le gestionnaire d'alertes Fink, développé à IJCLab, le groupe optimise la détection rapide (<1 minute) d'événements cosmiques majeurs par le CTAO, notamment les sursauts gamma et les éruptions de noyaux actifs de galaxie.
Chiffres clés
- 9 caméras NectarCAM en cours de production
- 1855 pixels calibrés par caméra NectarCAM
- Plus de 20 experts d’IJCLab mobilisés
- 3 thèses en cours explorant les frontières de la physique
- Observations jusqu'à 10 milliards d'années-lumière de la Terre
Le nouveau statut ERIC du CTAO ouvre des perspectives enthousiasmantes pour ces recherches, garantissant la stabilité du financement et facilitant le partage international des données scientifiques.
En savoir plus
- Article CNRS
- Cherenkov Telescope Array Observatory
- Communiqué de presse du CTAO
- Poster explicatif du CTAO (PDF)
Contact
Pour plus d'informations sur le projet CTAO à IJCLab et les demandes médias : communication@ijclab.in2p3.fr