Mission

Objectifs Scientifiques

La mission SVOM a pour objectif principal la détection et l'étude des sursauts gamma. Ces explosions stellaires puissantes sont attribuées aussi bien à l'explosion d'étoiles massives (plus de 20 fois la masse du soleil) qu'à la fusion d'objets compacts comme les étoiles à neutrons ou les trous noirs. Ces événements extrêmes conduisent à la naissance d'un trou noir, qui grossit rapidement en avalant en quelques secondes la matière dans son entourage immédiat. Cette accrétion s'accompagne de l'éjection de jets relativistes qui, lorsqu'ils sont dirigés vers la terre, conduisent à l'observation d'un sursaut gamma. Les chocs violents qui se produisent au sein des jets produisent des flots de rayons X et gamma, tandis que le choc des jets sur le milieu environnant déclenche une émission rémanente ('afterglow') en rayons X, visible, et ondes radio. Pendant quelques secondes, la luminosité d'un sursaut gamma dans le domaine visible peut atteindre un million de fois celle des supernovae les plus brillantes.

En garantissant l'observation multi longueurs d'onde d'environ 80 sursauts gamma de tous types par an, la mission sino-française SVOM apportera une contribution unique aux deux axes de recherche les plus féconds ayant émergé des avancées récentes : l'utilisation des sursauts en cosmologie et la compréhension du phénomène.

L'observation dans le domaine des rayons X et gamma est naturellement indispensable puisqu'elle est la seule méthode pour découvrir les sursauts gamma. Elle ne permet toutefois l'observation que d'une partie du phénomène, l'émission prompte, qui est la seule source d'émission dans ce domaine spectral.

Afin d'accéder aux autres informations indispensables à la compréhension et à l'utilisation des sursauts, il est nécessaire d'étendre la couverture spectrale en accédant notamment au domaine optique et proche infrarouge. Les sursauts offrent en effet la particularité d'émettre dans ce domaine spectral tout au long de leur processus, ce qui permet d'accéder à des informations indispensables et inaccessibles par ailleurs, comme par exemple la distance ou l'environnement du sursaut.

Les objectifs scientifiques de la mission SVOM peuvent ainsi être résumés :

Objectifs pour la cosmologie

• Tracer directement la formation d'étoiles au sein des galaxies les plus lointaines dans la mesure où les sursauts gamma marquent la fin de l'évolution d'étoiles massives.
• Étudier la première génération d'étoiles (étoiles de population III) supposée avoir formé des étoiles particulièrement massives, potentiellement aptes à générer des sursauts gamma au terme de leur rapide évolution.
• Permettre l'étude de tous les milieux en avant plan, y compris ceux de la galaxie hôte, afin de tracer l'histoire de la ré-ionisation de l'univers et de son enrichissement en métaux.

Objectifs pour la physique fondammentale

• Tester certains aspects de physique fondamentale en apportant de nouvelles contraintes sur une possible violation de l'invariance de Lorentz.

Objectifs pour l'astrophysique des hautes énergies

• Explorer différentes populations de sursauts gamma (comme par exemple les sursauts "sombres" et les X-ray flashes).
• Dévoiler la nature des sursauts courts.
• Étudier la nature de l'émission prompte.
• Étudier les relations entre l'émission prompte et l'émission rémanente
• Étudier les relations entre sursauts gamma et explosions de supernova.
• Explorer le moteur central des sursauts gamma, en particulier par le truchement d'un éventuel précurseur.
• Étudier la physique des éjections relativistes qui sont aussi à l'œuvre dans de nombreux sites astrophysiques tels que les noyaux actifs de galaxie ou les microquasars.
• Déterminer la nature des étoiles à l'origine des sursauts gamma, condition pour une utilisation judicieuse des sursauts gamma en cosmologie.

Exigences de Mission

Pour atteindre les objectifs scientifiques de la mission SVOM, la stratégie de mesure envisagée combine au mieux les moyens d'observations spatiaux et les moyens sol associés :

Tâches dévolues aux moyens embarqués :

• détecter et localiser les sursauts gamma, et transmettre rapidement cette information au sol, ce qui implique une instrumentation à grand champ opérant dans la bande des rayons X durs et des rayons gamma de basse énergie,
• observer l'émission prompte des sursauts dans la bande des hautes énergies, ce qui implique une instrumentation à grand champ couvrant la gamme spectrale la plus large des rayons X mous (~1 keV) aux rayons gamma de basse énergie (quelques MeV),
• et observer l'émission rémanente précoce dans le visible et le proche infrarouge, ce qui implique une instrumentation à petit champ.

Tâches dévolues aux moyens sol :

• mesurer avec précision les coordonnées célestes du sursaut,
• mesurer l'évolution photométrique de l'émission rémanente dans plusieurs bandes spectrales (du visible au proche infrarouge),
• et fournir une estimation photométrique de son décalage vers le rouge.

• Durée de la mission : minimum 3 ans, extension possible de 2 ans
• Altitude d'orbite : proche de 600 km, inclinée à 30 °