Expérience Hess

Une expérience d’astronomie gamma dans le désert de Namibie

L’expérience H.E.S.S. est constituée de quatre télescopes atmosphériques à effet Cherenkov possédant chacun un miroir d’environ 12 mètres de diamètre, correspondant à un peu plus de 100 m2 de surface réfléchissante, placés aux quatre coins d’un carré de 120 mètres de côté. Ces télescopes opèrent entre environ 100 GeV et quelques dizaines de TeV (millier de GeV) d’énergie des gamma primaires. Au centre, un cinquième télescope équipé d’un miroir six fois plus grand en surface est sensible aux rayonnements de plus basse énergie, aux alentours de 20 GeV.

Le site de l’expérience H.E.S.S. se trouve dans l’hémisphère sud, en Namibie, dans le district de Khomas à proximité du plateau du Gamsberg, à environ 150 kilomètres à l’ouest de la capitale Windhoek. Le site est à 1 800 mètres d’altitude, et il a été choisi parmi d’autres sites de l’hémisphère Austral pour la qualité de son climat (humidité, température, vent …) et pour son accessibilité. Il a donné lieu par ailleurs à de nombreuses campagnes de suivis météorologiques depuis 1973.

Les télescopes sont des montures longitude-azimut actionnées par deux servomoteurs pour permettre de viser toutes les directions du ciel. Ils ont été conçus pour optimiser la stabilité et la rigidité des montures et du miroir. La vitesse maximale de rotation autour d’un axe est de 100°/mn (degrés par minute) pour les télescopes de petite taille et 200°/mn pour le grand télescope ce qui permet de repositionner les télescopes dans n’importe quelle direction du ciel en moins de 3 minutes et 1 minute respectivement, limitant ainsi le temps perdu entre deux suivis de source. L’ensemble de la structure, construite en acier, incluant la caméra, le miroir et les moteurs représente un poids total de 60 tonnes pour une hauteur totale de 28 mètres pour chacun des petits télescopes et 580 tonnes pour 60 mètres de hauteur pour le grand.

Les caméras sont construites dans une structure en aluminium, de forme approximativement octogonale, circonscrite dans un cylindre de deux mètres de long pour un mètre soixante de diamètre. Elles sont fixées aux extrémités des bras des télescopes, dans le plan focal situé à quinze mètres au-dessus du réflecteur.

Cette mécanique peut être décomposée en deux parties : la partie avant de la caméra comprend soixante modules d’électronique nommés “tiroirs”. Ceux-ci contiennent l’électronique de lecture et une partie du contrôle de la configuration et du déclenchement de la caméra. Ils sont placés dans une structure alvéolaire en nid d’abeille. Chaque tiroir contient, dans sa partie avant, seize photomultiplicateurs, ce qui fait que la partie sensible de l’ensemble de la caméra est constituée de 960 photo-détecteurs pour petits télescopes et 2048 photo-détecteurs pour le grand. A l’avant des tiroirs, devant les photomultiplicateurs, des guides de lumière constitués de cônes de Winston ont été installés pour concentrer le signal vers les parties sensibles des photomultiplicateurs. Dans la partie arrière, le corps de la caméra abrite les deux baies contenant l’électronique d’acquisition, les alimentations en basse tension pour l’ensemble de l’électronique et des photomultiplicateurs ainsi que les interfaces avec le réseau.

Les expériences actuelles comme H.E.S.S. mais aussi MAGIC ou VERITAS seront prolongées par des expériences encore plus ambitieuses. L’observatoire CTA est ainsi le projet de prochaine génération pour l’astronomie gamma au sol, et fédère plus de 1300 chercheurs et techniciens de plus de 200 laboratoires à travers 32 pays différents, regroupant notamment des membres des expériences actuelles.

Pascal Vincent