Dark Matter Particle Explorer

DAMPE (acronyme de DArk Matter Particle Explorer c'est-à-dire explorateur de particules de matière noire) est un observatoire spatial chinois qui doit étudier les rayons gamma à haute énergie ainsi que les rayons cosmiques. Le satellite qui a été mis en orbite le 17 décembre 2015 a pour objectif principal la détection d'éventuelles signatures de la matière noire. Ses instruments lui permettent de couvrir un spectre très étendu dans le domaine des très hautes énergies. Sa résolution spectrale et angulaire est meilleure que celle de Fermi/GLAST qui constitue la référence dans le domaine de l'observation spatiale des rayons gamma.

DAMPE

Données générales
Organisation	CNSA (Chine)
Domaine	Observatoire gamma, rayons cosmiques
Statut	opérationnel
Lancement	17 décembre 2015
Lanceur	Longue Marche 2D
Durée	>3 ans
Identifiant COSPAR	2015-078A
Site	www.pmo.cas.cn/dampe

Caractéristiques techniques
Masse au lancement	1900 kg

Orbite héliosynchrone
Altitude	500 km
Inclinaison	97,4°

Télescope
Type	Calorimètre
Longueur d'onde	5 GeV - 10 TeV (rayons gamma)

Contexte

En 2011 dans le cadre de son 12^e plan quinquennal la Chine met en place le programme prioritaire stratégique des sciences spatiales (SPP) et confie au Centre national des sciences spatiales (NSSC), centre de recherche rattaché à l'Académie chinoise des sciences, la gestion et le développement de cinq missions scientifiques ambitieuses : les satellites DAMPE et HXMT dans le domaine de l'astrophysique, QUESS pour les télécommunications quantiques, ShiJian-10 qui embarque des expériences de biologie spatiale et KuaFu qui doit étudier l'influence du Soleil sur l'atmosphère terrestre[1].

Le projet DAMPE est développé par un consortium comprenant cinq instituts de recherche chinois et trois organismes d'autres pays :

Observatoire de la Montagne Pourpre de Nankin
Institut de physique des hautes énergies de Pékin
Centre national des sciences spatiales de Pékin
Université de science et de technologie de Chine à Hefei
Institut de physique moderne de Lanzhou
Université de Genève en Suisse
INFN de Pérouse en Italie
INFN de Bari en Italie.

Objectifs scientifiques

Les objectifs scientifiques de la mission DAMPE sont :

La recherche de la signature de la matière noire à travers l'analyse du rayonnement gamma et des rayons cosmiques
L'étude du spectre des rayons cosmiques et leur composition
L'astronomie dans le domaine du rayonnement gamma haute énergie.

Caractéristiques techniques

Le satellite DAMPE a une masse de 1 900 kg dont 1 300 kg pour la charge utile. Il est stabilisé 3 axes et comporte deux ensembles de panneaux solaires déployés en orbite et orientables fournissant 850 watts[2].

Caractéristiques de l'instrument

L'instrument DAMPE est constitué de quatre sous-ensembles superposés[3] :

Le système d'anticoïncidences PSD ( plastic scintillator detector) qui détecte les photons ainsi que la charge des rayons cosmiques à l'aide de scintillateurs plastiques couvrant une surface de 82 x 82 cm.
Le trajectographe STK (silicon tungsten tracker ) est constitué de bandes de couches silicium alternées avec des couches de tungstène. Cette partie de l'instrument détermine l'angle d'arrivée des particules. La précision attendue est de 0,2° à 10 GeV[4].
Le calorimètre BGO (Bismuth Germanium Oxide) qui mesure l'énergie des rayons gamma et des rayons cosmiques avec une grande précision. Il est constitué de 14 couches de cristaux d'oxyde de bismuth et de germanium.
Le détecteur de neutrons NUD (neutron detector) est constitué de scintillateurs plastiques dopés au bore dont l'objectif est d'améliorer la dissociation entre proton et électron.

DAMPE a des performances proches et parfois supérieures à celles de Fermi/GLAST le dernier observatoire spatial gamma placé en orbite. Il dispose de capacités uniques dans le domaine des rayons gamma à très haute énergie qui lui permettent de mesurer les rayons gamma ayant une énergie allant jusqu'à 10 000 GeV.

Comparaison des caractéristiques de DAMPE et de FERMI[5]
Caractéristique	DAMPE	Fermi : LAT	AMS-02
Spectre énergétique observé	5 à 10⁴ GeV	0,02 à 300 GeV	0,1 à 10³ GeV
Résolution spectrale	1,5 % à 100 GeV	10 % à 100 GeV	3 % à 100 GeV
Résolution angulaire	0,1° à 100 GeV	0,1° à 100 GeV	0,3° à 100 GeV
Discrimination électron/proton	10⁵	10³	10⁵ à 10⁶
Epaisseur du calorimètre (X₀)	31	8,6	31
Taille du champ observé	0,28 m².stéradian	1 m².stéradian	0,09 m².stéradian

Déroulement de la mission

DAMPE est lancé le 17 décembre 2015 par une fusée Longue Marche 2D depuis la base de lancement de Jiuquan et placé sur une orbite héliosynchrone à 500 km d'altitude. La durée de la mission est d'au moins 3 ans[6]. Après une période de 3 mois consacrée aux tests et à l'étalonnage des instruments, DAMPE est déclaré opérationnel le 18 mars 2016. À cette date, depuis la première réception des données le 20 décembre 2015, le satellite a transmis au sol 2,4 terra-bits de données brutes. Plus de 460 millions de particules à haute énergie ont été détectées en 92 jours de vol. Les scientifiques chinois disent avoir obtenu des éléments encourageants, et certains résultats seront rendus public d'ici fin 2016[7].

Nom

En chinois, le satellite est nommé 暗物质粒子探测卫星 (Ànwùzhí lìzǐ tàncè wèixīng), ce qui signifie littéralement « Satellite d'exploration des particules de matière noire ». Le nom en anglais, Dark Matter Particle Explorer (en abrégé DAMPE), signifie littéralement « Explorateur des particules de matière noire ». Le satellite est surnommé Wukong (en chinois 悟空, Wùkōng), d'après le Roi des Singes, le héros du roman chinois La Pérégrination vers l'Ouest. Littéralement, wu (悟) signifie « compréhension » et kong（空）« vide », donc ce nom peut se traduction par « compréhension du vide », ce qui fait le lien avec la matière noire recherchée[8].

Notes et références

(en) « Missions>CAS Strategic Priority Program », sur NSCC (consulté le 1^er janvier 2016)
(en) Patrick Blau, « Dark Matter Particle Explorer (DAMPE) », sur spaceflight101.com (consulté le 6 avril 2016)
(en) Université de Genève, « Dark Matter Particle Explorer » (consulté le 7 octobre 2015)
(en) Université de Genève, « STK » (consulté le 7 octobre 2015)
(en) Xin Wu, « DAMPE: DArk Matter Particle Explorer », Université de Genève, août 2013, p. 8
(en) Patrick Blau, « China’s Dark Matter Particle Explorer blasts off for Break-Through Studies in High-Energy Physics », sur spaceflight101.com, 17 décembre 2015
(zh) « 我首颗暗物质卫星在 », sur http://www.nsfc.gov.cn/,‎ 18 mars 2016 (consulté le 20 mars 2016).
(en) Xinhua, « China's new Monkey King set for journey into space », 16 décembre 2015 (consulté le 19 décembre 2015)

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes

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[SPP-1] (en) « Missions>CAS Strategic Priority Program », sur NSCC (consulté le 1^er janvier 2016)

[spaceflight101car-2] (en) Patrick Blau, « Dark Matter Particle Explorer (DAMPE) », sur spaceflight101.com (consulté le 6 avril 2016)

[3] (en) Université de Genève, « Dark Matter Particle Explorer » (consulté le 7 octobre 2015)

[4] (en) Université de Genève, « STK » (consulté le 7 octobre 2015)

[5] (en) Xin Wu, « DAMPE: DArk Matter Particle Explorer », Université de Genève, août 2013, p. 8

[6] (en) Patrick Blau, « China’s Dark Matter Particle Explorer blasts off for Break-Through Studies in High-Energy Physics », sur spaceflight101.com, 17 décembre 2015

[7] (zh) « 我首颗暗物质卫星在 », sur http://www.nsfc.gov.cn/,‎ 18 mars 2016 (consulté le 20 mars 2016).

[8] (en) Xinhua, « China's new Monkey King set for journey into space », 16 décembre 2015 (consulté le 19 décembre 2015)