Évaluation des performances du télescope à rayons X haute énergie

Le télescope à rayons X haute énergie (HE) est un élément important de la mission Insight-HXMT, qui est le premier satellite d'astronomie à rayons X de la Chine. Lancé le 15 juin 2017, l'Insight-HXMT transporte trois instruments principaux, et HE est le plus gros d'entre eux. Ce télescope est conçu pour observer les rayons X haute énergie et les rayons gamma, qui sont essentiels pour étudier divers objets et événements astronomiques.

Le HE se compose de dix-huit détecteurs fabriqués à partir de deux types de matériaux : NaI(Tl) et CsI(Na). Les détecteurs NaI(Tl) couvrent la plage d'énergie de 20 à 250 keV, tandis que les détecteurs CsI(Na) sont utilisés à la fois pour protéger les NaI(Tl) du bruit de fond et pour surveiller les sursauts gamma sur une plage plus large de 0,2 à 3 MeV.

#But de cette revue

Cet article résume les performances de HE durant ses cinq premières années en orbite. En analysant les données collectées lors de diverses observations, nous visons à évaluer le bon fonctionnement du télescope et à s'assurer qu'il reste en bon état pour un usage futur.

#Méthodes d'évaluation

Dans cette évaluation, nous nous concentrons sur plusieurs aspects clés :

1. Gain et Résolution énergétique : Nous regardons combien les détecteurs convertissent efficacement les rayons X entrants en signaux mesurables.
2. Discriminateur de forme d'impulsion (PSD) : Cette technologie aide à distinguer les signaux des détecteurs NaI(Tl) et CsI(Na).
3. Mesure du temps mort : C'est le temps pendant lequel les détecteurs ne peuvent pas enregistrer de nouvelles données parce qu'ils traitent les signaux précédents.

Pour rassembler des données, nous avons principalement utilisé des images de ciels vides et des observations lorsque le télescope n'était pas pointé directement vers une source astronomique.

#Résultats

#Performance générale

Depuis son lancement, le HE a montré des performances stables. Les détecteurs NaI(Tl) ont maintenu une constance, sans changements significatifs dans leur fonctionnement. Cependant, les détecteurs CsI(Na) ont connu une augmentation progressive de leur gain, ce qui veut dire que leur sensibilité aux signaux entrants s'est améliorée. Cette augmentation nécessite des calibrations régulières pour garantir des mesures précises.

#Calibration et stabilité

La calibration est cruciale pour le bon fonctionnement du HE. Les détecteurs NaI(Tl) maintiennent des performances stables grâce à un système automatique de contrôle de gain, qui aide à ajuster leur sensibilité au fil du temps. En revanche, les détecteurs CsI(Na) ont montré plus de fluctuations, nécessitant des vérifications de calibration mensuelles pour bien fonctionner.

#Résolution énergétique

La résolution énergétique fait référence à la capacité des détecteurs à distinguer entre différents niveaux d'énergie des rayons X entrants. Pour les détecteurs NaI(Tl), nous avons observé qu'ils fonctionnent bien en termes de résolution énergétique. Leur capacité à identifier et mesurer les photons dans la plage de 59,5 keV s'est améliorée avec le temps.

En surveillant attentivement et en utilisant certaines sources radioactives, nous avons pu suivre les changements de performance. Au fil du temps, nous avons constaté que les résolutions énergétiques des détecteurs NaI(Tl) et CsI(Na) se sont améliorées, indiquant que les détecteurs deviennent meilleurs pour discerner différents niveaux d'énergie.

#Analyse du temps mort

Le temps mort est un facteur critique à prendre en compte lorsque le télescope observe des sources brillantes. Il fait référence à la période pendant laquelle un détecteur ne peut pas recevoir de nouvelles informations parce qu'il est occupé à traiter les données déjà rassemblées. Nous avons constaté que le temps mort pour les détecteurs NaI(Tl) reste constant à environ 8 microsecondes durant les cinq premières années.

En utilisant diverses données de fond, nous avons examiné comment le temps mort a changé au fil du temps. L'analyse a montré que la proportion de temps mort reste à un niveau bas, autour de 2 % à 6 %. Ce faible temps mort veut dire que le HE peut observer efficacement des sources brillantes sans perdre de données significatives.

#Performance du discriminateur de forme d'impulsion

Le discriminateur de forme d'impulsion est essentiel pour distinguer les signaux des détecteurs NaI(Tl) et CsI(Na). La performance de ces discriminateurs a été remarquable durant ces cinq années. Leur capacité à différencier les deux types de signaux est restée stable, ce qui est crucial pour l'exactitude des données collectées.

Pour évaluer cet aspect, nous avons analysé les spectres de largeur d'impulsion collectés durant les observations. Les centroids et largeurs des pics dans ces spectres indiquaient que les PSDS ont maintenu une haute qualité tout au long de leur fonctionnement. Leurs figures de mérite, qui mesurent la capacité discriminatoire, ont montré une amélioration progressive.

#Résumé des résultats

En résumé, le télescope à rayons X haute énergie a montré une performance efficace et stable depuis son lancement. Les détecteurs NaI(Tl) ont maintenu un niveau d'opération constant, tandis que les détecteurs CsI(Na) ont nécessité une calibration plus fréquente en raison de leur gain variable. Les deux types de détecteurs ont montré des améliorations dans leur résolution énergétique, permettant de meilleures mesures des signaux entrants.

De plus, le temps mort des détecteurs NaI(Tl) est resté stable. Cette constance est vitale pour garantir que le HE puisse continuer à observer efficacement des sources astronomiques brillantes. Les discriminateurs de forme d'impulsion ont bien fonctionné et ont aidé à trier avec précision les signaux des deux types de détecteurs.

#Conclusion

Le télescope à rayons X haute énergie a été excellent, fournissant des données scientifiques précieuses. Tant qu'il continue de fonctionner, on s'attend à ce qu'il reste en bonne santé et calibré. Cette capacité d'observation continue sera cruciale alors que HE joue un rôle clé dans l'astronomie multi-messager, qui consiste à étudier les événements astronomiques sous plusieurs perspectives.

Le succès du HE démontre l'importance de la surveillance continue et de la calibration pour maintenir l'exactitude et la fiabilité des instruments astronomiques dans l'espace. Avec sa performance stable, le HE est bien positionné pour contribuer à de futures découvertes et avancées dans notre compréhension de l'univers.