Un extraordinaire spectromètre est installé sur la station spatiale internationale

Le 16 Mai 2011 s’est élancée du Kennedy Space Center en Floride la navette Endeavour portant dans sa soute un énorme appareillage scientifique, fruit de la technique la plus élaborée.

Vue d’artiste du spectromètre AMS monté sur la station spatiale.Crédit NASA

Ce système AMS-02(acronyme en anglais de « Alpha magnetic spectrometer », spectromètre magnétique Alpha) est un détecteur de rayons cosmiques destiné à fonctionner comme un module amarré à l’extérieur de la Station spatiale internationale (en anglais International Space Station ou ISS). Cette situation exceptionnelle dans l’espace permettra d’étudier l’univers et son origine en traquant l’antimatière et la matière noire.

Les rayons cosmiques sont formés de noyaux atomiques et de particules subatomiques de grande énergie (c’est-à-dire avec des vitesses de l’ordre de celle de la lumière) qui circulent dans l’espace. Leur origine peut être notre soleil ou des étoiles ordinaires, des explosions de supernovae, des étoiles à neutrons, des trous noirs ou encore des sources inconnues.

En fait, il s’agit du détecteur de rayons cosmiques le plus sophistiqué jamais conçu. Il fallut 16 ans pour le construire et près de 600 chercheurs issus de 56 institutions appartenant à 16 pays y ont collaboré. Le détecteur a été assemblé sur le site français du CERN. C’est là que se fera le traitement des données recueillies par l’AMS.
Parmi les sources inconnues de rayons cosmiques auxquelles pensent les astrophysiciens, il peut y avoir la matière noire dont on suppose l’existence pour expliquer les mesures actuelles des masses des galaxies et des amas galactiques. Des amas de cette matière jamais encore observée pourraient émettre de temps en temps des nuages de particules cosmiques. Des physiciens soupçonnent par ailleurs notre planète d’être arrosée par des atomes d’antimatière venant de galaxies éloignées qui seraient constituées non de matière mais d’antimatière.

L’antimatière et la matière ont la même masse, mais une charge électrique opposée. À chaque particule élémentaire de matière correspond une antiparticule; par exemple, l’électron, de charge négative, a pour antiparticule le positron, de charge positive. Lorsqu’une particule et son antiparticule se rencontrent, elles s’annihilent en émettant des photons : le processus d’annihilation transforme leur masse en énergie. On a produit dans les accélérateurs de laboratoires comme le CERN des antiparticules, mais en obtenant toujours en  même temps les particules correspondantes. En théorie, le Big Bang, à l’origine de l’univers, a dû produire des quantités égales de matière et d’antimatière. L’antimatière manque donc dans notre univers.

Le spectromètre AMS peut, à la différence de tous ses prédécesseurs, déterminer toutes les propriétés d’une particule, sa masse, sa vitesse, sa charge électrique et même sa nature. Il peut, par exemple, distinguer l’antiparticule positron, de faible masse, du proton, particule ordinaire de forte masse et de même charge électrique.
L’AMS comporte pour cela plusieurs parties que doivent traverser les particules :

-Un énorme aimant permanent crée un champ de 0,14 Tesla, soit 20000 fois le champ magnétique terrestre, dans un volume d’environ 1 m3 ; il sert à dévier les particules d’un côté ou de l’autre du champ selon leur charge électrique.
-Un premier détecteur dit de transition de rayonnement mesure la vitesse de particules dont la vitesse est proche de celle de la lumière.
-Deux détecteurs de “Temps de Vol” mesurent charge et vitesse des particules les traversant.
-Un traceur de trajectoires de particules  en silicium mesure les coordonnées des particules dans le champ magnétique.
-Un compteur à effet Cerenkov mesure la vitesse et la charge des particules.
-Un calorimètre électromagnétique mesure l’énergie et les coordonnées des électrons, des positrons et aussi des rayons gamma, constitués de photons, particules neutres électriquement.

Ces avantages ont pour contrepartie le fait que l’AMS est un véritable monstre d’un poids de 7 tonnes. Mais il pourra être porté et alimenté sans problème par l’ISS.

La vidéo ci-dessous est un dessin animé qui montre l’arrimage de la navette à la station spatiale internationale et le montage en position de l’AMS à l’aide des bras articulés appelés Canadarms (parce qu’ils ont été conçus au Canada) qui sont montés sur la navette et la station spatiale :

On peut voir sur le site : http://ams.nasa.gov/videos.html
la vidéo (Time Lapse of AMS-02 Installation on ISS) qui présente l’arrimage réel de l’AMS sur la navette tel qu’il a été filmé à partir de l’ISS.

L’AMS fonctionne et enregistre déjà des données.

Une série de photos de l’ISS avec la navette Endeavour arrimée ont été prises par un astronaute à bord d’un vaisseau  Soyouz. on peut les consulter sur : http://www.nasa.gov/mission_pages/station/multimedia/e27depart.html

En savoir plus

AMS-02 sur le site de la NASA