Recherche de sursauts gamma avec le télescope spatial SVOM/MXT : développement et caractérisation du logiciel scientifique embarqué

Search for gamma-ray bursts with SVOM/MXT space telescope : Development and characterization of the onboard scientific software

• Auteur / Autrice : Shaymaa Hussein
• Direction : Florent Robinet, Nicolas Leroy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astroparticules et cosmologie
• Date : Soutenance le 03/10/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulat
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des deux infinis Irène Joliot-Curie (2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Sophie Henrot-Versillé
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Paul O'Brien, Jean Luc Atteia, Adam Goldstein
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Paul O'Brien, Jean Luc Atteia

Mots clés

Mots clés contrôlés

Télescopes spatiaux

Astronomie des rayons X

Sursauts gamma

Mots clés libres

Sursauts gamma (GRB)

SVOM

Astronomie X

MXT

Localisation en temps-réel

Instrumentation spatiale

Gamma Ray Bursts (GRBs)

SVOM

X-ray astronomy

MXT

Real-time localization

Space-instrumentation

Résumé

Les sursauts gamma (GRB) sont des sursauts lumineux, puissants et courts de rayons gamma suivis d'une rémanence moins lumineuse des rayons gamma jusqu'aux énergies radio. Leur extrême luminosité, qui les rend visibles dans tout l'Univers, en fait des outils précieux pour sonder l'aube de l'Univers. Dans ce contexte, SVOM, qui est une mission sino-française, vise à détecter et caractériser les GRBs à partir de fin 2023. A bord, le télescope MXT est conçu pour détecter la rémanence des rayons X mous et les localiser avec une précision inférieure à 2 arcmin en quelques minutes. Le MXT est composé d'une optique basée sur le principe des "yeux de homard" pour focaliser les photons X, d'une caméra basée sur un pnCCD pour détecter les photons X, et d'une unité de traitement de données qui gère le traitement scientifique en temps réel. Au cours de cette thèse, les algorithmes scientifiques embarqués ont été développés, testés et caractérisés. Les algorithmes scientifiques étudiés dans cette thèse sont de trois types. Tout d'abord, j'ai développé un traitement d'image pour caractériser le niveau de bruit dans le détecteur et identifier les photons au-dessus du niveau de bruit. Deuxièmement, j'ai conçu l'algorithme de localisation pour localiser le GRB mieux que 2 minutes d'arc en quelques minutes d'observation. Enfin, j'ai mis en place le calcul du rapport signal sur bruit de la source en temps réel. De plus, une simulation a été construite pour étudier les performances scientifiques du MXT dans l'observation et la localisation de vrais GRBs. MXT localise environ 80% de GRBs mieux que 2 minutes d'arc après 10 minutes d'observation. Le MXT est capable de caractériser les propriétés temporelles et spectrales de la rémanence des rayons X. Le modèle de vol du MXT a été minutieusement testé lors d'essais sur rayons X en Allemagne. Ces tests a Panter ont montré que l'algorithme scientifique embarqué peut fonctionner de manière fiable et sur le long terme.

The Gamma-ray Bursts (GRBs) are luminous, powerful, and short flashes of gamma rays followed by a less luminous afterglows from gamma-ray up to radio energies. Their extreme luminosity, which makes them visible across the entire Universe, makes them valuable tools to probe the dawn of the Universe. In this context, SVOM, which is a Sino-French mission, aims at detecting and characterizing GRBs starting at the end of 2023. Onboard, The MXT telescope is designed to detect the soft X-ray afterglows and localize them with a precision below 2 arcmin within a few minutes. The MXT is composed of optics based on the "lobster eyes" principle to focus the X-ray photons, a camera based on a pnCCD to detect the X-ray photons, and a data processing unit that manages the scientific processing in real-time. During this thesis, I developed, tested, and characterized the onboard scientific algorithms. The scientific algorithms studied in this thesis are divided into three parts. First, I designed the image analysis to characterize the noise level in the detector and identify the photon signal above the noise level. Second, I developed the algorithm to localize the GRBs better than 2 arcmin in a few minutes of observation. Finally, I implemented a method to compute the source signal-to-noise ratio in real-time. Furthermore, a simulation has been built to study the scientific performance of the MXT in observing and localizing real GRBs. The MXT localizes about 80% of the GRBs better than 2 arcmin after 10 minutes of observation. The MXT is able to characterize the temporal and spectral properties of the X-ray afterglow. The flight model of the MXT has been thoroughly tested in the Panter X-ray test facility in Germany. The Panter test results have shown that the onboard scientific algorithm can be operated reliably and in a long run.