Characterization and performance optimization of the focal plane of the Micro-channel X-ray Telescope on-board the space astronomy mission SVOM

Abstract

SVOM est une mission Franco-Chinoise prévue pour fin 2021, pour l'étude des sursauts gamma (GRBs). SVOM sera composée par un réseau de télescopes au sol, ainsi que d'un satellite. À bord de celui-ci, le Télescope X à Micro-canaux (MXT) étudiera l’émission rémanente des GRBs dans la bande 0.2-10 keV et localisera les sources avec une précision de 2 arcmin. Au plan focal d’optiques à œil de langouste, MXT montera un Charge Coupled Device en silicium complétement dépleté et basé sur jonctions pn (pnCCD), hérité de XMM-Newton et eROSITA. Dans ce travail, les premiers essais de laboratoire sur le détecteur de MXT sont présentés. Une attention particulière est portée à l'étalonnage spectral par des méthodes instrumentales et d'analyse permettant une caractérisation rapide et fiable du détecteur, au sol et en vol. L’évolution des performances est critique en raison de l'environnement radiatif sévère de l’orbite terrestre basse auquel le détecteur sera exposé. Ceci fait l’objet de simulations Monte Carlo approfondies, amenant aux prédictions des performances à la fin de la mission, ainsi que à la planification d’une campagne d’essais d’irradiation de protons dans un accélérateur de particules pour une validation expérimentale des prédictions.SVOM is a Chinese-French astronomy mission due to launch at the end of 2021 for the study of Gamma-Ray Bursts (GRBs). SVOM will be composed of a network of ground telescopes along with a satellite. On board, the Micro-channel X-ray Telescope (MXT) will study the afterglow emission of GRBs in the 0.2-10 keV range and provide source localization within a 2 arcmin precision. At the focal plane of lobster-eye optics, MXT will mount a back-illuminated fully-depleted frame-store Charge Coupled Device based on silicon pn-junctions (pnCCD), heritage of XMM-Newton and eROSITA. In this work, the first laboratory tests on the MXT detector are presented. Special attention is dedicated to energy calibration, in terms of algorithms and setups for fast and reliable characterization of the detector, both on ground and in orbit. The evolution of the performance is of critical concern because of the harsh radiation environment of the low Earth orbit to which the detector will be exposed. This is the object of extensive Monte Carlo simulations, leading to predictions of the end-of-life performances as well as the planning of a proton irradiation campaign at a particle accelerator for the experimental validation of the predictions