À l’extérieur du bureau de Hiroya Yamaguchi se trouve un tableau noir rempli d’étoiles explosives, de diagrammes de vaisseaux spatiaux et de lignes spectrales. Les imprimés A4 masquent presque tout l’espace libre, à l’exception d’un petit coin où il griffonne occasionnellement à la craie blanche. En ce moment, Yamaguchi, professeur agrégé à l’Institut japonais d’astronautique et d’astronautique, se tient devant ce tableau, face à moi.
Il me donne un cours intensif sur la mission d’imagerie à rayons X et de spectroscopie, ou XRISM, un partenariat entre la NASA, l’Agence japonaise d’exploration aérospatiale (JAXA) et l’Agence spatiale européenne (ESA). La première chose que j’ai apprise, c’est que je prononçais tout le temps un mauvais nom du télescope. Heureusement, je répétais surtout la phrase incorrecte « ex-riz-um » dans ma tête. Il se prononce en fait « criz-um ».
La seconde est que ce télescope spatial a été lancé le 6 septembre 2023 et qu’il porte le poids le plus lourd de tous : l’anticipation.
à propos de: La JAXA et la NASA révèlent les premières images du télescope spatial à rayons X XRISM
Les deux précédents télescopes à rayons X de l’Agence japonaise d’exploration aérospatiale, Suzaku et Hitomi, ont rencontré des problèmes après leur lancement. Le spectrographe de Suzaku a mal fonctionné après le lancement, mais il a pu mener à bien une mission d’imagerie d’une décennie. L’état d’Hitomi était désastreux : après avoir pris sa première image optique, le vaisseau spatial est entré dans une rotation incontrôlée et s’est séparé. XRISM a donné de bons résultats jusqu’à présent, dit Yamaguchi, et a déjà fourni aux scientifiques une multitude de données depuis les premières lueurs du jour en janvier, y compris des découvertes que personne ne s’attendait à trouver.
« Il y a beaucoup de surprises », rit Yamaguchi en jetant un coup d’œil aux différentes impressions collées au tableau.
Il y a cependant un petit problème.
Tout d’abord, la bonne nouvelle : l’instrument principal du télescope, un spectromètre à rayons X mous connu sous le nom de Resolve, fonctionne comme prévu. Une nouvelle un peu pire : la porte de la fente recouvrant Resolve ne s’est pas ouverte. Plusieurs tentatives d’ouverture de la porte – ou « vanne » – ont échoué. Malgré les informations selon lesquelles l’Agence japonaise d’exploration aérospatiale (JAXA) et la NASA auraient Il a été décidé de « faire fonctionner le vaisseau spatial tel quel pendant au moins 18 mois ».« Cela n’a pas été officiellement décidé », m’a dit Yamaguchi.
Un porte-parole de la NASA a confirmé : « La NASA et la JAXA continuent de discuter de la meilleure voie à suivre pour exploiter XRISM ; la principale option actuelle est de collecter des données scientifiques au cours des 18 prochains mois avant de tenter à nouveau d’ouvrir la vanne, mais les agences le feront. ne fais pas ça. » Continuez à évaluer les alternatives.
Alors que la porte se ferme, un curieux « et si ? » La situation se présente pour les spécialistes de mission et les astronomes des rayons X. D’une part, le vaisseau spatial fonctionne très bien et montre sa capacité à fournir une grande quantité de données nouvelles et passionnantes. Essayer d’ouvrir la porte pourrait endommager le vaisseau spatial. D’un autre côté, ouvrir la porte pourrait changer radicalement notre compréhension de l’univers.
Résoudre pour x’
Les rayons X permettent d’explorer certains des phénomènes les plus énergétiques de l’univers, mais comme l’atmosphère terrestre bloque les rayons X, les télescopes spatiaux sont indispensables.
«Nous dévoilons la structure de l’univers», me dit Aurora Simionescu, astrophysicienne à l’Institut néerlandais de recherche spatiale. « C’est ce que font les rayons X. »
Il existe actuellement plus d’une douzaine de télescopes à rayons X dans l’espace, dont l’observatoire Chandra de la NASA, l’un des observatoires dits majeurs, et peut-être le plus célèbre pour Des vues incroyables J’ai découvert l’univers des rayons X. Grâce à sa capacité à visualiser les spectres de rayons X les plus détaillés à ce jour, XRISM espère créer un héritage similaire. Cependant, Yamaguchi souligne que même si Chandra et XRISM observent la même partie du spectre électromagnétique, ils sont censés le faire de différentes manières. Cela dépend du matériel embarqué.
La solution est ce qu’on appelle un microspectromètre. Le détecteur convertit les rayons X en chaleur, mesurant d’infimes changements de température – nous parlons de changements en millikelvin – pour déterminer le nombre et l’énergie des rayons X observés provenant d’une région particulière de l’espace. L’énergie est mesurée en électronvolts (eV).
Par conséquent, l’appareil doit être refroidi à seulement quelques degrés au-dessus du zéro absolu. C’est encore plus froid que le rayonnement de fond cosmique des micro-ondes, qui est le rayonnement laissé depuis le début des temps. Ce rayonnement est répandu dans tout notre univers, même maintenant Caché aux yeux des humains À cause du froid absolu. « En gros, vous êtes environ 30 fois plus froid que la partie la plus froide de l’espace », explique Simionescu. L’effet de refroidissement extrême est obtenu par des moyens chimiques et mécaniques.
Chandra utilise un style différent de détecteur de rayons X, doté d’un ensemble de dispositifs à couplage de charge, ou CCD. Cela convertit les photons de rayons X en électrons plutôt qu’en chaleur.
La mesure de l’énergie est particulièrement utile, car vous pouvez tracer le nombre de rayons X frappant votre télescope par rapport à leur niveau d’énergie, créant ainsi ce que les chercheurs appellent un « spectre ». La solution XRISM présente un avantage dans ce cas. Il est capable de mesurer des énergies environ 20 à 30 fois supérieures à Chandra, et avec une plus grande précision. « Cela permet à XRISM d’étudier plus en détail la physique atomique et la structure des vitesses des sources de rayons X », explique Patrick Slane, directeur du Chandra X-ray Center.
Cependant, Chandra a ses propres avantages. Slane affirme qu’il est également composé de miroirs à rayons X de la plus haute qualité jamais vue, ce qui signifie que sa qualité d’imagerie dépasse de loin celle de XRISM. La clé ici est que les miroirs donnent à Chandra une résolution angulaire de 0,5 seconde d’arc, permettant à Chandra de distinguer les objets proches les uns des autres dans le ciel. Comparez cela avec XRISM, qui a une résolution angulaire de 1,7 arcsecminutes.
Grâce à cette prouesse technique, Slane affirme que Chandra peut détecter des sources ponctuelles de rayons X environ 200 fois plus facilement que XRISM. En termes pratiques, cela rend le télescope de la NASA extrêmement utile pour se concentrer sur ces sources ponctuelles – des cibles lointaines et plus petites telles que les étoiles à neutrons, les planètes et les comètes. XRISM est utile pour « étendre » des cibles, telles que la propagation du gaz entre et au sein des galaxies.
Ce qui nous amène enfin au robinet-vanne XRISM : la porte fermée empêche efficacement les rayons X de faible énergie d’atteindre le détecteur. Pour l’instant, le télescope continue d’explorer le monde des rayons X de haute énergie car ces longueurs d’onde ne sont pas affectées par le problème de porte. En fait, Yamaguchi et Simionescu affirment qu’il produit déjà des résultats impressionnants à des énergies plus élevées.
Mais si la porte reste bloquée pour toujours, les scientifiques devront faire face à des parties de l’univers qui sont inaccessibles… du moins, jusqu’à l’arrivée d’un autre télescope à rayons X, qui sera probablement la mission Athena au milieu des années 2030.
XRISMgate
La vanne a été conçue pour maintenir un quasi-vide à l’intérieur du cryostat du télescope – le réfrigérateur qui garantit que ses instruments restent extrêmement froids – tandis que XRISM était centré sur le sol.
Une fois le télescope en orbite, maintenir ce type de vide ne posera plus de problème. Dans l’espace, l’espace lui-même crée le vide. Pour cette raison, le robinet-vanne est conçu pour s’ouvrir en deux étapes après le déclenchement, via un ensemble d’actionneurs. En bref, les actionneurs glissent vers l’arrière pour permettre à la porte — constituée d’une fenêtre en béryllium et d’un treillis en acier — de s’ouvrir. Cela ne s’est pas produit.
L’Agence japonaise d’exploration aérospatiale a tenté d’ouvrir l’appareil à trois reprises, mais il n’a pas bougé. La prochaine tentative sera plus risquée, car elle pourrait nécessiter que le vaisseau spatial se réchauffe à cause de températures et de vibrations extrêmement basses. le but? Cylindrée forcée des moteurs. C’est un risque que les agences spatiales travaillant sur XRISM devront évaluer. Avec la vanne fermée, ils sauvegardent en fait les données bancaires. Ce sont de très bonnes données.
« La chose la plus belle, c’est que lorsque vous regardez les données, elles ne ressemblent pas à ce à quoi vous vous attendiez – et cela se produit avec les données XRISM actuelles », explique Simionescu.
Cependant, cela reste une pause difficile pour Simionescu. Elle s’intéresse particulièrement à l’étude des rayons X provenant des « atmosphères galactiques » – les choses que XRISM est conçu pour observer avec une vanne ouverte. Avec le portail fermé, cette partie du monde des rayons X reste verrouillée. Elle est entièrement d’accord avec la décision de ne pas risquer d’essayer d’ouvrir le portail – du moins pour le moment. Mais cela ne veut pas dire que ce n’est pas douloureux de savoir ce qui pourrait être.
« Je suis très triste que nous ne puissions pas voir en dessous de 2 keV », déclare Simonescu.
Et qu’est-ce qui pourrait se trouver en dessous ?
Certains télescopes spatiaux à rayons X, tels que le XMM-Newton de l’Agence spatiale européenne, peuvent détecter des rayons X de plus faible énergie, jusqu’à moins de 2 keV. Par exemple, l’amas de Coma, qui contient plus de 1 000 galaxies, a été observé à des énergies aussi basses que 0,3 keV. Un autre instrument XRISM, Xtend, est également capable d’atteindre des énergies plus basses. Mais ce sont aussi des détecteurs CCD et ne sont pas utiles pour obtenir des spectres.
À l’exception de XRISM, aucun télescope à rayons X en orbite autour de la Terre n’a la capacité de regarder à travers des objets « étendus » à basse énergie et à haute résolution, ce qui est particulièrement important pour le travail de Simionescu.
Lors d’un appel en ligne, elle a partagé une image radiographique grand champ de M87, Le premier trou noir photographié par l’homme avec la lumière visible. C’était la photo Coupé par Chandra En 2019.
«C’est ce que je préfère au monde», dit-elle avec enthousiasme.
L’espace entourant ce trou noir est un vortex. L’indicateur de Simionescu rebondit dans le ciel, indiquant le jet massif émanant du trou noir ainsi que des régions de gaz dense et un long filament long de plusieurs années-lumière dans l’univers. Elle décrit un graphique des spectres que Chandra a observés dans M87 – tous inférieurs à 2 keV – et note qu’il s’agit tous de raies d’émission « très massives » provenant de l’oxygène, du néon, du nickel et d’autres gaz.
Avec l’ouverture du portail, cela va changer.
« Vous pouvez connaître la composition du gaz, comment il est déplacé, comment il est expulsé par le trou noir – autant d’informations que vous ne pouvez pas obtenir pour le moment », dit-elle.
Il est intéressant de réfléchir au bond en avant réalisé avec XRISM dans le contexte d’incertitude entourant la mission Chandra de la NASA.
Malheureusement, le domaine de l’astronomie aux rayons X pourrait se retrouver sans Chandra dans un avenir proche. Les opérations du télescope spatial, qui durent depuis 25 ans, seront confrontées à d’importantes coupes budgétaires en 2024. Les astronomes disent Le budget proposé éliminerait la mission.
« Si Chandra est annulé, nous perdrons une ressource considérable pour toute l’astrophysique moderne », déclare Slane.
Ce serait une fin ignominieuse pour le grand observatoire, qui reste inestimable pour les découvertes futures, y compris les travaux menés aux côtés de XRISM. Si JAXA ouvre ses portes, Chandra sera un outil important pour le suivi des observations XRISM.
Pendant ce temps, les fantômes de Suzaku et Hitomi persisteront jusqu’à la prochaine tentative d’ouverture de la porte. À l’heure actuelle, le domaine de l’astronomie aux rayons X est enthousiasmé par ce qui va arriver. Le pire des cas n’est pas si grave, selon la façon dont vous le voyez.
«Nous collectons des données étonnantes que personne n’avait pu obtenir auparavant», déclare Simonescu. « Les spectres sont tous absolument incroyables. »
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