Lancement d’une mission innovante en rayons X, dite à « œil de homard »
La sonde spatiale Einstein Probe de l’Académie chinoise des sciences (CAS) est prête à être lancée en janvier 2024. Dotée d’une nouvelle génération d’instruments en rayons X à haute sensibilité et à grand angle de vue, cette mission scrutera le ciel à la recherche de puissantes émissions de lumière en rayons X provenant de mystérieux objets célestes comme les étoiles à neutrons et les trous noirs.
Einstein Probe est une collaboration menée par CAS avec l’Agence spatiale européenne (ESA) et l’Institut Max-Planck de physique extraterrestre (MPE), en Allemagne.
En contrepartie de sa contribution au développement de cette mission et à la définition de ses objectifs scientifiques, l'ESA aura accès à 10 % des données générées par les observations de la mission Einstein Probe.
«Grâce à sa conception innovante, Einstein Probe peut surveiller de grandes bandes du ciel en un coup d’œil. De cette manière, nous pouvons découvrir de nombreuses nouvelles sources, tout en étudiant en même temps sur de longues périodes le comportement des rayons X provenant d’objets célestes connus», explique Erik Kuulkers, scientifique du projet Einstein Probe à l’ESA.
«Le cosmos est notre seul laboratoire qui permet d’étudier les processus les plus énergétiques. Des missions comme Einstein Probe sont essentielles pour faire progresser notre compréhension de ces processus et en apprendre davantage sur les aspects fondamentaux de la physique des hautes énergies.»
Garder un regard attentif sur les rayons X dans le ciel
Contrairement aux étoiles qui parsèment notre ciel la nuit et esquissent de manière fiable les constellations, la plupart des objets cosmiques qui brillent dans les rayons X sont très variables. Leur luminosité augmente ou s’affaiblit en permanence, et dans de nombreux cas, ils apparaissent brièvement avant de disparaître pendant de longues périodes (dans ce cas on les dit «transitoires») ou pour de bon.
Alimentée par des événements cosmiques tumultueux, la lumière en rayons X provenant de sources astronomiques est très imprévisible. Elle transporte pourtant des informations fondamentales sur certains des objets et phénomènes les plus énigmatiques de notre Univers. Les rayons X sont associés à des collisions entre étoiles à neutrons, à des explosions de supernova, à de la matière qui tombe vers des trous noirs ou des étoiles hyper-denses, ou encore à des particules à haute énergie qui sont expulsées de disques de matière brillante entourant de tels objets exotiques et mystérieux.
Einstein Probe améliorera notre compréhension de ces événements cosmiques en découvrant de nouvelles sources et en surveillant la variabilité des objets brillant dans les rayons X partout dans le ciel.
La capacité de repérer régulièrement de nouvelles sources de rayons X est fondamentale pour faire progresser notre compréhension de l’origine des ondes gravitationnelles. Lorsque deux objets massifs hyperdenses comme deux étoiles à neutrons ou des trous noirs entrent en collision, ils créent des ondes dans le tissu de l’espace-temps qui parcourent des distances cosmiques et nous parviennent. Plusieurs détecteurs sur Terre sont désormais capables d’enregistrer ce signal, mais souvent ils ne parviennent pas à en localiser la source. Si des étoiles à neutrons sont impliquées, une telle «collision cosmique» s’accompagne d’un énorme sursaut de lumière dans tout le spectre lumineux, et notamment dans les rayons X. En permettant aux scientifiques d’étudier rapidement ces événements de courte durée, Einstein Probe nous aidera à identifier l’origine de nombreuses impulsions d’ondes gravitationnelles observées sur Terre.
Un œil de homard dans l’espace
Pour atteindre tous ses objectifs scientifiques, le véhicule spatial Einstein Probe est équipé d’une nouvelle génération d’instruments à haute sensibilité et capables d’observer de grandes zones du ciel : le télescope en rayons X à grand champ (WXT) et le télescope en rayons X de suivi (FXT).
L’optique de WXT a une conception modulaire qui imite l’œil d’un homard et utilise la technologie innovante Micro Pore Optics. Elle permet à l’instrument d’observer 3600 degrés carrés (près d’un dixième de la sphère céleste) en un seul cliché. Grâce à cette capacité unique, Einstein Probe peut surveiller la quasi-totalité du ciel nocturne en trois orbites autour de la Terre (durée d’une orbite : 96 minutes).
De nouvelles sources de rayons X ou d’autres événements intéressants repérés par WXT seront ensuite ciblés et étudiés en détail avec le FXT, plus sensible. De manière cruciale, le véhicule spatial transmettra également un signal d’alerte au sol à des télescopes sur Terre et dans l’espace fonctionnant à d’autres longueurs d’onde (de la radio aux rayons gamma). Ils seront rapidement braqués sur la nouvelle source pour recueillir de précieuses données couvrant de multiples longueurs d’ondes, permettant ainsi une étude plus approfondie de l’événement.
Contribution européenne
L’ESA a joué un rôle important dans le développement de l’instrumentation scientifique de la mission Einstein Probe. Elle a fourni son soutien pour tester et étalonner les détecteurs de rayons X et l’optique de WXT. L’ESA a développé l’assemblage du miroir d’un des deux télescopes FXT en collaboration avec MPE et Media Lario (Italie).
L’assemblage du miroir de FXT repose sur la conception et la technologie de la mission XMM-Newton de l’ESA et du télescope en rayons X eRosita. MPE a contribué à l’assemblage du miroir de l’autre télescope FXT et a développé les modules de détection des deux unités FXT. Pour FXT, ESA a également fourni le système permettant de dévier des détecteurs les électrons indésirables (le déviateur d’électrons).
Tout au long de la mission, les stations au sol de l’ESA seront utilisées pour aider à télécharger les données du véhicule spatial.
La flotte de l’ESA de missions des hautes énergies
L’ESA a une longue histoire de progrès en astronomie des hautes énergies. XMM-Newton et Integral scrutent l’Univers dans les rayons X et les rayons gamma depuis plus de deux décennies et ont abouti à de grands progrès dans ce domaine. L’ESA participe également à la mission d’imagerie et de spectroscopie par rayons X (XRISM) lancée durant l’été 2023 et dirigée par l’Agence d’exploration aérospatiale japonaise (JAXA) en collaboration avec la NASA.
«Les capacités de Einstein Probe sont très complémentaires des études approfondies des différentes sources cosmiques permises par les autres missions», commente Erik. «Ce sondeur dans les rayons X est également le précurseur idéal de la mission NewAthena de l’ESA, actuellement à l’étude et qui s’apprête à être le plus grand observatoire en rayons X jamais construit».
