Lancé en décembre 2021, l’Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) est un instrument astronomique important en orbite autour de la Terre, étudiant les émissions de rayons X provenant de phénomènes cosmiques comme les quasars, les blazars et les trous noirs. Ses découvertes ont joué un rôle crucial dans la résolution de mystères cosmiques de longue date, tels que les processus d’accélération des blazars et l’activité des restes de supernova. Crédit : NASA
IXPE, une mission d’astronomie aux rayons X lancée en 2021, a révolutionné notre compréhension des phénomènes cosmiques comme les blazars et les restes de supernova.
Le 9 décembre, des astronomes et des physiciens ont commémoré deux années marquantes de la science des rayons X en NASAde la mission IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer).
IXPE est la mission conjointe NASA-Agence spatiale italienne visant à étudier la lumière des rayons X polarisés. La polarisation est une caractéristique de la lumière qui peut aider à révéler des informations sur l’origine de cette lumière, comme la géométrie et le fonctionnement interne des sources d’énergie ultra-puissantes dont elle émane.
Lancé le 9 décembre 2021, IXPE orbite autour de la Terre à environ 340 milles d’altitude, étudiant les émissions de rayons X provenant de puissants phénomènes cosmiques situés à des milliers ou des milliards d’années-lumière de la Terre, notamment les quasars, les blazars, les restes d’explosions de supernova telles que les étoiles à neutrons et les hautes étoiles. -des flux de particules d’énergie jaillissant du voisinage des trous noirs à une vitesse proche de celle de la lumière.
Un gif d’IXPE se déployant dans l’espace avant de commencer ses opérations scientifiques pour étudier le cosmos. Crédit : NASA
« L’ajout de la polarisation des rayons X à notre arsenal de polarisation radio, infrarouge et optique change la donne », a déclaré Alan Marscher, un astronome de l’Université de Boston qui dirige un groupe de recherche qui utilise les résultats de l’IXPE pour analyser les trous noirs supermassifs.
« Nous connaissons tous les rayons X comme outil médical de diagnostic pour les humains. Ici, nous les utilisons d’une manière différente, mais ils révèlent à nouveau des informations qui nous seraient autrement cachées », a déclaré Josephine Wong, chercheuse à l’Université de Stanford, qui a co-écrit les résultats en octobre sur la base des études IXPE de la nébuleuse du vent pulsar MSH 15. -52, à quelque 16 000 années-lumière de la Terre.
Martin Weisskopf, l’astrophysicien qui a dirigé le développement de l’IXPE et en a été le chercheur principal jusqu’à sa retraite de la NASA au printemps 2022, est d’accord.
« Il ne fait aucun doute que l’IXPE a montré que la polarimétrie des rayons X est importante et pertinente pour approfondir notre compréhension du fonctionnement de ces fascinants systèmes à rayons X. »
— Martin Weisskopf, chercheur principal IXPE à la retraite
Les scientifiques comprennent depuis longtemps, par exemple, les principes fondamentaux des blazars tels que Markarian 501 et Markarian 421. Un blazar est un énorme trou noir se nourrissant de matière tourbillonnant autour de lui dans un disque, créant de puissants jets de particules cosmiques à grande vitesse qui se précipitent dans deux directions perpendiculaires au disque. Mais comment ces particules sont-elles accélérées à des énergies aussi élevées ? Données IXPE publiées en novembre 2022 dans la revue Nature a identifié le coupable à Markarian 501 comme étant une onde de choc dans le jet.
Cette illustration de la NASA montre la structure d’un jet de trou noir telle que déduite par les récentes observations du blazar Markarian 421 par l’Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE). Le jet est propulsé par un disque d’accrétion, illustré en bas de l’image, qui tourne autour et tombe dans le trou noir au fil du temps. Des champs magnétiques hélicoïdaux traversent le jet. Les observations IXPE ont montré que les rayons X doivent être générés lors d’un choc provenant d’un matériau en spirale autour des champs magnétiques hélicoïdaux. L’encart montre le front de choc lui-même. Les rayons X sont générés dans la région blanche la plus proche du front de choc, tandis que les émissions optiques et radio doivent provenir de régions plus turbulentes et plus éloignées du choc. Crédit : NASA/Pablo Garcia
« C’est un mystère vieux de 40 ans que nous avons résolu », a déclaré Yannis Liodakis, chercheur du programme postdoctoral de la NASA au Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, en Alabama. « Nous avions enfin toutes les pièces du puzzle, et l’image qu’elles dressaient était claire. »
IXPE a également mené des études sans précédent sur trois restes de supernova – Cassiopée A, Tycho et SN 1006 – aidant les scientifiques à approfondir leur compréhension de l’origine et des processus des champs magnétiques entourant ces phénomènes.
IXPE apporte même un nouvel éclairage sur les mécanismes fondamentaux de notre propre galaxie. Selon les études IXPE menées début 2022, Sagittarius A*, le trou noir supermassif au centre du voie Lactée, s’est réveillé il y a environ 200 ans pour dévorer du gaz et d’autres détritus cosmiques, déclenchant une intense et courte éruption de rayons X. En combinant les données d’IXPE, Chandra et du Agence spatiale européenneLors de la mission XMM-Newton de , les chercheurs ont déterminé que l’événement s’était produit vers le début du 19e siècle.
« Nous savons que des changements peuvent survenir dans les galaxies actives et les trous noirs supermassifs à l’échelle humaine », a déclaré Steve Ehlert, scientifique du projet IXPE de la NASA Marshall. « IXPE nous aide à mieux comprendre l’échelle de temps selon laquelle le trou noir au centre de notre galaxie évolue. Nous sommes impatients de l’observer davantage pour déterminer quels changements sont typiques et lesquels sont uniques.
Cette nouvelle image du reste de supernova SN 1006 combine les données de l’explorateur de polarimétrie à rayons X d’imagerie de la NASA et de l’observatoire à rayons X Chandra de la NASA. Les éléments rouge, vert et bleu réfléchissent respectivement les rayons X de faible, moyenne et haute énergie, tels que détectés par Chandra. Les données IXPE, qui mesurent la polarisation de la lumière des rayons X, sont affichées en violet dans le coin supérieur gauche, avec l’ajout de lignes représentant le mouvement vers l’extérieur du champ magnétique du reste. Crédit : Radiographie : NASA/CXC/SAO (Chandra) ; NASA/MSFC/Université de Nanjing/P. Zhou et coll. (IXPE); IR : NASA/JPL/CalTech/Spitzer ; Traitement d’images : NASA/CXC/SAO/J.Schmidt
IXPE a également soutenu l’observation d’événements cosmiques imprévus, tels que l’impulsion de rayonnement intense la plus brillante jamais enregistrée, qui a brusquement balayé notre système solaire en octobre 2022.
L’impulsion provenait d’un puissant sursaut gamma susceptible de se produire au plus une fois tous les 10 000 ans, ont indiqué les chercheurs. En sauvegardant les données du télescope spatial Fermi de la NASA et d’autres imageurs, IXPE a aidé à déterminer comment la puissante émission était organisée et a confirmé que les imageurs de la Terre voyaient l’avion presque directement de face.
Le plus intéressant pour les scientifiques spatiaux est peut-être la manière dont les données IXPE bouleversent les idées reçues sur les différentes classes de sources de haute énergie.
« Un grand nombre de résultats de rayons X polarisés que nous avons observés au cours des deux dernières années ont été une grande surprise, jetant les modèles théoriques par la fenêtre », a déclaré Ehlert.
« Voir des résultats que nous n’avions pas anticipés suscite de nouvelles questions, de nouvelles théories. C’est vraiment excitant! »
— Steve Ehlert, scientifique du projet IXPE
Cet enthousiasme continue de croître parmi les partenaires IXPE du monde entier. En juin, la mission a été officiellement prolongée de 20 mois au-delà de son vol initial de deux ans, ce qui signifie qu’IXPE continuera d’observer les émissions de rayons X à haute énergie à travers le cosmos au moins jusqu’en septembre 2025.
La nouvelle année marquera également le début du programme général d’observation de l’IXPE, qui invite des astrophysiciens et d’autres scientifiques spatiaux du monde entier à proposer et à participer à des études utilisant le télescope IXPE. À partir de février 2024, jusqu’à 80 % du temps de l’IXPE sera mis à la disposition de la communauté scientifique au sens large.
À propos de la mission IXPE
IXPE est une collaboration entre la NASA et l’Agence spatiale italienne avec des partenaires et collaborateurs scientifiques dans 12 pays. IXPE est dirigé par le Marshall Space Flight Center de la NASA. Ball Aerospace, dont le siège est à Broomfield, au Colorado, gère les opérations des engins spatiaux en collaboration avec le Laboratoire de physique atmosphérique et spatiale de l’Université du Colorado à Boulder.
