La sonde Einstein, lancée début 2024, a commencé sa mission avec des images prometteuses de première lumière mettant en valeur ses télescopes à rayons X avancés, conçus pour explorer l'univers dynamique en collaboration avec des partenaires internationaux. Crédit : Académie chinoise des sciences
La sonde Einstein démontre avec succès ses capacités de surveillance par rayons X grâce à son optique innovante en forme d'œil de homard.
Les premières images capturées par la mission innovante ont été présentées lors du 7e atelier du consortium Einstein Probe à Pékin. Ils illustrent tout le potentiel du satellite et montrent que ses nouvelles optiques, qui imitent les yeux d'un homard, sont prêtes à surveiller le ciel aux rayons X. Le télescope spatial à rayons X a zoomé sur quelques objets célestes bien connus pour nous donner une idée de ce dont la mission est capable.
Lancé le 9 janvier 2024, le vaisseau spatial Einstein Probe de l'Académie chinoise des sciences (CAS) rejoint le XMM-Newton de l'ESA et JAXA's XRISM dans leur quête pour découvrir l'Univers à la lumière des rayons X. La mission est une collaboration dirigée par le CAS avec l'ESA, l'Institut Max Planck de physique extraterrestre (MPE) (Allemagne) et le Centre national d'études spatiales (CNES) (France).
Au cours des mois qui ont suivi le décollage, l'équipe chargée des opérations de la mission a effectué les tests nécessaires pour confirmer la fonctionnalité du vaisseau spatial et calibrer les instruments scientifiques. Au cours de cette phase cruciale, la sonde Einstein a capturé des données scientifiques provenant de diverses sources de rayons X.
Ces images de première lumière démontrent les capacités exceptionnelles des deux instruments scientifiques de la sonde Einstein. Le télescope à rayons X à grand champ (WXT) peut observer un panorama de près d'un onzième de la sphère céleste en une seule prise, tandis que le télescope à rayons X de suivi (FXT), plus sensible, offre des gros plans et peut localiser de courtes images. -événements vécus capturés par WXT.
« Je suis ravi de voir les premières observations de la sonde Einstein, qui démontrent la capacité de la mission à étudier de vastes étendues du ciel aux rayons X et à découvrir rapidement de nouvelles sources célestes », a déclaré le professeur Carole Mundell, directrice scientifique de l'ESA. « Ces premières données nous donnent un aperçu alléchant de l’Univers dynamique à haute énergie qui sera bientôt à la portée de nos communautés scientifiques. Félicitations aux équipes scientifiques et d'ingénierie du CAS, du MPE, du CNES et de l'ESA pour leur travail acharné pour atteindre cette étape importante.
La capacité de la mission à détecter rapidement de nouvelles sources de rayons X et à surveiller leur évolution au fil du temps est fondamentale pour améliorer notre compréhension des processus les plus énergétiques du cosmos. De puissants rayons X sont projetés à travers l'Univers lorsque des étoiles à neutrons entrent en collision, que des supernovas explosent et que la matière est avalée par des trous noirs ou éjectée des champs magnétiques écrasants qui les enveloppent.
Cette vue panoramique de notre Voie lactée à la lumière des rayons X a été prise dans le cadre de la campagne d'étalonnage et de tests de la sonde Einstein dans l'espace. Au cours de cette observation test d'une durée de plus de 11 heures, le satellite a détecté divers objets célestes générant des rayons X. Chaque objet est capturé sous la forme d'une croix violette en raison du fonctionnement de la nouvelle optique en forme d'œil de homard du vaisseau spatial. Les observations en rayons X sont présentées au-dessus d’une image optique de la Voie lactée créée par les télescopes au sol de l’Observatoire européen austral.
Le télescope à rayons X à grand champ (WXT) d'Einstein Probe se compose de douze modules couvrant plus de 3 600 degrés carrés du ciel. Le satellite peut capturer l’intégralité du ciel nocturne sur trois orbites autour de la Terre. Tout en surveillant le ciel, la mission détectera les rayons X d'événements puissants comme les supernovas, les matières tombant dans des trous noirs ou même les collisions d'étoiles à neutrons. Le télescope à rayons X de suivi (FXT) peut ensuite zoomer sur ces objets et fournir des informations plus détaillées.
Crédit : EPSC, NAO/CAS ; DSS ; ESO
Des yeux de homard surveillant l’univers
L'instrument WXT d'Einstein Probe se compose de douze modules dotés de la nouvelle technologie Lobster Eye qui a été testée en vol en 2022 par le démonstrateur technologique LEIA (Lobster Eye Imager for Astronomy). Les douze modules offrent un champ de vision de plus de 3 600 degrés carrés, permettant à la sonde Einstein de surveiller l’ensemble du ciel nocturne sur seulement trois orbites.
Au cours de ses premiers mois dans l’espace, WXT a commencé à surveiller de près le ciel en rayons X. Les détections d'objets énergétiques ressemblent à un signe plus allumé en raison du fonctionnement de la nouvelle optique en œil de homard de l'instrument. La première source transitoire de rayons X – un objet astronomique qui ne brille pas continuellement mais apparaît et disparaît à nouveau – a été découverte le 19 février. Ce sursaut gamma candidat a duré 100 secondes. La sonde Einstein a découvert 14 autres sources temporaires de rayons X et a également capturé les rayons X de 127 étoiles flamboyantes.
Cette image illustre le mécanisme de mesure du télescope à rayons X à grand champ de la sonde Einstein. Les rayons X provenant de l'Univers pénètrent dans le télescope et sont transmis dans des tubes carrés vers un détecteur de lumière CMOS où ils créent une image en forme de « plus ».
Certains rayons X n'interagissent pas avec les parois des tubes carrés et peuvent se retrouver n'importe où sur le détecteur. Cependant, la plupart des rayons X seront réfléchis sur les murs. Les rayons X réfléchis uniquement par une paroi supérieure ou inférieure provoqueront une barre horizontale sur le détecteur. De même, les rayons X qui se reflètent uniquement sur un mur gauche ou droit provoqueront la formation d’une barre verticale. Puis enfin il y a les rayons X qui se reflètent sur les deux murs, ces doubles rayons réfléchis finissent au milieu de l'image provoquant un signal intense.
Crédit : Académie chinoise des sciences
Au cours de la mission, les résultats de l'instrument à grand champ guideront une gamme de télescopes au sol et dans l'espace pour effectuer des observations de suivi dans plusieurs bandes de longueurs d'onde. Des observations de suivi aux rayons X peuvent également être obtenues à l'aide de l'instrument FXT du satellite.
Omega Centauri est le plus grand amas de la Voie Lactée, avec une masse un million de fois supérieure à celle de notre Soleil. Au cours des premiers mois de la sonde Einstein dans l'espace, les observations du célèbre amas ont permis de tester et de calibrer la qualité de l'imagerie du satellite.
Les systèmes binaires comprenant une étoile avec un trou noir ou une étoile à neutrons compagnon génèrent des rayons X lorsque la matière de l'étoile tombe sur son lourd compagnon. De nombreux systèmes de ce type ont élu domicile à Omega Centauri, le faisant briller de mille feux sous la lumière des rayons X. Le télescope à rayons X de suivi d'Einstein Probe a observé la structure et la région centrale de l'amas globulaire. Crédit : Académie chinoise des sciences
Observations de suivi rapides
L'instrument FXT d'Einstein Probe dispose d'un ensemble de deux télescopes à rayons X pour des études détaillées des objets et des événements émettant des rayons X. Au cours des derniers mois, FXT s'est avéré être un instrument fiable pour observer une gamme de sources de rayons X. Les premières images mettent en lumière un reste de supernova, une galaxie elliptique, un amas globulaire et une nébuleuse.
Remarquablement, FXT a déjà effectué une observation de suivi d’un événement radiographique repéré par WXT le 20 mars 2024.
« Il est étonnant que même si les instruments n'étaient pas encore entièrement calibrés, nous puissions déjà effectuer une observation de suivi urgente à l'aide de l'instrument FXT d'un transitoire rapide de rayons X repéré pour la première fois par WXT », explique le Dr Erik Kuulkers, Scientifique du projet de sonde Einstein de l'ESA. « Cela montre de quoi la sonde Einstein sera capable lors de son enquête. »
Une image de Puppis A sous la lumière des rayons X, prise dans le cadre de la campagne de test et d'étalonnage de la sonde Einstein. Puppis A est le vestige d'une explosion de supernova survenue il y a 4000 ans, le point brillant au centre est l'étoile restante. La structure nuageuse qui l’entoure provient de la matière chaude générée et expulsée lors de la supernova. Le télescope à rayons X de suivi (FXT) d'Einstein Probe a pris cette image. Accompagnant cette image, FXT a également livré un spectre de la source retraçant la répartition énergétique de sa lumière. Cela permet aux scientifiques de découvrir quels sont les éléments présents dans ce reste de supernova. Crédit : Académie chinoise des sciences
Et après?
Dans les mois à venir, la sonde Einstein poursuivra ses activités d'étalonnage en orbite avant de commencer ses observations scientifiques de routine vers la mi-juin. Au cours de la mission de trois ans, le satellite fera le tour de la Terre à une altitude de 600 km et gardera les yeux rivés sur le ciel à la recherche d'événements transitoires de rayons X. À l’aide du télescope de suivi FXT, la mission examinera plus en profondeur les événements nouvellement détectés et d’autres objets intéressants connus.
Les capacités d'Einstein Probe sont hautement complémentaires aux études approfondies de sources cosmiques individuelles permises par XMM-Newton et XRISM. Son relevé est fondamental pour préparer les observations de rayons X de la future mission NewAthena de l'ESA, actuellement à l'étude et qui devrait devenir le plus grand observatoire de rayons X jamais construit.
Einstein Probe est une mission collaborative internationale dirigée par l'Académie chinoise des sciences (CAS) avec le Agence spatiale européenne (ESA), le Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE), Allemagne, et le Centre National D'Etudes Spatiales (CNES), France. L'ESA et MPE ont contribué aux composants clés de FXT. L'ESA participe au projet Einstein Probe en tant que mission d'opportunité et a apporté son soutien pour tester et calibrer les détecteurs de rayons X et l'optique de WXT. Les stations au sol de l'ESA seront utilisées pour faciliter le téléchargement des données, tandis que le CNES fournira un réseau de réception au sol VHF (très haute fréquence) pour la liaison descendante rapide et en temps réel des données scientifiques. En échange de ses contributions, l'ESA aura accès à 10 % des données scientifiques de la sonde Einstein.
