Mission d’imagerie et de spectroscopie à rayons X (XRISM) dans l’illustration conceptuelle spatiale. Crédit : JAXA
La mission XRISM, dirigée par JAXA avec le soutien de NASA et l’ESA, fournit de nouvelles connaissances sur l’Univers grâce à l’imagerie aux rayons X des amas de galaxies et des restes de supernova, marquant ainsi une avancée significative dans l’exploration cosmique.
Invisibles à nos yeux, les rayons X émis par les gaz chauds qui remplissent une grande partie de l’Univers peuvent éclairer de nombreux mystères cosmiques. Les premières observations lumineuses de ce gaz par la mission d’imagerie et de spectroscopie à rayons X (XRISM) de la JAXA sont maintenant prêtes. Ils démontrent que la mission jouera un rôle important dans la révélation de l’évolution de l’Univers et de la structure de l’espace-temps.
Les premières images de test de XRISM montrent un amas de galaxies et un reste de supernova – l’enveloppe laissée par l’explosion d’une étoile massive. De plus, XRISM a mesuré l’énergie des rayons X provenant du reste de la supernova pour révéler les éléments chimiques qu’il contient.
Les observations mettent en valeur la capacité extraordinaire des deux instruments scientifiques de XRISM. Ils ont été réalisés lors de la « phase de mise en service » de la mission, lorsque les ingénieurs effectuent tous les tests et vérifications nécessaires pour s’assurer que le vaisseau spatial fonctionne aussi bien que possible.
Les images aux rayons X du cosmos sont spéciales. Elles sont très différentes des images que nous avons l’habitude de voir en lumière visible et infrarouge, comme celles des télescopes spatiaux James Webb et Hubble. Ils transmettent également des informations uniques sur les phénomènes les plus dramatiques de l’Univers, car les rayons X sont un type de lumière à très haute énergie émis lors des événements les plus chauds et les plus violents.
XRISM est une collaboration entre l’Agence japonaise d’exploration aérospatiale (JAXA) et la NASA, avec une participation significative de l’ESA. En échange de la fourniture de matériel et de conseils scientifiques, l’ESA se voit attribuer 8 % du temps d’observation disponible de XRISM.
«C’est vraiment excitant de voir XRISM réaliser déjà des observations scientifiques aussi merveilleuses, même s’il n’est pas encore entièrement calibré», déclare Carole Mundell, directrice scientifique de l’ESA. « Cela montre le potentiel que cette mission offre à nos communautés scientifiques pour des découvertes révolutionnaires dans l’étude des phénomènes les plus énergétiques de l’Univers. »
« Je félicite les équipes d’ingénierie de la JAXA, de l’ESA et de la NASA pour avoir franchi cette étape importante. »
L’instrument Xtend de XRISM a capturé l’amas de galaxies Abell 2319 en rayons X, illustré ici en violet. L’arrière-plan est une image au sol montrant la zone en lumière visible. Crédit : JAXA/NASA/XRISM Xtend ; arrière-plan, DSS
Amas de galaxies Abell 2319
Cette image pionnière est une vue large d’un amas de galaxies voisin appelé Abell 2319. En violet, nous voyons la lumière des rayons X provenant d’un gaz à des millions de degrés qui s’infiltre entre les galaxies de l’amas. L’observation de ce gaz aide les astronomes à mesurer la masse totale de l’amas de galaxies, révélant ainsi des informations sur la naissance et l’évolution de l’Univers.
Les observations des amas de galaxies par XRISM fourniront également un aperçu de la façon dont l’Univers a produit et distribué les éléments chimiques que nous trouvons aujourd’hui sur Terre. Le gaz chaud trouvé dans les amas est un vestige de la naissance et de la mort des étoiles sur des milliards d’années. En étudiant les rayons X émis par le gaz, XRISM découvrira quels « métaux » (éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium) il contient et cartographiera comment l’Univers s’en est enrichi.
Cette image d’Abell 2319 a été prise avec l’instrument Xtend de XRISM, qui utilise une caméra CCD pour imager des objets émettant des rayons X étendus et leur environnement. La capacité unique de Xtend à capturer l’ensemble de l’amas en une seule fois promet un pas en avant significatif dans notre compréhension de la structure à grande échelle de l’Univers.
Apprendre encore plus.
L’instrument Resolve de XRISM a capturé les données du reste de la supernova N132D dans le Grand Nuage de Magellan pour créer le spectre de rayons X le plus détaillé de l’objet jamais créé. Le spectre révèle des pics associés au silicium, au soufre, à l’argon, au calcium et au fer. L’encart à droite est une image du N132D capturée par l’instrument Xtend de XRISM. Crédit : JAXA/NASA/XRISM Resolve et Xtend
Reste de supernova N132D
Cette photo colorée montre les restes d’une étoile massive explosant dans le Grand Nuage de Magellan à proximité. Les différentes couleurs indiquent différentes énergies de rayons X, le rouge étant l’énergie la plus faible et le bleu l’énergie la plus élevée.
Grâce à son instrument Resolve, XRISM pourrait compléter l’image du reste de supernova prise par Xtend (en haut à droite) avec une vue très nette des éléments chimiques qui existent dans N132D. Cela permet aux scientifiques de déterminer où exactement dans le reste de la supernova se trouve chaque élément.
XRISM peut identifier chaque élément en mesurant l’énergie spécifique des rayons X qu’il émet. Le graphique ci-dessus montre des pics distincts qui étaient auparavant impossibles à distinguer ; cela ouvre la voie à de nouvelles connaissances sur la formation et la distribution des éléments dans l’Univers, qui constituent la base des étoiles, des planètes et de la vie elle-même.
La conception unique de Resolve nous permet également d’explorer les températures, les densités et les mouvements du gaz chaud émettant des rayons X dans ce reste de supernova de manière plus détaillée que jamais. Cela révèle comment exactement le reste interagit avec son environnement, ainsi que la nature de l’explosion qui a créé le reste en premier lieu.
Apprendre encore plus.
La mission d’imagerie et de spectroscopie à rayons X (XRISM) de l’Agence japonaise d’exploration aérospatiale (JAXA) a décollé à bord d’une fusée H-IIA depuis le centre spatial de Tanegashima au Japon à 08h42 JST / 00h42 BST / 01h42 CEST en septembre. 7 septembre 2023. Ce lancement réussi marque le début d’une mission ambitieuse visant à explorer la croissance des amas de galaxies, la composition chimique de l’Univers et les extrêmes de l’espace-temps. Crédit : JAXA
Qu’a fait JAXA depuis son lancement ?
XRISM a été lancé le 6 septembre. Depuis lors, les ingénieurs et scientifiques de JAXA ont travaillé dur pour préparer le télescope à la science. Cela comprenait la mise sous tension et le test des deux instruments de XRISM, Xtend et Resolve.
Le vaisseau spatial est actuellement en très bon état. Les contrôles des systèmes embarqués tels que ceux qui contrôlent l’alimentation électrique, l’orientation du vaisseau spatial et la communication avec la Terre confirment qu’ils fonctionnent comme prévu. Le matériel fourni par l’ESA a été testé dès le début de la phase de mise en service et fonctionne comme prévu.
L’instrument Xtend fonctionne parfaitement. L’instrument Resolve fonctionne également très bien. Sa résolution énergétique – indicateur clé de la performance scientifique – dépasse même les exigences. Cependant, les ingénieurs n’ont pas encore réussi à ouvrir le filtre recouvrant le détecteur, destiné à le protéger avant et pendant le lancement. Des efforts sont en cours pour résoudre le problème, mais l’équipe XRISM a décidé que les observations scientifiques planifiées devraient supposer que le filtre restera en place. Le spectre énergétique du N132D démontre qu’il est encore possible de réaliser des avancées scientifiques.
XRISM étudiera l’Univers à la lumière des rayons X avec une combinaison sans précédent de puissance de collecte de lumière et de résolution énergétique – la capacité de distinguer les rayons X de différentes énergies. La mission fournira, entre autres sujets, une image de la dynamique des amas de galaxies, de la composition chimique de l’Univers et du flux de matière autour des trous noirs supermassifs en accrétion (Active Galactic Nuclei ou AGN). Crédit : ESA
Et après?
La phase de mise en service du vaisseau spatial s’achèvera d’ici fin janvier. En février, la JAXA commencera à calibrer les instruments et à démontrer leurs capacités.
Le temps d’observation alloué à l’ESA, dans le cadre d’un programme d’observation public ouvert aux scientifiques du monde entier, permettra aux scientifiques européens de saisir les extraordinaires opportunités scientifiques offertes par les capacités spectroscopiques à haute résolution sans précédent de Resolve. Les scientifiques ont déjà été invités à soumettre des propositions d’observations qu’ils souhaiteraient réaliser à partir d’août 2024. La date limite est le 4 avril 2024.
En combinant un grand télescope à rayons X avec des instruments scientifiques de pointe, Athena abordera des questions clés en astrophysique, telles que : Comment et pourquoi la matière ordinaire s’assemble-t-elle en structures (galaxies, groupes de galaxies et amas de galaxies) qui on voit aujourd’hui ? et Comment les trous noirs se développent et façonnent leur environnement, ainsi que l’évolution cosmologique des galaxies qui les hébergent ? Crédit : ESA
« Ces premières images lumineuses démontrent que XRISM tient sa promesse d’ouvrir une nouvelle ère dans la spectroscopie d’imagerie à haute résolution des gaz chauds dans l’Univers », a déclaré Matteo Guainazzi, scientifique du projet XRISM de l’ESA. « J’encourage chaleureusement les scientifiques des États membres de l’ESA à saisir les opportunités uniques offertes par XRISM, en soumettant des propositions d’observation à l’aide de ce magnifique télescope. »
Les observations réalisées à l’aide de XRISM compléteront celles du télescope à rayons X XMM-Newton de l’ESA et constitueront une excellente base pour les observations prévues avec la future mission de grande classe de l’ESA, NewAthena. Ce dernier est conçu pour dépasser largement les performances scientifiques des observatoires spectroscopiques et d’enquête à rayons X existants.
