Impression d’artiste de la sonde Einstein. Lancée en janvier 2024, la sonde Einstein vise à étudier le ciel à la recherche d’émissions de rayons X provenant d’objets célestes comme les étoiles à neutrons et les trous noirs. Crédit : Académie chinoise des sciences
La sonde Einstein, un effort conjoint de la CAS, de l’ESA et du MPE, lancé en 2024, utilisera une technologie avancée de rayons X pour étudier les phénomènes célestes, contribuant ainsi de manière significative à notre compréhension de la physique des hautes énergies de l’univers.
La sonde Einstein Probe de l’Académie chinoise des sciences (CAS) est prête à être lancée en janvier 2024. Equipée d’une nouvelle génération d’instruments à rayons X à haute sensibilité et à vue très large, cette mission examinera le ciel et traquera de puissantes explosions de Lumière à rayons X provenant d’objets célestes mystérieux tels que les étoiles à neutrons et les trous noirs.
Einstein Probe est une collaboration dirigée par CAS avec le Agence spatiale européenne (ESA) et l’Institut Max Planck de physique extraterrestre (MPE), Allemagne.
En échange 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 sonde Einstein.
« Grâce à sa conception innovante, la sonde Einstein peut surveiller de grandes parties du ciel d’un seul coup d’œil. De cette façon, nous pouvons découvrir de nombreuses nouvelles sources tout en étudiant le comportement des rayons X provenant d’objets célestes connus sur de longues périodes », explique Erik Kuulkers, scientifique du projet Einstein Probe de l’ESA. « Le cosmos est notre seul laboratoire capable d’étudier les processus les plus énergétiques. Des missions comme Einstein Probe sont essentielles pour faire progresser notre compréhension de ces processus et pour en apprendre davantage sur les aspects fondamentaux de la physique des hautes énergies.
La sonde Einstein étudiera l’Univers à la lumière des rayons X. Equipée d’une nouvelle génération d’instruments à rayons X à haute sensibilité et à vue très large, cette mission étudiera le ciel et traquera de puissants éclairs de rayons X provenant d’objets célestes mystérieux tels que des étoiles à neutrons et des trous noirs. Crédit : ESA
Garder un œil vigilant sur le ciel aux rayons X
Contrairement aux étoiles qui parsèment notre ciel la nuit et marquent de manière fiable les constellations, la plupart des objets cosmiques qui brillent aux rayons X sont très variables. Ils s’éclaircissent et s’atténuent continuellement et, dans de nombreux cas, apparaissent brièvement avant de disparaître pendant de longues périodes (on les appelle alors transitoires) ou pour de bon.
Alimentée par des événements cosmiques tumultueux, la lumière des rayons X provenant de sources astronomiques est très imprévisible. Pourtant, il contient 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 la chute de matière sur des trous noirs ou des étoiles hyper-denses, ou à des particules de haute énergie rejetées par des disques de matière flamboyante entourant de tels objets exotiques et mystérieux.
La sonde Einstein améliorera notre compréhension de ces événements cosmiques en découvrant de nouvelles sources et en surveillant la variabilité des objets brillant en rayons X dans tout le ciel.
La capacité de repérer régulièrement de nouvelles sources de rayons X est fondamentale pour faire progresser notre compréhension de l’origine de ondes gravitationnelles. Lorsque deux objets massifs hyper denses, comme deux étoiles à neutrons ou des trous noirs, s’écrasent, ils créent des vagues dans la structure de l’espace-temps qui parcourent des distances cosmiques et nous atteignent. Plusieurs détecteurs sur Terre sont désormais capables d’enregistrer ce signal, mais ne parviennent souvent pas à en localiser la source. Si des étoiles à neutrons sont impliquées, un tel « crash cosmique » s’accompagne d’une énorme explosion d’énergie dans tout le spectre lumineux, et en particulier dans les rayons X. En permettant aux scientifiques d’étudier rapidement ces événements de courte durée, la sonde Einstein nous aidera à identifier l’origine de nombreuses impulsions d’ondes gravitationnelles observées sur Terre.
Sur cette photo, datant de novembre 2023, une équipe d’ingénieurs de l’Académie chinoise des sciences (CAS) achève la construction de la sonde spatiale Einstein au centre de lancement de satellites de Xichang, dans le sud-ouest de la Chine. Après cette étape, les panneaux solaires ont été montés sur deux côtés opposés de la structure du module de service. Le vaisseau spatial Einstein Probe terminé mesure environ 3 m de large et 3,4 m de haut et pèse environ 1 450 kg. Crédit : Académie chinoise des sciences
Yeux de homard dans l’espace
Pour atteindre tous ses objectifs scientifiques, la sonde spatiale Einstein Probe est équipée d’une nouvelle génération d’instruments à haute sensibilité et capables d’observer de vastes zones du ciel : le télescope à rayons X à grand champ (WXT) et le télescope de suivi. Télescope à rayons X (FXT).
WXT a une conception optique modulaire qui imite les yeux d’un homard et utilise la technologie innovante Micro Pore Optics. Cela permet à l’instrument d’observer 3 600 degrés carrés (près d’un dixième de la sphère céleste) en une seule fois. Grâce à cette capacité unique, la sonde Einstein peut surveiller presque tout le ciel nocturne sur trois orbites autour de la Terre (chaque orbite prenant 96 minutes).
Cette image montre une vue microscopique des yeux de homard. Les yeux de homard sont constitués de pores carrés microscopiques parallèles disposés sur une sphère qui réfléchissent la lumière vers un centre sphérique. Inspirés par les yeux des homards, les astronomes ont commencé à développer des télescopes utilisant des optiques similaires. Ces télescopes utilisent des tubes carrés qui dirigent la lumière sur les détecteurs. Ce type d’optique est utilisé dans de nouveaux télescopes tels que la sonde Einstein et SMILE. Crédit : J. Camp
Les nouvelles sources de rayons X ou autres événements intéressants repérés par WXT sont ensuite ciblés et étudiés en détail avec le FXT, plus sensible. Surtout, le vaisseau spatial transmettra également un signal d’alerte au sol pour déclencher d’autres télescopes sur Terre et dans l’espace fonctionnant à d’autres longueurs d’onde (de la radio aux rayons gamma). Ils indiqueront rapidement la nouvelle source pour collecter de précieuses données multi-longueurs d’onde, 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 sonde Einstein. Il a fourni une assistance pour tester et calibrer les détecteurs de rayons X et l’optique de WXT. L’ESA a développé l’ensemble miroir de l’un des deux télescopes FXT en collaboration avec MPE et Media Lario (Italie).
Sur cette photo, prise en mai 2023, une équipe d’ingénieurs de l’Institut de physique des hautes énergies de l’Académie chinoise des sciences (CAS) finalise la construction du télescope à rayons X de suivi (FXT) pour la sonde Einstein. mission. Comme le montre l’image, FXT se compose de deux télescopes à rayons X. L’optique de chaque unité suit une conception Wolter-I classique avec un ensemble miroir basé sur la technologie développée pour la première fois pour le XMM-Newton de l’ESA. Crédit : Académie chinoise des sciences
L’ensemble miroir FXT est basé sur la conception et la technologie de la mission XMM-Newton de l’ESA et du télescope à rayons X eROSITA. MPE a contribué à l’assemblage de miroirs pour l’autre télescope de FXT et a développé les modules de détection pour les deux unités de FXT. L’ESA a également fourni le système permettant de détourner les électrons indésirables des détecteurs (le déflecteur d’électrons).
Tout au long de la mission, les stations au sol de l’ESA seront utilisées pour faciliter le téléchargement des données du vaisseau spatial.
La flotte de missions à haute énergie de l’ESA
L’ESA contribue depuis longtemps à faire progresser l’astronomie des hautes énergies. XMM-Newton et Integral scrutent l’Univers à l’aide de rayons X et de rayons gamma depuis plus de deux décennies, ce qui a conduit à de grands progrès dans ce domaine. L’ESA participe également à la mission d’imagerie et de spectroscopie aux rayons X (XRISM), dirigée par l’Agence japonaise d’exploration aérospatiale (JAXA) en collaboration avec la NASA, lancée à l’été 2023.
« Les capacités d’Einstein Probe sont très complémentaires aux études approfondies de sources cosmiques individuelles permises par les autres missions », remarque Erik. « Cet observatoire à rayons X est également le précurseur idéal de la mission New Athena de l’ESA, actuellement à l’étude et qui devrait devenir le plus grand observatoire à rayons X jamais construit. »
