08/12/2014

ASTRO-H : L'Avenir Radieux de l'Astronomie X

ASTRO-H : sous ce nom qui évoque un dessin animé japonais, se cache l'un des plus beaux outils des astrophysiciens. ASTRO-H est un télescope spatial de nouvelle génération, spécialisé dans l'observation des rayons X. Il va compléter, voire supplanter, dès l'année prochaine les trois principaux télescopes à rayons X en activité que sont les américains Chandra et NUSTAR et l'européen XMM-Newton.



Vue d'artiste de ASTRO-H (JAXA)

ASTRO-H est un télescope japonais, mais pas que. Pour mener à bien un tel projet, c'est une vaste collaboration qui s'est mise en place, avec des européens et des américains. L'astronomie en rayons X est très riche, car elle adresse des phénomènes parmi les plus mystérieux, à commencer par ce qui se passe au cœur des galaxies, autour des trous noirs. Il permettra aussi de suivre de nombreux autres phénomènes comme le grossissement des grandes structures cosmiques, le comportement de la matière en présence de champs gravitationnels extrêmes, étudier l'équation d'état de la matière formant les étoiles à neutrons, ou encore traquer les structures qui accélèrent des particules dans des amas de galaxies ou des résidus de supernovas.
ASTRO-H étudiera également finement la physique des jets de matière par les trous noirs, et indirectement, pourra donner des indices sur la présence de matière noire, dans le cas où celle-ci peut produire des rayons X par décroissance ou annihilation...

Plus précisément, les 3 objectifs ambitieux que ce sont fixés les astrophysiciens japonais et leurs collègues sont les suivants : 

  • Révéler la structure à grande échelle de l'Univers et son évolution

ASTRO-H devra observer des amas de galaxies pour mesurer les relations existant entre l'énergie thermique du milieu intergalactique et l'énergie cinétique des sous-amas à partir desquels se forment les amas, ainsi que mesurer leur énergie non-thermique et leur composition chimique. ASTRO-H pourra également dans cet objectif tracer directement l'évolution dynamique d'amas de galaxies.
L'autre type d'observation liée à cet objectif est l'observation de trous noirs supermassifs distants, qui sont cachés par d'épaisses couches de matière, pour en déterminer l'évolution et comprendre le rôle qu'ils jouent dans la formation des galaxies. La sensibilité de ASTRO-H dans ce type d'observation sera 100 fois supérieure à celle de son prédécesseur japonais SUZAKU. 

  • Comprendre les conditions extrêmes de l'Univers 
ASTRO-H mesurera la vitesse de la matière située à très grande proximité de trous noirs, les disques d'accrétion, de manière à détecter la distorsion de l'espace-temps induite par le champ gravitationnel, et ainsi tester la relativité générale en conditions extrêmes ainsi que la physique de l'accrétion. 

  • Explorer les divers phénomènes de l'Univers "non-thermique" ou "violent"

ASTRO-H permettra d'explorer les zones où les particules du rayonnement cosmique de haute énergie acquièrent leur énergie, en essayant de déterminer qui de la gravité, des collisions de particules ou des explosions d'étoiles en sont responsables...

Les différents instruments formant le télescope spatial ASTRO-H (ASTRO-H collaboration/université de Genève)
L'astrophysique en rayons X est si cruciale à bien maîtriser que 4 télescopes dédiés ne seront pas de trop. Et d'ailleurs on devrait presque dire 7 télescopes. Car ASTRO-H peut être vu comme un observatoire contenant 4 télescopes différents, rien que ça... Et ASTRO-H va innover en ouvrant une nouvelle fenêtre de longueur d'onde encore jamais explorée auparavant. 
Voyons un peu plus en détail ces beaux joujoux qui seront mis en orbite dans quelques mois (la date de lancement n'est pas encore fixée précisément) pour une durée minimale de 3 ans, en espérant bien plus.

Gamme d'énergie des photons qui seront détectés par ASTRO-H avec
ses différents instruments (ASTRO-H collaboration)
ASTRO-H est tout d'abord muni de deux télescopes pour les rayons X "durs", c'est à dire ayant une énergie comprise entre 5 keV et 100 keV : HXT1 et HXT2 (Hard X-ray Telescopes), tous les deux munis d'un imageur nommé HXI. Concernant les rayons X "mous", entre 0,3 keV et 10 keV, ils seront capturés par les télescopes SXT-I (télescope imageur) et SXT-S (télescope spectromètre), ainsi que par un autre imageur spécifique, le SXI et d'un microcalorimètre (SXS) qui permettra pour la première fois de produire une spectroscopie à haute résolution en énergie et en localisation grâce à l'utilisation de détecteurs cryogéniques.
Mais ce n'est pas tout, car les japonais ont également ajouté sur ASTRO-H un détecteur de rayons gamma de faible énergie,  SGD (Soft Gamma-ray Detector) qui détectera des rayons gamma ayant une énergie entre 30 keV et 600 keV. Ainsi, avec tous ses instruments, ASTRO-H pourra explorer le ciel entre 0,3 keV et 600 keV. 

L'une des grandes avancées dans les performances prévues est la résolution en énergie des photons détectés, qui devrait atteindre seulement 7 eV sur la gamme 0,3 - 12 keV, simplement exceptionnel.
L'autre innovation importante qui est apportée sur ce télescope de nouvelle génération est que, pour la première fois, on utilisera une optique de focalisation pour les rayons X "durs", de plusieurs dizaines de keV. C'est très difficile de focaliser des photons aussi énergétiques, qui ont plus tendance à traverser la matière qu'à se réfléchir, mais des astuces technologiques permettent désormais de repousser les limites. Cela impose une distance focale considérable : pour la partie X durs (les HXT), elle sera de 12 m, contre seulement 5,6 m pour les SXT. Une fois entièrement déployé, le télescope aura ainsi une silhouette oblongue d'une longueur totale de 14 m.
Le télescope spatial  ASTRO-H en phase de test en mai 2013 (JAXA)
Une fois en orbite à 550 km au dessus de nos têtes, après une période d'un an qui sera réservée exclusivement aux astrophysiciens japonais, le télescope sera mis à disposition de la communauté scientifique pour 75% de son temps. Il est fort à parier que le calendrier des créneaux d'observation est déjà rempli depuis bien longtemps...


Source : 

The ASTRO-H X-ray Astronomy Satellite
ASTRO-H collaboration