Le nouvel observatoire japonais de rayons X voit sa première lumière

XRISM, la mission d’imagerie à rayons X et de spectroscopie, est une mission conjointe NASA/JAXA dirigée par la JAXA. Le télescope spatial à rayons X a commencé sa mission en orbite terrestre basse le 6 septembre 2023. Les opérations scientifiques ne commenceront que plus tard cette année, mais l’équipe scientifique du satellite a publié certaines des premières images du télescope.

XRISM est un télescope provisoire. Nos observatoires à rayons X existants, XMM Newton et Chandra, vieillissent et leurs missions prendront bientôt fin. Leur remplaçant, l’Européen Télescope avancé pour l’astrophysique des hautes énergies (ATHENA), ne sera lancé qu’en 2035, laissant un écart de plusieurs années sans couverture de télescope à rayons X. du Japon Observatoire à rayons X Hitomi était censé succéder à XMM Newton et Chandra, mais il a échoué quelques semaines après son lancement.

Même si XRISM est conçue comme une mission de remplacement, elle reste très puissante et fournira des observations scientifiques robustes.

“XRISM offrira à la communauté scientifique internationale un nouvel aperçu du ciel caché aux rayons X”, a déclaré Richard Kelley, chercheur principal américain pour XRISM au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland. “Nous verrons non seulement des images aux rayons X de ces sources, mais étudierons également leurs compositions, leurs mouvements et leurs états physiques.”

Certaines nouvelles images du télescope montrent à quel point cet observatoire « provisoire » est puissant.

XRISM dispose de deux instruments : Resolve et Xtend. Resolve est un spectromètre microcalorimétrique, un instrument cryogénique maintenu à peine au-dessus du zéro absolu. Lorsqu’un photon le frappe, il réchauffe le détecteur d’une quantité spécifique liée à son énergie. “En mesurant l’énergie de chaque rayon X, l’instrument fournit des informations auparavant indisponibles sur la source”, explique la NASA.

Xtend est une caméra CCD à rayons X avec une résolution plus élevée que son prédécesseur sur l’observatoire Hitomi en panne.

La première image de XRISM en haut de la page est celle d’un reste de supernova (SNR) dans le Grand Nuage de Magellan appelé N132D. Le reste est presque invisible sur l’image optique, mais est brillant aux rayons X. XRISM est un spectromètre qui a créé le spectre de rayons X le plus détaillé jamais créé pour le N132D.

L’étoile progénitrice était environ 15 fois plus massive que le Soleil et a explosé lorsqu’elle a épuisé son hydrogène et s’est effondrée sur elle-même. L’épave, le vestige de la supernova, a environ 3 000 ans et continue de s’étendre. Ces restes sont importants car ils propagent des éléments lourds dans toute la galaxie, réchauffent le milieu interstellaire et accélèrent les rayons cosmiques. Leurs ondes de choc peuvent même comprimer le gaz proche et déclencher la formation de nouvelles étoiles.

Brian Williams, scientifique du projet XRISM de la NASA à Goddard, a expliqué comment XRISM nous aidera à comprendre les SNR.

“Ces éléments ont été forgés dans l’étoile d’origine, puis ont été détruits lorsqu’elle a explosé en supernova”, a déclaré Williams. « Resolve nous permettra de voir les formes de ces lignes d’une manière jamais possible auparavant, nous permettant de déterminer non seulement l’abondance des différents éléments présents, mais également leurs températures, densités et directions de mouvement avec des niveaux de précision sans précédent. À partir de là, nous pouvons rassembler des informations sur l’étoile d’origine et l’explosion.

Mesurer la composition chimique des objets est important en astrophysique, et XRISM s’avère encore meilleur que prévu dans cette tâche.

“Même avant la fin du processus de mise en service, Resolve dépasse déjà nos attentes”, a déclaré Lillian Reichenthal, chef de projet XRISM de la NASA chez Goddard. “Notre objectif était d’atteindre une résolution spectrale de 7 électrons-volts avec l’instrument, mais maintenant qu’il est en orbite, nous atteignons 5. Cela signifie que nous obtiendrons des cartes chimiques encore plus détaillées avec chaque spectre capturé par XRISM.”

Xtend, l’imageur à rayons X de XRISM, joue un rôle important dans les observations. Son grand champ de vision lui permet d’observer une zone environ 60 % plus grande que la pleine Lune. L’équipe scientifique a publié une image radiographique Xtend d’Abell 2319, un amas de galaxies voisin qui fait l’objet d’études fréquentes.

Le violet sur l’image est un gaz résiduel de milliards d’années de naissance et de mort des étoiles. XRISM indiquera aux astronomes quels éléments sont présents et quelle est leur abondance, en particulier les éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium, appelés « métaux » en astronomie. Ces observations XRISM nous aideront à comprendre comment l’Univers s’est enrichi en métaux au cours de ses 13 milliards d’années d’histoire.

Les astronomes ont observé Abell 2319 avec le Chandra et identifié différentes sous-structures dans le milieu intra-amas (ICM.) Ils ont trouvé des fronts froids entre des masses de gaz plus froids et plus chauds et des sous-structures encore plus fines à l’intérieur des fronts. Tout cela laisse présager une complexité plus grande qu’on ne le pensait auparavant, déclenchée par les fusions entre galaxies et groupes et par les interactions avec l’AGN de ​​l’amas. Abell 2319 subit actuellement un événement de fusion majeur, et comme XRISM est plus puissant que Chandra, il devrait révéler encore plus de détails sur la fusion.

Mais parallèlement au succès représenté par ces premières images, XRISM se trouve face à son premier défi. Une porte d’ouverture qui protège le détecteur Resolve avant le lancement ne s’est pas ouverte. Cela signifie que les photons inférieurs à 1 700 électrons-volts ne peuvent pas atteindre le détecteur. Le personnel de XRISM a tenté à plusieurs reprises de l’ouvrir, mais n’a pas encore réussi. S’il reste fermé, la mission ne détectera pas de photons inférieurs à 1 700 électrons-volts, alors qu’elle est conçue pour mesurer des photons aussi faibles que 300 électrons-volts. Ce problème n’affecte cependant pas Xtend et l’équipe XRISM travaille toujours sur une solution.

Bien que la mission XRISM soit avant tout un partenariat entre la NASA et la JAXA, l’ESA et l’Agence spatiale canadienne sont également impliquées.

«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.”