Nouvel instrument pour capturer la poussière d’étoiles dans le cadre de la mission de la NASA

Les scientifiques et les ingénieurs du CU Boulder participeront bientôt à un effort visant à collecter un peu de poussière d’étoiles, ces minuscules morceaux de matière qui traversent la Voie lactée et qui constituaient autrefois les premiers éléments constitutifs de notre système solaire.

Cette poursuite fait partie de la mission IMAP (Interstellar Mapping and Acceleration Probe) de la NASA visant à explorer notre voisinage solaire et à décoder les messages contenus dans les particules provenant du soleil et au-delà de notre bouclier cosmique. Depuis 2018, une équipe du Laboratoire de physique atmosphérique et spatiale (LASP) de CU Boulder dirige le développement de l’un des 10 instruments scientifiques de la mission.

Cette semaine, l’équipe a soigneusement chargé l’instrument, connu sous le nom d’Interstellar Dust Experiment (IDEX), sur un camion de livraison. L’instrument, qui a la forme d’un grand tambour et pèse 47 livres, sera transporté au laboratoire de physique appliquée de l’université Johns Hopkins, dans le Maryland. Là, les ingénieurs commenceront le processus d’installation d’IDEX sur le vaisseau spatial IMAP.

IDEX est le premier instrument IMAP à arriver dans le Maryland. Au cours de cette mission de deux ans, IDEX détectera et analysera en détail la composition de centaines de particules de poussière interstellaire. Ces particules pénètrent dans notre système solaire depuis les vastes étendues d’espace entre les étoiles ou le milieu interstellaire. IDEX détectera également des milliers de particules de poussière interplanétaires rejetées par les comètes et les astéroïdes.

Les grains interstellaires sont si finement dispersés que l’instrument ne peut en collecter que quelques centaines au cours de sa durée de vie. Mais chaque petit grain de poussière interstellaire recèle un trésor d’informations.

“Ces particules de poussière sont nées lors d’explosions de supernova, la plupart d’entre elles ont été modifiées au cours de leur voyage dans l’espace interstellaire, mais elles restent le matériau le plus proche dont nous disposons pour comprendre les éléments constitutifs d’origine du système solaire”, a déclaré Mihály Horányi, directeur chercheur pour IDEX et professeur au LASP et au Département de physique de CU Boulder. “Les détecter et les analyser dans l’espace ouvre une nouvelle fenêtre sur l’univers.”

IMAP, dirigé par l’Université de Princeton, devrait être lancé au printemps 2025 et parcourra environ 1 million de kilomètres jusqu’à un point dans l’espace entre la Terre et le soleil appelé Lagrange Point 1.

Au cours de la mission, IDEX ouvrira son ouverture d’environ 20 pouces de large pour capturer la poussière qui passe, un peu comme une baleine à bosse ramassant du krill. L’instrument enregistrera la vitesse à laquelle ces particules se déplacent, ainsi que leur provenance et leur composition.

Raquel Arens, qui travaille sur les opérations de mission pour IDEX, a expliqué que l’instrument est le résultat d’années de travail d’une équipe de professionnels et d’étudiants du LASP, y compris de nombreuses nuits et tôt le matin.

“Ce que nous, en tant qu’équipe et LASP, avons accompli est incroyable”, a déclaré Arens, assistant de recherche professionnel au LASP.

Rapide et furieux

Dan Baker, directeur du LASP, a ajouté que l’institut a une longue tradition d’examen à la loupe de la poussière souvent négligée de l’univers. Une équipe du LASP a déjà conçu et construit un instrument similaire appelé SUrface Dust Analyser (SUDA). SUDA fait partie de la mission Europa Clipper de la NASA, dont le lancement est prévu pour Europa, la lune de Jupiter, plus tard cette année. Le Student Dust Counter de LASP a été lancé lors de la mission New Horizons en 2006 et explore désormais la périphérie de notre système solaire.

“La poursuite de la recherche sur la poussière cosmique a été l’une des réalisations majeures du LASP”, a déclaré Baker. “Depuis environ deux décennies, l’équipe LASP a affiné et avancé les techniques de détection pour permettre des mesures véritablement étonnantes qui révolutionnent notre compréhension de l’origine et de l’évolution de notre système solaire et du vaste cosmos au-delà.”

Emprisonner la poussière dans l’espace n’est pas une tâche facile, a déclaré Scott Tucker, chef de projet IDEX. Parce que les particules de poussière interstellaire sont si rares, lui et ses collègues ont dû rendre l’instrument environ deux fois et demie plus gros que SUDA : plus la bouche est grande, plus vous pouvez attraper de particules.

Chaque grain de poussière, qui sera probablement riche en éléments silicium et carbone, ne mesurera peut-être que quelques millionièmes de pouce de large. Mais certains voyageront également à des vitesses bien supérieures à 100 000 milles à l’heure.

Lorsque ces grains s’écrasent à l’arrière de l’IDEX, ils se vaporisent instantanément en un nuage d’ions, que l’instrument va ensuite collecter et analyser.

“Le principal défi d’IDEX a été ce que les ingénieurs appellent la “plage dynamique””, a déclaré Tucker. “Nous devons prendre à la fois des particules très rapides et grosses et des particules plus petites et plus lentes et les mesurer avec le même instrument.”

À ce jour, a-t-il ajouté, les scientifiques n’ont pu capturer et étudier que quelques dizaines de grains de poussière interstellaire, ce qui rend chaque nouvelle découverte de l’IDEX précieuse.

“Ce sont de petits paquets d’informations provenant d’il y a très longtemps et de très très loin”, a déclaré Tucker.

Bon voyage

Il a ajouté qu’IDEX n’aurait pas réussi à sortir du Colorado, et encore moins à aller dans l’espace, sans la contribution des étudiants et des professionnels en début de carrière.

Arens fait partie de ces chercheurs en herbe. Elle a obtenu son diplôme de premier cycle en astrophysique à la CU Boulder en 2020 et a rejoint LASP en 2023. Elle s’est assurée qu’IDEX fonctionnait correctement pendant que les ingénieurs le soumettaient à une série de tests. Cela impliquait de tirer de minuscules morceaux de minéraux représentant la matière interstellaire sur l’instrument à l’aide d’une machine sur le campus appelée accélérateur de poussière.

Elle fait également partie des 87 personnes qui voyageront cérémonieusement dans l’espace aux côtés d’IDEX. L’instrument porte une plaque gravée avec les noms de nombreux membres de l’équipe qui ont travaillé dessus au fil des années.

“C’est stupéfiant de voir tous ces ingénieurs travailler ensemble, travailler tard, résoudre les problèmes et continuer à avancer avec une attitude positive”, a déclaré Arens.