Spektr-RG, un nouveau télescope spatial en Rayons-X

Spektr-Röntgen-Gamma (SRG) est une mission russo-allemande qui a décollé ce samedi 13 juillet à 12h30:57 UTC à bord d’un lanceur Proton, depuis le Pad 81 du Cosmodrome de Baïkonour (Kazakhstan).

Décollage Proton / Spektr-RG le 13/07/2019 (credit Roscosmos)

Le lancement avait été reporté à plusieurs reprises. S’il n’y avait pas eu de report le 21 juin, cela aurait pu être une catastrophe pour le satellite Spektr-RG. En effet, il a été détecté quelques heures avant le décollage : les batteries du télescope étaient déchargées, et il a fallu les changer car non rechargeables. Du coup, le lanceur et le satellite étaient retournés au hall d’assemblage MIK. Selon Ria Novosti, il s’agit d’une erreur humaine qui aurait allumer les réchauffeurs du télescope le 19 juin, au lieu des 2 heures prévues après le décollage pendant la mise sur orbite pour le maintenir en température.

Spektr-RG lors de sa mise sous coiffe début juin 2019 (credit Roscosmos)

Environ 3 heures après le décollage, le satellite était séparé du lanceur et entamait son vol de croisière vers le point de Lagrange L2, un point où les forces gravitationnelles du Soleil et de la Terre s’équilibrent. A 1,5 million de kilomètres de la Terre, comme le satellite Gaia, SRG y effectuera sa mission sur une orbite stable. Ce point est bien adapté aux longues observations des astres car le Soleil, la Terre et la Lune resteront toujours à l’écart de la sonde.

Illustration de l’orbite visée par Spektr-RG (credit Lavochkin / Daniel C. au Salon du Bourget 2019)

L’agence spatiale russe, Roscosmos, a rapidement indiqué que le satellite allait bien et que « la collimation, l’étalonnage et les tests des télescopes ainsi que les observations de test seront effectués au cours des trois prochains mois de vol ».

Maquette de Spektr-RG au Salon du Bourget 2019 (credit Daniel C.)

 

Objectif : construire une carte de toutes les plus grandes grappes de galaxies et enregistrer environ 3 millions de trous noirs

Le satellite a été construit par Lavochkin et pèse 2 713 kg au total, la charge utile pesant 1 210 kg. Sa plateforme est la Navigator de Lavochkin qui équipait déjà le télescope Spektr-R qui vient de terminer sa mission en mai dernier.

Le télescope spatial Spektr-RG à son arrivée au Cosmodrome de Baïkonour pour la campagne de lancement (credit Roscosmos)

Spektr-RG a pour objectif de dresser une carte détaillée du ciel dans la longueur d’onde des rayons X. L’observatoire spatial balayera le ciel dans une large bande d’énergie avec une sensibilité et une résolution angulaire élevées. Rashid Syunyaev, de l’Académie des sciences de Russie et responsable scientifique de la mission, a déclaré aux journalistes fin avril que les scientifiques s’attendaient à ce que le satellite détecte environ trois millions de trous noirs et étudie les émissions de rayons X de 700 000 étoiles.

Cette carte sera essentielle pour résoudre les questions fondamentales de la cosmologie moderne : comment l’énergie noire et la matière noire affectent-elles la formation de la structure à grande échelle de l’Univers ? Quelle est l’évolution cosmologique des trous noirs supermassifs ? 

Les principaux objectifs scientifiques sont :

  • détecter le milieu intergalactique chaud de 50 à 100 000 amas et groupes de galaxies et le gaz chaud dans les filaments entre les amas pour cartographier la structure à grande échelle de l’Univers afin d’étudier l’évolution de la structure cosmique,
  • détecter systématiquement tous les trous noirs accrétants obscurcis dans les galaxies voisines et de nouveaux noyaux galactiques actifs distants
  • étudier en détail la physique des populations sources de rayons X galactiques, telles que les étoiles de séquence pré-principales, les restes de supernova et les binaires à rayons X.

Les observations aux rayons X des amas de galaxies fournissent des informations sur le taux d’expansion de l’Univers, la fraction de masse dans la matière visible et l’amplitude des fluctuations primordiales qui sont à l’origine des amas de galaxies et de l’ensemble de la structure de l’univers.

Les études astrophysiques sont planifiées sur 6,5 ans. Tournant autour d’un axe correspondant approximativement à la direction du Soleil, les télescopes de Specktr-RG seront en mesure de procéder à une couverture complète de la sphère céleste en six mois. Pendant 4 ans ce balayage devrait donner aux scientifiques des données à partir de huit relevés de la totalité du ciel. Pendant 2,5 ans, il y aura un mode d’observation ponctuelle d’objets dans l’univers à la demande de la communauté scientifique mondiale.

L’orbite proposée fournit un fond de particules en magnitude plus faible que celui des télescopes Chandra et XMM-Newton, ce qui permettra d’étudier en détail des objets diffus à faible luminosité.

Exemple d’image obtenue par l’observatoire spatial Chandra en Rayons X. Lorsqu’un trou noir tourne, il peut produire une colonne de matériau étroitement enroulée, ou un jet, qui s’en échappe. Cygnus A est une galaxie au milieu d’un amas de galaxies dans lequel un tel jet s’éloigne d’un trou noir supermassif en son centre. Les données de Chandra révèlent que ce jet a rebondi sur un mur de gaz chaud, puis percé un trou dans un nuage de particules. En étudiant de tels jets, les astronomes peuvent en apprendre davantage sur l’influence des trous noirs sur leur environnement. (credit X-ray: NASA/CXC/Columbia Univ./A. Johnson et al.; Optical: NASA/STScI)

 

Plusieurs télescopes à bord : eROSITA et ART-XC

Spektr-RG est constitué de 2 instruments indépendants.

  • eROSITA pour extended ROentgen Survey with an Imaging Telescope Array (recherche étendue de Röntgen avec un réseau de télescopes en imagerie) est le principal instrument de la mission SRG. Il a été développé par l’Institut Max Planck de physique extraterrestre (MPE) à Garching en Allemagne, avec un financement de l’agence spatiale allemande, le DLR.

D’après le MPE, il réalisera le premier relevé d’imagerie sur tout le ciel dans la plage des rayons X à énergie moyenne jusqu’à 10 keV avec une résolution spectrale et angulaire sans précédent. Il hérite du télescope européen XMM-Newton pour certaines technologies comme les détecteurs.

En fait, eROSITA est constitué de sept télescopes, contenant un système de 54 miroirs emboîtés formant une structure tubulaire conique.

Afin de maximiser la sensibilité des caméras embarquées sur eROSITA, elles seront maintenues à -95°C pendant la mission à l’aide d’un système de refroidissement passif spécial utilisant des caloducs et des radiateurs [les éléments peints en blanc sur le satellite].  Deux senseurs stellaires seront utilisés pour pointer avec précision l’instrument sur ses cibles.

Design de l’instrument eRosita (credit Max Planck Institut)

 

  • ART-XC, Astronomical Roentgen Telescope – X-ray Concentrator (Télescope astronomique de Roentgen – Concentrateur de rayons X), est un instrument de l’Institut de recherche spatiale (IKI) de Moscou.

Le télescope est composé de 7 modules de miroirs co-alignés identiques, chacun imbriquant 28 coques de miroirs fabriquées au Marshall Space Flight Center de la NASA et de détecteurs de très bonne résolution fabriqués par IKI.

L’instrument ART-XC avec ses sept modules miroir et ses sept détecteurs au plan focal (crédit : IKI/Russianspaceweb)

ART-XC est le plus petit des deux télescopes et présente une résolution inférieure à celle d’eROSITA, mais il fonctionne dans la plage de 5 à 30 keV et est donc utilisé pour les rayons X à haute énergie. L’instrument a également été conçu pour imager des sources de rayons X de luminosité changeante (appelées sources de rayons X transitoires), susceptibles de révéler de nouveaux types d’objets.

La combinaison des deux télescopes donnera une étude extrêmement détaillée de toute la voûte céleste sous rayons-X.

Sources de l’article diverses : MPE, Roscosmos et Russianspaceweb.

Pour compléter : la plaquette du télescope et le flyer d’eRoSITA (en anglais)

1 commentaire sur “Spektr-RG, un nouveau télescope spatial en Rayons-X”

  1. NB : Wilhelm Conrad Röntgen, physicien allemand (Lennep, 1845 – Munich, 1923). Il découvrit les rayons X en 1895 et reçut le Prix Nobel en 1901.

    NB : ne pas confondre Spektr-RG (ni Spektr-R) avec le module Spektr qui fut le 5e module de la station orbitale Mir.

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