L'observatoire Chandra X-Ray est un télescope de la NASA qui examine les trous noirs, les quasars, les supernovas et autres - toutes les sources de haute énergie dans l'univers. Il montre un côté du cosmos qui est invisible à l'œil humain.
Après plus d'une décennie de service, l'observatoire a aidé les scientifiques à entrevoir l'univers en action. Il a vu des galaxies entrer en collision, observé un trou noir avec des vents d'ouragan cosmiques et entrevu une supernova se retournant après une explosion.
Le télescope - présenté comme l'un des grands observatoires de la NASA avec le télescope spatial Hubble, le télescope spatial Spitzer et l'observatoire Compton Gamma Ray - a également été un outil de relations publiques pour l'agence. Ses images sont fréquemment utilisées par la NASA dans les communiqués de presse.
L'une des images les plus remarquables de Chandra est ce qui semble être une "main" cosmique cherchant une nébuleuse brillante, bien que l'explication scientifique soit tout à fait différente. [Galerie: Photos étonnantes de l'observatoire Chandra X-Ray de la NASA]
Développer Chandra
L'astronomie aux rayons X est particulièrement difficile car vous devez quitter l'atmosphère terrestre pour observer les rayons. Les premières observations aux rayons X ont été éphémères, se déroulant en quelques minutes de vol de fusée, ou peut-être pendant quelques heures dans un ballon stratosphérique.
En 1962, l'astronome italo-américain Riccardo Giacconi et son équipe ont envoyé une fusée avec un détecteur de rayons X en altitude et ont découvert la première source de rayons X stellaires. Giacconi était naturellement désireux de faire plus de recherches.
Sur la base de sa conception, la NASA a lancé le premier télescope à rayons X: Uhuru, également connu sous le nom de Small Astronomical Satellite-1. Il est resté en orbite pendant plus de deux ans et a découvert les premiers signes d'un trou noir. Une autre idée de son équipe - l'Observatoire Einstein - a volé de 1978 à 1981. Il s'agissait du premier télescope à rayons X capable de prendre des photos.
Giacconi, maintenant une autorité établie dans l'astronomie des rayons X, s'est associé avec Harvey Tananbaum du Smithsonian pour proposer un observatoire plus puissant. Surnommée l'installation avancée d'astrophysique des rayons X, son objectif était de prendre "des images et des spectres haute résolution des sources de rayons X", selon l'Université Harvard.
Le télescope a été proposé pour la première fois en 1976. Les travaux se sont déroulés dans les années 80 et le télescope a été reconfiguré en 1992 (en réduisant les miroirs et les instruments) pour économiser de l'argent et le rendre apte à être lancé par navette. Peu de temps avant son lancement, le télescope a été renommé "Chandra" du nom du prix Nobel et astrophysicien Subrahmanyan Chandrasekhar.
Chandra a été lancé le 23 juillet 1999, depuis la baie de charge utile de la navette spatiale Columbia, le plus gros satellite jamais lancé par la navette. À peine huit heures après que Columbia eut atteint l'espace, Chandra quitta l'abri de la navette et s'envola. Les contrôleurs ont apporté plusieurs ajustements à l'orbite de Chandra dans les prochains jours.
Une fois finalisé, Chandra se trouvait sur une orbite elliptique autour de la Terre allant de 9 940 milles (16 000 kilomètres) à 82 650 milles (133 000 kilomètres) de la Terre. À son zénith, Chandra est à environ un tiers de la distance de la Terre à la lune. Cela lui permet de faire des observations aussi longtemps que 52 heures avant de perdre de vue sa cible.
Quant à Giacconi, le champion de longue date de Chandra? Il a partagé un prix Nobel pour son travail de pionnier en astronomie des rayons X en 2002. Son collègue, Tananbaum, est devenu directeur du Chandra X-ray Center en 1991, poste qu'il occupe toujours aujourd'hui.
Cibles après la première lumière
"Première lumière", ou la première fois que Chandra ouvrit ses yeux télescopiques à l'espace, eut lieu à la mi-août 1999. L'une de ses premières photos fut celle de Cassiopée A, les restes d'une étoile qui explosa dans une supernova dont Tycho Brahe était témoin. 1572.
L'image était jolie, mais plus important encore, Chandra explorait déjà l'histoire de Cassiopeia A. "Les scientifiques peuvent voir des preuves de ce qui pourrait être une étoile à neutrons ou un trou noir près du centre", a écrit la NASA dans un communiqué de presse d'août 1999.
Plus tard cette année-là, les astronomes ont publié un article Lettres du journal astrophysique discutant des éléments que Chandra a trouvés dans le gaz entourant l'étoile. Les résultats ont inclus du soufre, du silicium et du fer qui ont explosé de l'intérieur de l'étoile.
Les étoiles ont tendance à brûler leur hydrogène et leur hélium plus tôt dans leur vie; au moment où ces éléments fusionnaient, les températures dans l'étoile atteignaient plusieurs milliards de degrés Fahrenheit avant l'explosion.
Une autre des premières cibles de Chandra était la nébuleuse du crabe, qui montrait - pour la première fois - un anneau entourant une étoile pulsar au centre de la nébuleuse. Auparavant, Hubble espionnait des volutes de matière entourant le neutron, mais l'anneau était quelque chose de tout à fait nouveau.
"Cela devrait nous en dire beaucoup sur la façon dont l'énergie du pulsar pénètre dans la nébuleuse", a déclaré Jeff Hester, professeur à l'Arizona State University, dans un communiqué de presse de septembre. "C'est comme trouver les lignes de transmission entre la centrale électrique et l'ampoule."
Les débuts du trou noir
Au cours de sa deuxième année d'exploitation, Chandra a atteint son rythme de croisière. Des mises à jour régulières sont apparues parlant des investigations du télescope: des rayons X émanant des étoiles incrustées dans la nébuleuse d'Orion, une galaxie qui grandit en engloutissant ses voisins, et des preuves de bébés étoiles.
Le télescope a également commencé une série de découvertes concernant les trous noirs. Il a repéré des preuves d'un trou noir de type 2 quasar émanant de rayons X derrière une épaisse feuille de matériau qui avait précédemment caché l'existence du trou noir.
Plus tard, les scientifiques ont annoncé un nouveau type possible de trou noir dans la galaxie M82. À partir de huit mois d'observations, les scientifiques ont déclaré que le trou noir pourrait représenter une étape évolutive entre de petits trous noirs formés d'étoiles et les trous beaucoup plus massifs qui se cachent au centre des galaxies.
"Le trou noir dans M82 contient la masse d'au moins 500 soleils dans une région de la taille de la lune", a écrit la NASA en septembre 2000.
"Un tel trou noir nécessiterait des conditions extrêmes pour sa création, comme l'effondrement d'une" hyperstar "ou la fusion de dizaines de trous noirs."
Matière noire possible et autres découvertes
Les astronomes sont continuellement à la recherche de la matière "noire", qui est considérée comme une substance pratiquement invisible qui fait l'essentiel de l'univers. Jusqu'à présent, nous ne pouvons le détecter que par sa gravité.
En 2006, une équipe d'astronomes a passé plus de 100 heures à utiliser Chandra pour regarder l'amas de galaxies 1E0657-56, qui contient le gaz d'une collision d'amas de galaxies. Les observations de Chandra ont été combinées avec celles de plusieurs autres observatoires.
Les chercheurs ont examiné l'effet de l'amas de galaxies sur les lentilles gravitationnelles, qui est un moyen connu pour que la gravité déforme la lumière des galaxies de fond. Leurs observations de la gravité ont montré que la matière normale et la matière noire se déchiraient lors de la collision de la galaxie.
Pendant que la recherche de matière noire se poursuit, Chandra a été utilisée pour trouver d'autres matières manquantes. En 2010, les chercheurs ont utilisé Chandra et l'observatoire XMM-Newton de l'Agence spatiale européenne, sondant un réservoir de gaz reposant le long d'un mur de galaxies à environ 400 millions d'années-lumière de la Terre.
Les scientifiques ont trouvé des preuves de baryons, qui sont des électrons, des protons et d'autres particules qui composent la matière trouvée dans une grande partie de notre univers. Les chercheurs soupçonnaient que le gaz contiendrait une quantité importante de cette matière.
Alors que les scientifiques continuent de sonder la nature de la matière, Chandra continue de produire de superbes images qui révèlent également la structure de l'univers. Ces images incluent une étude des nébuleuses planétaires et d'un amas de galaxies à croissance rapide, ainsi qu'une "superbe bulle" trouvée dans le Grand Nuage de Magellan.
En 2013, Chandra a détecté une explosion record du trou noir supermassif de la Voie lactée, un objet connu sous le nom de Sagittaire A * ou Sgr A *. À l'époque, les astronomes observaient comment Sgr A * réagirait à ce qui était alors soupçonné d'être un nuage de gaz, mais il a par la suite été déterminé qu'il s'agissait d'un nuage entourant un objet compact. Alors que G2 n'a pas produit les feux d'artifice que les scientifiques espéraient, les scientifiques ont repéré une mégaflare qui était 400 fois plus brillante que l'état de repos normal du trou noir, trois fois plus brillante que le précédent détenteur du record.
"Si un astéroïde était déchiré, il contournerait le trou noir pendant quelques heures - comme de l'eau entourant un drain ouvert - avant de tomber", a déclaré Fred Baganoff du Massachusetts Institute of Technology à Cambridge, Massachusetts, dans un communiqué. . "C'est juste combien de temps nous avons vu la fusée éclairante aux rayons X la plus brillante pour la dernière fois, c'est donc un indice intrigant à considérer."
Une autre théorie suggère que les lignes de champ magnétique à l'intérieur de G2 se sont emmêlées alors qu'elles se dirigeaient vers Sgr A *. La reconfiguration occasionnelle des lignes de champ produit une explosion de rayons X brillante semblable aux éruptions magnétiques vues sur le soleil.
En 2017, Chandra était l'un des nombreux instruments qui ont capté une impulsion de lumière à haute énergie provenant de la puissante explosion provoquée par la fusion de deux étoiles à neutrons. Des observations avec l'Observatoire des ondes gravitationnelles (LIGO) de l'Interféromètre laser de la National Science Foundation avaient repéré des ondes gravitationnelles liées à la collision, encourageant les scientifiques à rechercher les signes des conséquences de l'explosion.
"Il s'agit d'une science extrêmement excitante", a déclaré dans un communiqué Paul Hertz, directeur de la Division d'astrophysique de la NASA. "Maintenant, pour la première fois, nous avons vu des ondes lumineuses et gravitationnelles produites par le même événement. La détection de la lumière d'une source d'ondes gravitationnelles a révélé des détails de l'événement qui ne peuvent pas être déterminés à partir des seules ondes gravitationnelles. L'effet multiplicateur de étude avec de nombreux observatoires est incroyable. "
Chandra aide même à préparer les humains pour des voyages vers d'autres systèmes stellaires. En 2018, Chandra a annoncé les résultats d'une étude d'une décennie sur Alpha Centauri, le système stellaire le plus proche du soleil. Le système à trois étoiles se trouve à un peu plus de quatre années-lumière de la Terre et est la cible de projets comme Breakthrough Starshot, qui vise à envoyer un essaim de nanocrafts dans le système à la recherche d'une vie potentielle. Après avoir observé le système, les données de Chandra ont révélé que le bombardement aux rayons X autour d'Alpha Centauri A est légèrement meilleur que le soleil, et seulement légèrement pire autour d'Alpha Centauri B.
"C'est une très bonne nouvelle pour Alpha Cen AB en termes de capacité de vie possible sur n'importe laquelle de leurs planètes à survivre aux radiations des étoiles", a déclaré Tom Ayres, chercheur à l'Université du Colorado Boulder, dans un communiqué. "Chandra nous montre que la vie devrait avoir une chance de se battre sur des planètes autour de l'une ou l'autre de ces étoiles."
La mission de Chandra, initialement prévue pour durer cinq ans, puis étendue à au moins 10 ans, est toujours aussi solide après plus de 18 ans d'opérations. Dans une interview accordée à Space.com en 2010, Roger Brissenden, directeur et directeur de vol de Chandra, a déclaré que l'instrument avait suffisamment de réserves de systèmes de puissance et de propulsion pour durer jusqu'à "au moins 2018".
"Il y a suffisamment de carburant pour plusieurs dizaines d'années", a déclaré Brissenden. "La mission de 20 ans serait à portée de main."
Ressources additionnelles
- Top 10 des faits sur Chandra
- Où est l'observatoire de rayons X de Chandra?
- Blog Chandra
