La NASA a lancé un prototype de télescope et d'instrument pour observer les rayons X émis par Cassiopée A, les débris en expansion d'une étoile explosée. La fusée d'imagerie à rayons X à microcalorimètre à haute résolution (Micro-X) a été lancée le 22 juillet à bord d'un lanceur suborbital appelé fusée-sonde et a testé avec succès sa technologie de détection.

"Le temps de vol d'une fusée-sonde est court par rapport aux satellites en orbite, vous devez donc obtenir autant de lumière que possible pour faire la science que vous voulez, " a déclaré le chercheur principal Enectali Figueroa-Feliciano, professeur agrégé de physique à la Northwestern University d'Evanston, Illinois. "Il n'y a que quelques sources de rayons X dans le ciel qui sont suffisamment lumineuses pour les quelques minutes d'observation que ces vols nous donnent, et Cassiopée A est l'une des plus brillantes. Notre étude s'appuiera sur les connaissances actuelles des restes de supernova, comment ils ont explosé et évolué, et nous aurons de nouvelles perspectives sur l'histoire de Cassiopée A."

Lancé à partir de la gamme de missiles White Sands de l'armée américaine au Nouveau-Mexique, Micro-X a grimpé à une altitude de 100 miles (160 kilomètres) – nécessaire pour détecter les rayons X qui sont absorbés par l'atmosphère terrestre – et a observé le reste pendant les cinq minutes suivantes. À son apogée, Micro-X a atteint une altitude de 167 miles (270 kilomètres).

La mission intègre le premier réseau de microcalorimètres à rayons X à capteur de transition à voler dans l'espace. Ces capteurs agissent comme des thermomètres très sensibles et constituent des détecteurs idéaux pour un télescope à rayons X.

Le microcalorimètre est composé de trois parties principales :un absorbeur qui capte la lumière et la transforme en chaleur, une thermistance qui modifie sa propre résistance en raison des changements de température et un dissipateur thermique qui refroidit le microcalorimètre.

Pour Micro-X, un réfrigérateur refroidit le détecteur à environ 459 degrés en dessous de zéro Fahrenheit (0,075 degré Celsius au-dessus du zéro absolu), ou presque la température minimale possible. Lorsque l'instrument détecte des rayons X, l'énergie de la lumière est convertie en chaleur. Cela provoque une légère élévation de la température, invitant le réfrigérateur à refroidir le détecteur à sa température d'origine. L'énergie de chaque rayon X peut être déterminée à partir du changement de température.

L'une des nombreuses questions auxquelles les scientifiques sont intéressés par l'utilisation des données pour répondre est de savoir si les températures des gaz éjectés par l'explosion de l'étoile sont les mêmes pour le fer et le silicium, deux éléments précédemment mesurés par l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA. Une telle analyse n'était pas possible avec les spectromètres de Chandra.

"Avec Chandra, différentes régions du résidu de supernova se chevauchent dans le spectromètre, " a déclaré F. Scott Porter, un astrophysicien au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, qui participe à la mission. "Micro-X est différent car il peut prendre chaque photon dans son champ de vision, dire l'énergie exacte et faire un spectre."

Les informations recueillies par Micro-X seront également utilisées pour aider à répondre à la question de savoir combien d'oxygène réside dans Cassiopée A, créer un relevé des divers autres éléments du vestige et mesurer la vitesse de l'éjecta en forme d'anneau de l'étoile explosée.

Un aspect de la recherche qui n'était pas possible avant Micro-X était la mesure des raies spectrales faibles. Ces observations diront désormais aux scientifiques quels gaz sont présents ainsi que leur vitesse et leur direction. Ceci est possible car la lumière provenant de sources se déplaçant vers ou loin de nous provoque un décalage de longueur d'onde en fonction de leur vitesse, un phénomène connu sous le nom de décalage Doppler.

La mission de Micro-X et l'utilisation de capteurs de bord de transition se poursuivront à l'avenir. L'équipe Micro-X prévoit de porter son attention sur d'autres objets cosmiques. "Dans les futurs vols, nous pourrons examiner d'autres sources comme d'autres restes de supernova ou amas de galaxies, ", a déclaré Figueroa-Feliciano. "Nous avons même pensé à utiliser ce type de fusée pour rechercher la matière noire."

Des capteurs de bord de transition seront également intégrés dans les prochaines missions orbitales. Le télescope avancé de l'ESA (Agence spatiale européenne) pour l'astrophysique des hautes énergies (ATHENA), lancement prévu au début des années 2030, brandira un tableau d'environ 5, 000 pixels, près de 40 fois la taille du détecteur 128 pixels de Micro-X. ATHENA étudiera les structures de gaz chauds, telles que les groupes de galaxies, et procédera à un recensement des trous noirs.