Les astronomes manquent de précision lorsqu'ils étudient la matière "normale", la matière qui compose les galaxies, étoiles et planètes. Une nouvelle mission CubeSat parrainée par la NASA appelée HaloSat, déployé depuis la Station spatiale internationale le 13 juillet, aidera les scientifiques à rechercher la matière manquante de l'univers en étudiant les rayons X des gaz chauds entourant notre galaxie de la Voie lactée.

Le fond diffus cosmologique (CMB) est la plus ancienne lumière de l'univers, rayonnement de quand il était 400, 000 ans. Les calculs basés sur les observations du CMB indiquent que l'univers contient :5 % de protons de matière normale, neutrons et autres particules subatomiques; 25 pour cent de matière noire, une substance qui reste inconnue; et 70 pour cent d'énergie noire, une pression négative accélérant l'expansion de l'univers.

Alors que l'univers s'étendait et se refroidissait, matière normale fusionnée en gaz, poussière, planètes, étoiles et galaxies. Mais lorsque les astronomes calculent les masses estimées de ces objets, ils ne représentent qu'environ la moitié de ce que les cosmologistes disent devrait être présent.

"Nous devrions avoir aujourd'hui toute la matière que nous avions à l'époque où l'univers avait 400 ans, 000 ans, " dit Philippe Kaaret, chercheur principal de HaloSat à l'Université de l'Iowa (UI), qui dirige la mission. "Où est-il passé ? La réponse à cette question peut nous aider à apprendre comment nous sommes passés de l'état uniforme du CMB aux structures à grande échelle que nous voyons aujourd'hui."

Les chercheurs pensent que la matière manquante pourrait se trouver dans des gaz chauds situés soit dans l'espace entre les galaxies, soit dans des halos galactiques, composants étendus entourant les galaxies individuelles.

HaloSat étudiera le gaz dans le halo de la Voie lactée qui s'étend sur environ 2 millions de degrés Celsius (3,6 millions de degrés Fahrenheit). A des températures aussi élevées, l'oxygène perd la plupart de ses huit électrons et produit les rayons X que HaloSat mesurera.

D'autres télescopes à rayons X, comme l'explorateur de composition intérieure de l'étoile à neutrons de la NASA et l'observatoire à rayons X Chandra, étudier des sources individuelles en regardant de petites parcelles du ciel. HaloSat regardera tout le ciel, 100 degrés carrés à la fois, ce qui aidera à déterminer si le halo galactique diffus a plutôt la forme d'un œuf au plat ou d'une sphère.

"Si vous pensez au halo galactique dans le modèle d'œuf au plat, il aura une distribution de luminosité différente lorsque vous regardez directement depuis la Terre que lorsque vous regardez sous des angles plus larges, " a déclaré Keith Jahoda, un co-investigateur et astrophysicien HaloSat au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. "Si c'est dans une forme quasi-sphérique, par rapport aux dimensions de la galaxie, alors vous vous attendez à ce qu'il soit plus à peu près le même éclat dans toutes les directions."

La forme du halo déterminera sa masse, ce qui aidera les scientifiques à comprendre si la matière manquante de l'univers est dans des halos galactiques ou ailleurs.

HaloSat sera la première mission d'astrophysique qui minimise les effets des rayons X produits par l'échange de charge du vent solaire. Cette émission se produit lorsque le vent solaire, un écoulement de particules hautement chargées du Soleil, interagit avec des atomes non chargés comme ceux de l'atmosphère terrestre. Les particules du vent solaire captent les électrons des atomes non chargés et émettent des rayons X. Ces émissions présentent un spectre similaire à ce que les scientifiques s'attendent à voir du halo galactique.

"Chaque observation que nous faisons contient dans une certaine mesure cette émission de vent solaire, mais il varie avec le temps et les conditions de vent solaire, " a déclaré Kip Kuntz, un co-investigateur HaloSat à l'Université Johns Hopkins à Baltimore. "Les variations sont si difficiles à calculer que beaucoup de gens le mentionnent et l'ignorent ensuite dans leurs observations."

Afin de minimiser ces rayons X du vent solaire, HaloSat collectera la plupart de ses données en 45 minutes sur la moitié nocturne de son orbite de 90 minutes autour de la Terre. Du côté de la journée, le satellite se rechargera à l'aide de ses panneaux solaires et transmettra des données à Wallops Flight Facility de la NASA en Virginie, qui relaie les données au centre de contrôle des opérations de la mission à Blue Canyon Technologies à Boulder, Colorado.

"HaloSat a été une merveilleuse opportunité de mettre la main sur un instrument, travailler sur les subtilités de quelque chose qui va dans l'espace, et planifier tous les problèmes qui vont avec, ce qui est très amusant, " a déclaré Daniel LaRocca, un étudiant diplômé de l'UI dans l'équipe de mission.

HaloSat mesure 4 x 8 x 12 pouces (environ 10 x 20 x 30 centimètres) et pèse environ 26 livres (12 kilogrammes). Il s'agit de la première mission d'astrophysique CubeSat axée sur la science, mais un CubeSat appelé Arcsecond Space Telescope Enabling Research in Astrophysics (ASTERIA), dirigé par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, Californie, lancé en 2017 pour démontrer la technologie de l'astrophysique. Les missions CubeSat prennent généralement environ trois ans pour se développer jusqu'au lancement et au début de la collecte de données, le temps optimal pour que les étudiants de premier cycle ou des cycles supérieurs soient impliqués du début à la fin.

"HaloSat a définitivement façonné la façon dont je vois mon avenir se dérouler, " a déclaré Hannah Gulick, un étudiant de premier cycle en UI travaillant sur la mission. "I hope to be an astrophysicist who builds instruments and then uses the observations from those instruments to make my own discoveries."

HaloSat is a NASA CubeSat mission led by the University of Iowa in Iowa City. Additional partners include NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, NASA's Wallops Flight Facility on Wallops Island, Virginie, Blue Canyon Technologies in Boulder, Colorado, Johns Hopkins University in Baltimore and with important contributions from partners in France. HaloSat was selected through NASA's CubeSat Launch Initiative as part of the 23rd installment of the Educational Launch of Nanosatellites missions.