Un nouveau télescope spatial ouvrira une vue sans précédent de l'univers en lumière ultraviolette. Le satellite ULTRASAT fournira de nouvelles informations fondamentales sur les phénomènes à haute énergie tels que les explosions de supernova, collision d'étoiles à neutrons et de trous noirs actifs, tous pouvant également générer des ondes gravitationnelles et agir comme des accélérateurs de particules cosmiques.

Lundi à Rehovot, Israël, le Président de l'Association Helmholtz, Otmar D. Wiestler, et le Directeur du centre Helmholtz DESY, Helmut Dosch, convenu avec le Weizmann Institute of Science d'une coopération pour la participation allemande au projet dirigé par Israël. DESY construira la caméra UV de 100 mégapixels pour le télescope spatial. Pour le projet, DESY travaille avec le Centre aérospatial allemand DLR, qui est également membre de l'Association Helmholtz.

« Helmholtz entretient de nombreuses et excellentes collaborations scientifiques avec des partenaires israéliens depuis des décennies. En collaboration avec le Weizmann Institute of Science, nous franchissons maintenant une autre étape importante dans le domaine de l'astrophysique. Je suis extrêmement heureux à ce sujet, " a déclaré le président de Helmholtz, Otmar D. Wiestler. " La coopération sur le télescope spatial ULTRASAT a le potentiel de créer une toute nouvelle base pour la détection des ondes gravitationnelles et des événements astrophysiques associés, au plus haut niveau international."

Le directeur de DESY, Helmut Dosch, a ajouté :« Nous avons une coopération longue et fructueuse avec un certain nombre de partenaires israéliens. Nous poursuivons maintenant cette histoire à succès avec notre participation au projet de satellite ambitieux de l'Institut des sciences Weizmann. Directeur de Recherche de DESY pour la Physique des Astroparticules, Christian Stegmann, a souligné :« ULTRASAT nous offre un aperçu unique de l'univers des hautes énergies. Avec la caméra du télescope, DESY pourra combiner et apporter son expertise exceptionnelle dans le développement de détecteurs pour la physique des astroparticules et la physique des rayons X. »

ULTRASAT étudiera le ciel dans la gamme ultraviolette (220 à 280 nanomètres de longueur d'onde) du spectre électromagnétique et aura un champ de vision particulièrement large de 225 degrés carrés, environ 1200 fois plus grand que la pleine lune apparaît dans notre ciel. "Cette configuration unique va nous aider à répondre à certaines des grandes questions de l'astrophysique, " a déclaré Eli Waxman, chercheur principal d'ULTRASAT au Weizmann Institute of Science.

Par exemple, le satellite recherchera l'origine des éléments chimiques lourds. Outre les éléments les plus légers comme l'hydrogène et l'hélium, les éléments ont été presque exclusivement créés par fusion nucléaire dans le cosmos. Les étoiles produisent leur énergie à partir de cette fusion nucléaire, mais cela ne fonctionne que jusqu'au fer. La fusion d'éléments plus lourds comme le plomb ou l'or coûte de l'énergie. Leur synthèse a lieu dans les processus les plus puissants de l'univers, comme l'explosion d'une étoile en supernova ou la collision de deux étoiles à neutrons - les noyaux de soleils calcinés qui se sont effondrés sous leur propre poids à un point tel qu'ils ont la densité d'un gigantesque noyau atomique. Chaque atome d'or sur Terre et dans le reste du cosmos provient d'un soleil qui explose ou d'un crash d'étoile à neutrons.

"Nous voulons comprendre exactement comment les éléments sont produits et comment ils sont distribués, " explique David Berge, Scientifique principal à DESY. Les deux, les explosions de supernova et les collisions d'étoiles à neutrons peuvent être particulièrement bien suivies en lumière UV, comme le souligne Berge. "La phase directe d'une supernova dans les premières minutes, heures et jours est principalement visible dans les UV. Pendant ce temps, la lumière UV contient des signatures caractéristiques qui indiquent l'étoile prédécesseur." Plus tard, une onde de choc jaillit de la boule de feu chaude, dans lequel les particules subatomiques chargées sont également accélérées à des énergies élevées. "Le satellite peut donc nous aider à comprendre l'origine de tels accélérateurs de particules cosmiques, ", dit Berge. "Nous voulons aussi savoir quel type d'étoile explose dans quel type de supernova."

ULTRASAT est particulièrement sensible aux phénomènes de haute énergie. « Tout ce qui devient extrêmement chaud brille de mille feux à la lumière UV, " rapporte le chercheur de DESY Rolf Bühler, chef de projet pour la caméra UV. Cela inclut les trous noirs actifs, qui absorbent la matière de leur environnement et accélèrent également les particules, et les collisions d'étoiles à neutrons. L'observation des crashs d'étoiles à neutrons peut non seulement fournir des informations sur la synthèse des éléments dans le cosmos, mais est également d'une grande importance pour la recherche sur les ondes gravitationnelles. "Si les ondes gravitationnelles sont enregistrées en fusionnant des étoiles à neutrons, leur position ne peut jusqu'à présent être résolue que grossièrement sur la base des données d'ondes gravitationnelles, " explique Bühler. " ULTRASAT peut s'orienter vers la région cible en 30 minutes maximum et, grâce à son large champ de vision, peut alors déterminer la position exacte presque immédiatement."

Le satellite a ainsi une fonction décisive pour le jeune domaine de l'astronomie multi-messagers (MMA), qui étudie l'univers via divers messagers tels que les particules cosmiques, les ondes gravitationnelles et les rayonnements électromagnétiques et constitue un nouveau domaine de recherche à DESY. Avec son large champ de vision, le satellite aura en vue une partie du ciel particulièrement large et pourra ainsi également détecter des objets inconnus qui s'embraseront soudainement dans le domaine UV.

Avec un poids total de seulement 160 kilogrammes et un volume de moins d'un mètre cube, ULTRASAT (Ultraviolet Transient Astronomy Satellite) est un petit satellite scientifique. L'Institut des sciences Weizmann et l'Agence spatiale israélienne ISA partagent le financement et la gestion. Le lancement est prévu pour 2023. Le télescope spatial collectera ensuite des données pendant trois ans. Il sera mis en orbite haute vers 35, 000 kilomètres au-dessus de la surface de la Terre. Cela garantit que les perturbations dues au rayonnement ultraviolet de fond, que l'atmosphère terrestre réfléchit par le soleil, sont négligeables et permettent d'étudier de vastes zones du ciel. Le rayonnement UV ne peut être observé que depuis l'orbite car il est en grande partie absorbé et réfléchi par l'atmosphère.

La caméra UV, que DESY développe et construit, sera le cœur du télescope. Il aura une zone de capteur sensible aux UV de neuf sur neuf centimètres et une résolution de 100 mégapixels. Avec ces paramètres, les développeurs innovent :une caméra spatiale UV avec une telle résolution et sensibilité n'a jamais été construite auparavant. Pour la caméra, Les experts de DESY en physique des astroparticules travaillent en collaboration avec des spécialistes du développement de détecteurs du domaine de la recherche avec le rayonnement synchrotron. Avec ce projet, DESY apporte environ 5 millions d'euros au satellite, qui coûtera environ 70 millions d'euros au total.