Représentation d'artiste du SPRITE CubeSat en orbite autour de la Terre. Crédit :LASP
Les scientifiques de CU Boulder développent un satellite de la taille d'un four grille-pain pour explorer l'un des mystères les plus fondamentaux du cosmos :comment le rayonnement des étoiles s'est-il frayé un chemin hors des premières galaxies pour modifier fondamentalement la composition de l'univers il nous le savons aujourd'hui.
Ces informations proviendront de la Supernova Remnants and Proxys for ReIonization Testbed Experiment (SPRITE), une mission financée par la NASA et dirigée par le Laboratoire de physique atmosphérique et spatiale (LASP) de CU Boulder.
Lancement prévu en 2022, le SPRITE de 4 millions de dollars est le dernier de la gamme de petits vaisseaux spatiaux qui pourraient. Ce "CubeSat" mesurera un peu plus d'un pied de long et pèsera environ 40 livres. Il collectera également des données sans précédent sur les étoiles et les supernovas modernes pour aider les scientifiques à mieux comprendre une période de l'histoire du cosmos appelée « l'époque de la réionisation », une période au cours de laquelle les premières étoiles de l'univers ont vécu vite et durement, brûler et devenir une supernova en l'espace de quelques millions d'années seulement.
"Nous essayons d'établir à quoi ressemblait l'univers lorsqu'il s'est formé et comment il a évolué jusqu'à ce qu'il est aujourd'hui, " a déclaré Brian Fleming, un enseignant-chercheur au LASP qui dirige la mission SPRITE.
L'équipe espère également que SPRITE montrera à quel point les CubeSats peuvent accomplir. À ce jour, la plupart de ces engins spatiaux miniatures se sont concentrés sur l'étude de phénomènes plus proches de chez nous, tels que la météo sur Terre ou les éruptions cutanées jaillissant de la surface du soleil.
"Il y a eu une perception que pour faire de la nouvelle astrophysique, vous devez collecter beaucoup de lumière, donc vous avez besoin de quelque chose de grand, " dit Fleming, également du Département des sciences astrophysiques et planétaires. "SPRITE essaie de faire quelque chose de différent. Il y a beaucoup de science que vous pouvez faire en optimisant votre conception et en utilisant de nouvelles technologies."
Aller clair
Représentation d'un artiste de ce à quoi auraient pu ressembler les premières étoiles de l'univers entourées de nuages d'hydrogène gazeux neutre. Crédit :NASA
LUTIN, en d'autres termes, emballe beaucoup d'ambition dans un petit paquet.
Fleming a expliqué qu'avant l'époque de la réionisation, l'univers n'était pas du tout ce qu'il est aujourd'hui. Les premières étoiles et galaxies du cosmos commençaient tout juste à se former, mais leur lumière ne pouvait pas se propager aussi loin dans l'espace qu'aujourd'hui :les vastes distances entre les galaxies étaient remplies de gaz neutre qui embrumait efficacement l'univers.
Puis, il y a un peu plus de 13 milliards d'années, cela a commencé à changer :le rayonnement de ces jeunes étoiles a commencé à s'échapper de leurs galaxies et à ioniser le gaz environnant, éliminant les électrons des atomes d'hydrogène et modifiant la nature de la matière qui imprègne l'univers.
"Nous avons commencé à voir apparaître ces bulles d'ionisation, " dit-il. " Petit à petit, les bulles sont devenues de plus en plus nombreuses jusqu'à ce qu'elles commencent à fusionner."
Il n'y a qu'un seul problème avec la théorie :les scientifiques ne savent toujours pas comment cette lumière a pu s'échapper des premières galaxies de l'univers. Une théorie suggère que les anciennes supernovas ont fait exploser les nuages de gaz dense entourant ces premières étoiles, un peu comme des souffleurs de feuilles géants dans l'espace.
"Les supernovas sont très perturbatrices, " a déclaré Fleming. "Ils ont peut-être pu déplacer le gaz neutre afin que le rayonnement ionisant puisse sortir de ces premières galaxies."
Une image du télescope spatial Hubble d'une onde de choc se développant à partir d'une supernova. Crédit : NASA, ESA et G. Bacon, T. Frontières, L. Frattare, Z. Levay, et F. Summers, STScI
Faire preuve de créativité
SPRITE ne cherchera pas à observer directement ces anciennes éruptions. Au lieu, il effectuera deux enquêtes plus près de chez lui. On mesurera comment les galaxies proches émettent des rayonnements ionisants. La seconde examinera les restes d'étoiles explosées dans les Nuages de Magellan, deux galaxies naines qui entourent notre propre Voie lactée.
Ce ne sera pas facile. Ce type de rayonnement ne peut être observé que dans une fenêtre étroite de lumière ultraviolette, une fenêtre historiquement difficile à détecter avec des télescopes. Pour contourner cette limitation, l'équipe SPRITE expérimente une gamme de nouvelles technologies qui n'ont jamais volé dans l'espace auparavant. Ils comprennent un type spécial de revêtement miroir conçu pour renvoyer cette lumière ultraviolette dans les détecteurs du CubeSat.
L'équipe SPRITE est en train de finaliser les conceptions du vaisseau spatial et commencera bientôt à construire des pièces prototypes.
La mission sera également une opportunité d'apprentissage pour les scientifiques et ingénieurs en herbe du LASP. CubeSats, Fleming a expliqué, offrir aux étudiants et aux jeunes scientifiques et ingénieurs une chance de travailler sur une mission spatiale du début à la fin, ce qui n'est pas possible sur de nombreux plus grands, projets plus compliqués.
C'est l'une des raisons pour lesquelles Dana Chafetz a décidé de travailler sur SPRITE. Elle est diplômée de la Northeastern University de Boston en décembre 2019 et a rejoint le laboratoire de Fleming en tant qu'ingénieur en mécanique en avril. Chafetz a déclaré que ce projet CubeSat lui avait donné la chance de s'approprier davantage le processus de conception et la possibilité d'essayer des idées auxquelles personne n'avait pensé auparavant.
"Si je veux faire quelque chose de nouveau, tant qu'on peut le tester, on peut le faire, " Chafetz a déclaré. "C'est un environnement vraiment créatif."
