La mission NuSTAR de la NASA fête ses dix ans d'étude de l'univers des rayons X

Le télescope spatial NuSTAR de la NASA, illustré dans cette illustration, comporte deux composants principaux séparés par un mât de 30 pieds (10 mètres), parfois appelé flèche. La lumière est collectée à une extrémité du mât et est focalisée sur sa longueur avant d'atteindre les détecteurs à l'autre extrémité. Crédit :NASA/JPL-Caltech

Après une décennie d'observation de certaines des régions les plus chaudes, les plus denses et les plus énergétiques de notre univers, ce petit mais puissant télescope spatial a encore plus à voir.

Le Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) de la NASA fête ses 10 ans. Lancé le 13 juin 2012, ce télescope spatial détecte la lumière à rayons X à haute énergie et étudie certains des objets et processus les plus énergétiques de l'univers, des trous noirs dévorant les gaz chauds aux restes radioactifs des étoiles explosées. Voici quelques-unes des façons dont NuSTAR nous a ouvert les yeux sur l'univers des rayons X au cours de la dernière décennie.

Voir des radiographies près de chez soi

Différentes couleurs de lumière visible ont différentes longueurs d'onde et différentes énergies; de même, il existe une gamme de rayons X ou d'ondes lumineuses avec des énergies plus élevées que celles que les yeux humains peuvent détecter. NuSTAR détecte les rayons X à l'extrémité supérieure de la plage. Il n'y a pas beaucoup d'objets dans notre système solaire qui émettent les rayons X que NuSTAR peut détecter, mais le Soleil le fait :ses rayons X à haute énergie proviennent de microflares, ou de petites rafales de particules et de lumière à sa surface. Les observations de NuSTAR contribuent à mieux comprendre la formation de plus grandes fusées éclairantes, qui peuvent causer des dommages aux astronautes et aux satellites. Ces études pourraient également aider les scientifiques à expliquer pourquoi la région extérieure du Soleil, la couronne, est plusieurs fois plus chaude que sa surface. NuSTAR a également récemment observé des rayons X à haute énergie provenant de Jupiter, résolvant un mystère vieux de plusieurs décennies sur la raison pour laquelle ils n'ont pas été détectés dans le passé.

Les rayons X du Soleil - vus dans les observations vertes et bleues de NuSTAR de la NASA - proviennent de gaz chauffés à plus de 5,4 millions de degrés Fahrenheit (3 millions de degrés Celsius). Les données prises par le Solar Dynamics Observatory de la NASA, vues en orange, montrent un matériau d'environ 1,8 million de F (1 million de C). Crédit :NASA/JPL-Caltech/GSFC

Éclairer les trous noirs

Les trous noirs n'émettent pas de lumière, mais certains des plus grands que nous connaissons sont entourés de disques de gaz chaud qui brillent dans de nombreuses longueurs d'onde de lumière différentes. NuSTAR peut montrer aux scientifiques ce qui arrive au matériau le plus proche du trou noir, révélant comment les trous noirs produisent des éruptions lumineuses et des jets de gaz chaud qui s'étendent sur des milliers d'années-lumière dans l'espace. La mission a mesuré les variations de température dans les vents des trous noirs qui influencent la formation d'étoiles dans le reste de la galaxie. Récemment, le télescope Event Horizon (EHT) a pris les toutes premières images directes des ombres des trous noirs, et NuSTAR a apporté son soutien. Avec d'autres télescopes de la NASA, NuSTAR a surveillé les trous noirs à la recherche d'éruptions et de changements de luminosité susceptibles d'influencer la capacité d'EHT à imager l'ombre projetée par eux.

L'une des plus grandes réalisations de NuSTAR dans ce domaine a été la première mesure sans ambiguïté du spin d'un trou noir, ce qu'elle a fait en collaboration avec la mission XMM-Newton de l'ESA (Agence spatiale européenne). Le spin est le degré auquel la gravité intense d'un trou noir déforme l'espace qui l'entoure, et la mesure a permis de confirmer certains aspects de la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein.

Trouver des trous noirs cachés

NuSTAR a identifié des dizaines de trous noirs cachés derrière d'épais nuages de gaz et de poussière. La lumière visible ne peut généralement pas pénétrer ces nuages, mais la lumière à rayons X à haute énergie observée par NuSTAR le peut. Cela donne aux scientifiques une meilleure estimation du nombre total de trous noirs dans l'univers. Ces dernières années, les scientifiques ont utilisé les données NuSTAR pour découvrir comment ces géantes sont entourées de nuages aussi épais, comment ce processus influence leur développement et comment l'obscurcissement est lié à l'impact d'un trou noir sur la galaxie environnante.

This illustration shows a black hole surrounded by an accretion disk made of hot gas, with a jet extending into space. NASA's NuSTAR telescope has helped measure how far particles in these jets travel before they "turn on" and become bright sources of light, a distance also known as the "acceleration zone." Crédit :NASA/JPL-Caltech

Revealing the power of 'undead' stars

NuSTAR is a kind of zombie hunter:It's deft at finding the undead corpses of stars. Known as neutron stars, these are dense nuggets of material left over after a massive star runs out of fuel and collapses. Though neutron stars are typically only the size of a large city, they are so dense that a teaspoon of one would weigh about a billion tons on Earth. Their density, combined with their powerful magnetic fields, makes these objects extremely energetic:One neutron star located in the galaxy M82 beams with the energy of 10 million suns.

Without NuSTAR, scientists wouldn't have discovered just how energetic neutron stars can be. When the object in M82 was discovered, researchers thought that only a black hole could generate so much power from such a small area. NuSTAR was able to confirm the object's true identity by detecting pulsations from the star's rotation—and has since shown that many of these ultraluminous X-ray sources, previously thought to be black holes, are in fact neutron stars. Knowing how much energy these can produce has helped scientists better understand their physical properties, which are unlike anything found in our solar system.

Solving supernova mysteries

During their lives, stars are mostly spherical, but NuSTAR observations have shown that when they explode as supernovae, they become an asymmetrical mess. The space telescope solved a major mystery in the study of supernovae by mapping the radioactive material left over by two stellar explosions, tracing the shape of the debris and in both cases revealing significant deviations from a spherical shape. Because of NuSTAR's X-ray vision, astronomers now have clues about what happens in an environment that would be almost impossible to probe directly. The NuSTAR observations suggest that the inner regions of a star are extremely turbulent at the time of detonation. + Explorer plus loin