Le télescope IXPE a quitté la Terre le 9 décembre 2022. Durant sa mission, qui doit durer au moins deux ans, l’observatoire spatial aura pour tâche de se pencher sur quelques-uns des phénomènes les plus remarquables de tout l’Univers.

Les astronomes disposent désormais d’un nouvel instrument pour observer ce qui se passe dans l’Univers. Ce 9 décembre 2021, un nouveau télescope s’est envolé vers l’espace grâce à une fusée Falcon 9 de SpaceX. Ce nouvel observatoire, baptisé IXPE (pour Imaging X-ray Polarimetry Explorer), est un projet conjoint entre la Nasa et son homologue italienne. Il doit être positionné en orbite terrestre basse et sa mission principale doit durer deux ans.

Largement moins médiatisé que James Webb, dont le lancement est prévu le 22 décembre, le télescope IXPE va pourtant avoir un rôle important dans l’étude de certaines particularités les plus saisissantes de l’Univers. En effet, le rôle essentiel d’IXPE est de s’intéresser au comportement de certains objets, comme les trous noirs, les pulsars ou bien les étoiles à neutrons, en analysant leurs émissions de rayons X.

« Les rayons X sont une forme de lumière à haute énergie. Ils proviennent d’endroits où la matière est soumise à des conditions extrêmes – collisions violentes, explosions énormes, températures de 10 millions de degrés, rotations rapides et champs magnétiques puissants. Ils transportent des informations détaillées sur les puissants phénomènes qui les produisent », détaille la Nasa. Et c’est dans l’espace que cette observation doit être faite, car l’atmosphère fait écran.

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Représentation d’un pulsar, avec une impulsion très puissante qui part dans deux directions. // Source : Wikimedia/CC/Elmi1966

Percer les secrets de certains phénomènes extrêmes de l’Univers

Plus exactement, tout va se jouer au niveau de l’étude de la polarisation du rayonnement X de ces corps dont les comportements sont spectaculaires — les trous noirs pour leur faculté à tout engloutir, y compris la lumière, les étoiles à neutrons pour leur densité extraordinaire et leur vitesse de rotation très élevée, et les pulsars, pour leurs puissants rayonnements électromagnétiques. Les pulsars seraient générés par les étoiles à neutrons.

En tout, IXPE devrait s’intéresser à plusieurs dizaines d’objets qui ont déjà été catalogués et qui s’avèrent parmi les plus énergétiques de tout l’Univers observable. Parmi eux se trouve le trou noir supermassif qui se trouve tapi au cœur de la Voie lactée. L’ensemble de ces phénomènes a pour particularité d’émettre des rayons X. En se focalisant sur la lumière polarisée, il devrait être possible de les observer plus finement et donc, de mieux les comprendre.

Cette lumière polarisée, poursuit l’agence spatiale américaine, « contient des détails uniques sur l’origine de la lumière et sur ce qu’elle traverse ». D’ordinaire, la lumière est composée d’ondes et de champs électriques et magnétiques qui, pendant leur interaction, vibrent dans des directions bien particulières. Mais dans le cas de la lumière polarisée, elle est « constituée de champs électriques qui vibrent dans une seule direction. »

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Le trou noir M87*. Les caractéristiques très particulières de ces objets les rendent impossibles à observer directement. // Source : Wikimedia/CC/EHT

Pour ce travail, le télescope IXPE fait appel à trois télescopes identiques, qui sont composés de miroirs et d’un détecteur capable de mesurer quatre propriétés de la lumière, développe Technologiew Review, la revue du MIT : sa direction, son temps d’arrivée, son énergie et sa polarisation. Les données propres aux rayons X qui sont collectées par ces capteurs sont ensuite combinées pour, espèrent les astronomes, avoir de nouvelles informations sur ces phénomènes.

Cartographier le pourtour des trous noirs

Plusieurs questions taraudent en effet les scientifiques : Comment les trous noirs tournent-ils ? Qu’est-ce qui fait que les pulsars brillent avec autant d’intensité dans les rayons X ? Comment fonctionnent les jets de particules énergétiques éjectés de la région entourant les trous noirs supermassifs au centre des galaxies ? Si des théories et des pistes existent, des mesures plus concrètes permettraient d’affiner les modèles.

C’est donc des informations très prometteuses que l’observatoire IXPE pourrait fournir, car les objets qu’ils traquent sont parmi ceux qui sont les moins simples à observer. C’est le cas des trous noirs, dont les caractéristiques font qu’il n’est pas possible d’en observer directement un — une photographie produite en 2019 a toutefois permis d’en observer indirectement la forme, en montrant ce qui se passe tout autour.

IXPE pourrait d’une certaine façon apporter de la « netteté » à ce genre de photo, encore très floue. Ainsi, explique Technologie Review, en se basant sur la polarisation des rayons X, on devrait pouvoir cartographier le bord interne d’un trou noir en mesurant les caractéristiques de sa rotation. Faute de pouvoir en observer le centre, les astronomes sont contraints d’observer ses caractéristiques périphériques

Tout juste lancé, l’observatoire IXPE ne fonctionnera pas immédiatement. Il doit encore déployer ses panneaux solaires ainsi que ses instruments d’observation. Une fois que tous ses systèmes auront été vérifiés pour s’assurer du bon fonctionnement de l’ensemble, il pourra vraiment débuter sa mission, début 2022, en s’intéressant d’abord à Cassiopée A, qui est la trace d’une supernova et accessoirement une forte source d’ondes radio.