Chandra

Lancement : 23 juillet 1999

Chandra est un puissant télescope en orbite autour de la Terre et qui enregistrent les rayons X en provenance de notre univers. La détection de rayons X permet d'identifier les trous noirs et autres objets célestes difficilement détectables par les autres télescopes terrestres ou spatial (hubble). Les chercheurs espèrent également en apprendre plus sur la distribution de l'énergie dans l'univers (température et champs gravitationnels).  Chandra a pris sa première photo en août 1999 et a coûté 2,8 milliards de $. La mission de Chandra devait durer 5 ans et elle a été étendue à 10 ans.

Chandra fait des découvertes spectaculaires tous les mois, et la meilleure façon d'être au courant, est de visiter le site officiel régulièrement. Les images sont étonnantes.

News de janvier 2002 :

Des images recueillies par Chandra, le télescope spatiale de la Nasa, apportent pour la première fois des révélations sur le coeur de la Voix Lactée, qui s'apparente à un bouillonnement incandescent de centaines d'étoiles naines, de gaz et de trous noirs, annonce jeudi la revue britannique Nature.

Depuis une vingtaine d'années, les astronomes étaient dans l'incapacité, avec leurs télescopes terrestres, de se faire une idée précise de l'intérieur de la voix lactée et d'expliquer le mystère de son rayonnement, en raison de sa distance avec la Terre et de la présence autour d'elle d'un nuage de poussière. Une équipe d'astronomes menée par Daniel Wang de l'Université du Massachussets à Amherst vient de présenter une mosaïque de 30 clichés dans la gamme des rayons-X pris par Chandra. Ils révèlent que les émissions de rayons-X proviennent d'au moins un millier de sources ponctuelles (alors qu'on n'en avait repéré qu'une vingtaine auparavant) et les chercheurs ont pu dresser une carte du coeur de la galaxie. Le nombre des sources lumineuses, selon les chercheurs, laisse penser que ce sont des étoiles de type naines blanches, des étoiles à neutrons ou des trous noirs, donc des constellations à des stades ultimes de leur évolution, et qui dégagent une radiation intense alors qu'elles se contractent. Ces étoiles sont enrobées d'un gaz chaud d'une température d'environ 10 millions de degrés C, lequel provient des résidus d'étoiles qui se forment et disparaissent rapidement, dans la "cocotte-minute" à laquelle s'apparente la galaxie. Visible à l'oeil nu par temps clair, la Voie Lactée, d'une épaisseur de quelque 80.000 années-lumière, contient plus de cent milliards d'étoiles. La Terre se situe à 26.000 années-lumière du noyau central de la trainée lumineuse. Le télescope Chandra a été lancé par la navette spatiale américaine en le 23 juillet 1999 et avait pris sa première photo en Août de la même année.

Site officiel à visiter une fois par semaine pour les dernières photos :

http://chandra.nasa.gov/

La mission en détail :

Qu’est-ce que Chandra X-ray Observatory ?

Chandra X-ray Observatory (précédemment dénommé AXAF) est un télescope qui va traquer dans le ciel les émissions de rayons X.

Chandra X-ray Observatory en bref :

Longueur :18,9 m (soute de la navette : 20,1 m)

Distance focale des miroirs : 10,9 m

Poids : 5 660 kg (dont 998 kg pour le HRMA)

IUS et équipements divers : 14 885 kg

Capacité de Columbia pour cette mission : 22 774 kg

Orbite : périgée : 10 000 km – apogée : 140 000 km - inclinaison : 28,5°

Prix du programme : 1,4 milliard de dollars

Description de Chandra X-ray Observatory

Chandra X-ray Observatory est composé de trois éléments principaux : la plate-forme servant au pilotage du satellite et aux télécommunications, les miroirs et le module situé au foyer des miroirs qui supporte les instruments scientifiques.

Les miroirs

Chandra X-ray Observatory comporte quatre paires de miroirs Wolter de 1,2 m de diamètre et de 1,5 cm d’épaisseur. Ils sont constitués d’un verre particulièrement stable, appelé Zerodur, fourni par l’entreprise allemande Schott Glaswerke de Mayence. Leur taille et leur polissage ont été exécutés par la société Raytheon Optical Systems (ROS) qui était autrefois une Division de Perkin Elmer (Perkin Elmer a taillé le miroir de Hubble).

A la fin du polissage, aucun défaut de surface ne devait dépasser 3 angströms (3/10 000 de micron, soit 1/250 000 de l’épaisseur d’un cheveu). Tout creux ou bosse d’une taille supérieure aurait dégradé les performances du télescope.

ROS a développé une station de métrologie spéciale pour contrôler ces miroirs. Les mesures les plus sensibles ont été faites de nuit pour éviter les perturbations causées par le trafic extérieur, ou la simple marche des employés à l’intérieur du bâtiment. Toutes les sources de perturbations, même les plus infimes, ont été éliminées : pas de courant d’air, arrêt du conditionnement d’air pendant les mesures les plus sensibles.

A la fin du polissage, les miroirs ont été recouverts d’une couche d’iridium de 0,06 mm d’épaisseur par le Optical Coating Laboratory de Santa Rosa (Californie), puis ils sont partis chez Eastman Kodak afin d’y être intégrés dans une structure rigide. Tout aussi importante et délicate que la taille et le polissage, cette opération a été conduite dans une salle blanche de classe 100.

Les miroirs sont très minces pour gagner du poids mais, en contrepartie, ils risquent de se déformer s’ils sont soumis à des contraintes ; or, on sait que dans l’espace les matériels sont mis à rude épreuve. Il y a d’abord les vibrations au moment du décollage, puis des écarts de température très importants lorsque le satellite est sur orbite. Eastman Kodak a imaginé des chemises en graphite époxy collées sur des structures métalliques, un montage qui s’est révélé suffisamment stable malgré sa légèreté. TRW a particulièrement soigné la climatisation à l’intérieur de la cavité abritant les miroirs ; la température y sera maintenue à 21° C. Les quatre miroirs et leur support constituent l’HRMA (Hight Resolution Mirror Assembly).

Les miroirs sont protégés par un cache qui s’ouvre au moment des observations.

Les instruments

Disposés autour du point focal, ils constituent l’ISIM, Integrated Science Instrument Module. Chacun des instruments peut être glissé à la demande sur le point focal avec une extrême précision, ce qui rend possible les superpositions d’images réalisées avec des capteurs CCD différents. L’ISIM a été fourni par Ball Aerospace and Technology qui a aussi développé une caméra d’aspect permettant de positionner rigoureusement l’observatoire. Ils sont protégés des températures extrêmes par des revêtements thermiques, des chaufferettes électriques et des radiateurs.

Les principaux instruments sont les suivants :

- L’ACIS (Axaf Charged Coupled Imaging Spectrometer

Equipé de deux matrices CCD, il fournit de l’image et de la spectroscopie avec une résolution exceptionnelle de 0,5 seconde d’arc sur un spectre compris entre 0,2 et 10 keV. A titre de comparaison, la résolution des capteurs d’Einstein était de 4 secondes d’arc. Les responsables de cet instrument sont la Pennsylvania State University et le MIT (Massachusetts Institute of Technology).

- Hight Resolution Camera

Cette caméra à large champ a été fournie par le Smithsonian Astrophysical Laboratory.

- High Energy Transmission Grating

Cet instrument, qui est fabriqué par le MIT, permet d’obtenir des informations spectrales à haute résolution dans une gamme d’énergie comprise entre 0,4 et 10 keV. ; il est placé sur un faisceau de rayons X focalisé par les miroirs

- Low Energy Transmission Grating

Instrument chargé de détecter les rayons X dans la gamme d’énergie comprise entre 0,09 et 3 keV, il a été développé par le Space Research Organization (Pays-Bas), en collaboration avec le Max Planck Institute (Allemagne).

Evolution du projet

Lors de sa conception, il était prévu que Chandra X-ray Observatory comporterait six paires de miroirs. Mais, après les restructurations de la NASA en 1992 et les réductions de budget, il en comporte aujourd’hui quatre paires.

Le satellite pèse moins lourd que prévu, ce qui l’autorise à atteindre une altitude plus élevée. Passant plus de temps en dehors des ceintures de radiations, il permettra des observations ininterrompues pendant au moins  48 heures. On estime que plus de 89% (contre 60% initialement) de l’orbite décrite en 60 heures seront protégés des distorsions que provoque la proximité de la Terre.

En revanche, la nouvelle orbite, dont le périgée est de 10 000 km, interdit toute maintenance au cours d’une mission navette, comme c’est le cas pour Hubble. La durée de vie nominale est de 5 ans mais, compte tenu de la qualité des composants, elle pourrait dépasser les 10 ans. Pour les responsables de Chandra X-ray Observatory à la NASA, la réduction du nombre des miroirs n’affectera que très peu les objectifs scientifiques de la mission.

Fonctionnement de Chandra X-ray Observatory sur orbite

Les propositions d’observations viennent d’astronomes du monde entier. Elles sont regroupées au Centre scientifique de Chandra X-ray Observatory fonctionnant à Cambridge (Massachusetts). Le satellite est programmé pour 4 semaines d’observation, la mise à jour des demandes est hebdomadaire. Lorsque les propositions ont été approuvées par le Centre scientifique, elles sont transmises à Chandra X-ray Observatory par le Smithsonian Astrophysical Laboratory.

Que verra exactement Chandra X-Ray Observatory ?

Virtuellement, tous les corps de l'Univers émettent des rayons X, y compris notre Terre, par exemple lors des aurores boréales ou dans les éclairs d'orages.

Chandra X-ray Observatory n'observera pas la Terre mais pourra observer de nombreuses sources comme les protubérances géantes de certaines étoiles, analogues à celles du Soleil bien qu'à une plus grande échelle, qui sont provoquées par de gigantesques éruptions dues à la réorganisation du champ magnétique.

Chandra X-ray Observatory verra aussi l'émission X due à la chute de matière sur une étoile effondrée, trou noir ou étoile à neutron. Ces deux "objets" représentent le résidu de la vie d'une étoile dont la masse équivaut à plusieurs fois celle du Soleil et qui, à la fin de sa vie, a provoqué une explosion qui s'appelle une Supernova 

Dans l'Univers lointain, Chandra X-ray Observatory verra ce que l'on appelle les noyaux actifs de galaxies, objets dont la masse équivaut à un million de fois celle du Soleil et qui absorbent lentement la matière des régions internes de leur galaxie.

Il observera également les gigantesques régions de gaz porté à plusieurs millions de degrés qui entourent des amas de centaines de galaxies et qui se précipite lentement (en plusieurs milliards d'années !) vers le centre.

Enfin, aux confins de l'Univers, Chandra X-ray Observatory pourra voir la lumière X émise par les plus gigantesques explosions que l'on connaissent, les sursauts gamma, qui, en quelques secondes lâchent une énergie incroyable et disparaissent en produisant une faible luminosité en rayons X et gamma qui décroît en une ou deux semaines. On pense que ces objets pourraient être le résultat de la collision de deux étoiles à neutrons ou l'explosion d'une étoile extrêmement massive, plus de cent fois la masse du Soleil.

Dans tous ces cas, les rayons X apportent "une lumière" différente sur ces phénomènes par rapport à la lumière "visible" habituelle, permettant de mesurer des températures de plusieurs millions de degrés, ou de connaître le champ magnétique, la composition et l'état de la matière portée dans des conditions extrêmes, souvent inaccessible depuis la Terre.

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