L'univers en rayons X

Les rayons X au service de l'astronomie

Le spectre électromagnétique s’étend de l’ultra-violet à l’infra-rouge en traversant au passage les zones des rayons gamma, des rayons X et celle perceptible par l’œil humain. Un état de fait connu depuis longtemps.

Il avait d’ailleurs servi de fil conducteur à ma thèse de doctorat en art dentaire. Presque tout le monde sait que les dentistes utilisent des rayons X pour radiographier les dents.

En revanche, peu de gens savent que les astronomes observent aussi les signaux émis dans l’univers à ces (longueurs d’onde) fréquences-là.

L’astronomie s’intéresse pourtant depuis plusieurs décennies aux ondes dont les énergies vont grosso modo de 0,1 à 500 keV.

Comment mesurer les rayons X en astronomie ?

L’atmosphère terrestre ne laissant pas passer les rayons X issus de sources lointaines, la radioastronomie ne peut se développer qu’en envoyant toutes sortes d’artifices à haute altitude. Fusées, ballons et finalement satellites artificiels ont donc successivement remplies les tâches dévolues aux recherches dans cette gamme de fréquences. La liste de ces satellites est impressionnante. Une vingtaine d’entre eux opère encore ; le plus ancien depuis 1993 (DXS).

Quelques apports scientifiques dus à l’usage de rayons X en astronomie

Tous ces satellites ont apporté – ou apportent encore- un éclairage sur divers processus astronomiques ; voici quelques exemples.

XMM-Newton (ESA)

Ce satellite :

livre des spectroscopies détaillées des ceintures coronaires de diverses étoiles (donc pas seulement de notre Soleil), ainsi que :
apporte des connaissances :
- sur l’activité des noyaux galactiques, et
- sur la vitesse de rotation des trous noirs.
En collaboration avec les satellites Chandra (NASA) et ROSAT (MPE), il est en train d’apporter la preuve que l’univers ne s’étend pas de manière uniforme ; contrairement à un a priori largement admis jusqu’à ce jour. Voir à ce propos l’ensemble des questions encore ouvertes en cosmologie.

Chandra (NASA)

Ce satellite a jusqu’à présent permis :

de donner une mesure pour la constante de Hubble (76,9 km/s/Mpc) grâce à l’effet Sunayev-Zeldovich.
d’observer en 2006 la collision de super-clusters ; apportant par là-même une preuve en faveur de l’existence de matière sombre.
de découvrir un halo de gaz chaud entourant la voie lactée.
de s’apercevoir que Jupiter, Uranus et Pluton émettent des rayons X.
de remarquer le quasar PJ352-15 distant de 12,7 milliards d’année-lumière.

Spektr-RG/eRosita (Roskosmos/MPE)

Ce satellite fait actuellement les frais du conflit sur le front Est de l’Europe. Il orbite en stand-by autour d’un point de Lagrange de type L2.

Son objectif reste pourtant de première importance puisqu’il s’agit de radiographier les filaments cosmiques liant les galaxies entre elles. La récolte devrait contribuer à mieux comprendre la géométrie globale de l’univers et le mystérieux concept d’énergie sombre.

Lancé en 2019, il a malgré tout rassemblé des données sur environ un million d’objets au cours des six premiers mois de son périple. Les données concernant la partie Ouest sont désormais accessibles sur ArXiv [01]. Elles apportent quelques réponses concernant la question ouverte consistant à se demander : L’univers est-il homogène et isotrope ?

Les quatre derniers satellites lancés l’ont été par la Chine (deux), le Japon (un) et une collaboration américano-italienne.

Bibliographie :

[01] The SRG/eROSITA All Sky Survey: Cosmology Constraints from Cluster Abundances in the Western Galactic Hemisphere; arXiv:2402.08458 [astro-ph.CO] hptts://doi.org/10.48550/arXiv.2402.08458.