Une nouvelle mission de fusée-sonde se dirige vers l’espace pour comprendre comment les morts stellaires explosives jettent les bases de nouveaux systèmes stellaires. L’expérience spectroscopique ultraviolette à champ intégral, ou INFUSE, mission de fusée-sonde, sera lancée depuis le champ de tir de missiles White Sands au Nouveau-Mexique le 29 octobre 2023, à 21 h 35 HAR.
Pendant quelques mois chaque année, la constellation du Cygne (du latin « cygne ») survole le ciel nocturne de l’hémisphère nord. Juste au-dessus de son aile se trouve une cible préférée des astronomes amateurs et des scientifiques professionnels : la boucle du Cygnus, également connue sous le nom de nébuleuse du Voile.
La boucle du Cygnus est le vestige d’une étoile qui faisait autrefois 20 fois la taille de notre Soleil. Il y a environ 20 000 ans, cette étoile s’est effondrée sous l’effet de sa propre gravité et est devenue une supernova. Même à 2 600 années-lumière, les astronomes estiment que l’éclair lumineux aurait été suffisamment brillant pour être visible depuis la Terre pendant la journée.
Les supernovae font partie d’un grand cycle de vie. Ils projettent des métaux lourds forgés dans le noyau d’une étoile dans les nuages de poussière et de gaz environnants. Ils sont à l’origine de tous les éléments chimiques de notre univers plus lourds que le fer, y compris ceux qui composent notre propre corps. À partir des nuages et des étoiles laissés dans leur sillage, les gaz et la poussière des supernovae s’agglutinent progressivement pour former des planètes, des étoiles et de nouveaux systèmes stellaires.
« Les supernovas comme celle qui a créé la boucle du Cygnus ont un impact énorme sur la formation des galaxies », a déclaré Brian Fleming, professeur-chercheur à l’Université du Colorado à Boulder et chercheur principal de la mission INFUSE.
La boucle Cygnus offre un aperçu rare d’une explosion de supernova toujours en cours. Faisant déjà plus de 120 années-lumière de diamètre, cet énorme nuage continue de s’étendre aujourd’hui à environ 930 000 milles par heure (environ 1,5 million de kilomètres par heure).
Ce que nos télescopes capturent depuis la boucle Cygnus n’est pas l’explosion de la supernova elle-même. Au lieu de cela, nous voyons la poussière et le gaz surchauffés par le front de choc, qui brille en refroidissant.
« INFUSE observera comment la supernova déverse de l’énergie dans la Voie lactée en captant la lumière émise au moment même où l’onde de souffle s’écrase sur les poches de gaz froid flottant autour de la galaxie », a déclaré Fleming.
Pour voir ce front de choc à son paroxysme, Fleming et son équipe ont développé un télescope qui mesure la lumière ultraviolette lointaine, une sorte de lumière trop énergétique pour que nos yeux la voient. Cette lumière révèle du gaz à des températures comprises entre 90 000 et 540 000 degrés Fahrenheit (environ 50 000 à 300 000 degrés Celsius) qui grésille encore après l’impact.
INFUSE est un spectrographe de champ intégral, le premier instrument de ce type à voler dans l’espace. L’instrument combine les atouts de deux méthodes d’étude de la lumière : l’imagerie et la spectroscopie. Vos télescopes typiques sont équipés de caméras qui excellent dans la création d’images, montrant d’où vient la lumière, révélant fidèlement sa disposition spatiale. Mais les télescopes ne séparent pas la lumière en différentes longueurs d’onde ou « couleurs ». Au lieu de cela, toutes les différentes longueurs d’onde se chevauchent dans l’image résultante.
Spectroscopie, d’autre part, prend un seul faisceau de lumière et le sépare en longueurs d’onde ou spectre, tout comme un prisme sépare la lumière en un arc-en-ciel. Cette procédure révèle toutes sortes d’informations sur la composition de la source lumineuse, sa température et son mouvement. Mais la spectroscopie ne peut observer qu’un seul éclat de lumière à la fois. C’est comme regarder le ciel nocturne à travers un trou de serrure étroit.
L’instrument INFUSE capture une image puis la « tranche », en alignant les tranches dans un « trou de serrure » géant. Le spectromètre peut ensuite étaler chacune des tranches dans son spectre. Ces données peuvent être réassemblées en une image tridimensionnelle que les scientifiques appellent un « cube de données », comme une pile d’images où chaque couche révèle une longueur d’onde de lumière spécifique.
En utilisant les données d’INFUSE, Fleming et son équipe identifieront non seulement des éléments spécifiques et leurs températures, mais ils verront également où se situent ces différents éléments le long du front de choc.
« C’est un projet très excitant auquel participer », a déclaré Emily Witt, étudiante diplômée principale, également à CU Boulder, qui a dirigé la majeure partie de l’assemblage et des tests d’INFUSE et dirigera l’analyse des données. « Grâce à ces premières mesures en leur genre, nous comprendrons mieux comment ces éléments de la supernova se mélangent à l’environnement qui les entoure. C’est un grand pas en avant vers la compréhension de la manière dont les matériaux des supernovas deviennent partie intégrante de planètes comme la Terre et même de personnes comme nous. « .
Pour se rendre dans l’espace, la charge utile INFUSE volera à bord d’une fusée-sonde. Ces fusées agiles et sans équipage se lancent dans l’espace pour quelques minutes de collecte de données avant de retomber au sol. La charge utile INFUSE volera à bord d’une fusée-sonde à deux étages Black Brant 9, visant une altitude maximale d’environ 150 miles (240 kilomètres), où elle effectuera ses observations, avant de revenir en parachute au sol pour être récupérée. L’équipe espère mettre à niveau l’instrument et le relancer. En fait, des parties de la fusée INFUSE sont elles-mêmes réutilisées à partir de la mission DEUCE, qui lancé depuis l’Australie en 2022.