19 août 1999, Observatoire de rayons X Chandra du Smithsonian à Cambridge, Massachusetts: une grande salle remplie d’ordinateurs, d’équipements de surveillance et de scientifiques anxieux. Ils étaient inquiets parce qu'après de nombreuses années de dur labeur, après deux lancements frottés et un quasi-avortement, après sept fusées de rappel, leur télescope à rayons X était enfin en orbite et sur le point de s'ouvrir pour Entreprise.
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«C’était tout à fait une scène», se souvient Leon van Speybroeck, l’un des hommes qui l’a mise là. «Le lancement a eu lieu sur la navette spatiale Columbia, transportant sa plus grande charge utile de tous les temps. Maintenant, un mois plus tard, nous étions prêts. Donc, nous avons envoyé les commandes de l'ordinateur et avons attendu. Étonnamment, à 80 000 kilomètres de là, notre appareil pyrotechnique a explosé - c’était comme un pétard M-80. Il a ouvert la porte de 120 livres de la navette spatiale - comme prévu. "
Les rayons x cosmiques brillaient pour la première fois sur les miroirs délicats du précieux télescope. Les scientifiques de retour sur Terre, surveillant l’événement, ont retiré leurs écouteurs et se sont précipités dans la salle d’imagerie. Pendant 45 longues minutes, tout le monde a attendu de voir s’il obtiendrait une image du télescope ou si tout le projet aboutirait à «un seau de verre brisé», comme le disait van Speybroeck.
Puis, dans le monotone classique de l'ère spatiale grave, un scientifique a annoncé: «Nous obtenons des photons».
D'abord juste un point sur l'écran - les photons étant de minuscules unités de lumière - puis un autre et un autre. Peu à peu, une image d'une galaxie lointaine a émergé.
Plus de 23 ans en préparation, principalement à l'observatoire d'astrophysique Smithsonian de Cambridge, qui fait partie du Centre Harvard-Smithsonian pour l'astrophysique, et qui tire son nom du défunt lauréat du prix Nobel Subrahmanyan Chandrasekhar, les premières images du télescope Chandra ont stupéfié les observateurs sophistiqués.
La première image officielle de Chandra montre les conséquences d'une vaste explosion stellaire à Cassiopée A, une supernova restante à 10 000 années-lumière de distance, avec une clarté telle qu'une étoile à neutrons ou un trou noir semble être visible en son centre.
"Nous voyons la collision des débris de l'étoile éclatée avec la matière qui l'entoure", a déclaré le directeur du centre, Harvey Tananbaum, en décrivant l'image. "Nous voyons des ondes de choc déferler dans l'espace interstellaire à des millions de kilomètres à l'heure et, pour la première fois, un point lumineux proche du centre du reste qui pourrait éventuellement être une étoile effondrée."
Une autre première image radiographique attestant de la puissance et du potentiel de Chandra provenait d'un quasar situé à six milliards d'années-lumière. Surnommé PKS 0637-752 par des scientifiques, il émet dix mille milliards de soleils. En complément du télescope spatial Hubble, un autre grand observatoire spatial en orbite autour de la Terre, Chandra devrait permettre aux scientifiques d’analyser certains des grands mystères de l’univers. Depuis plus d'un an, le télescope à rayons X transmet un flot d'images captivantes et stimulantes pour la communauté scientifique.
Par exemple, l'observation par Chandra du Sagittaire A *, une source d'ondes radio au cœur de la Voie lactée, dont les scientifiques supposent qu'elle est alimentée par un trou noir équivalant à 2, 6 millions de fois la masse de notre soleil, a fait sensation l'hiver dernier. Grâce à la détection remarquable d’une source de rayons X provenant de Sag A *, les astronomes sont plus proches que jamais de la clarification du mystère du trou noir supermassif.
Les images haute résolution de Chandra nous donneront sûrement de nouvelles informations sur les trous noirs, qui sont des entités spatiales si denses que rien de proche ne peut échapper à leur gravité, pas même à la lumière. La capacité de Chandra à examiner les particules jusqu'à la dernière milliseconde avant qu'elles ne soient dissimulées à la vue permettra aux astronomes d'étudier la théorie de la gravité dans les conditions les plus extrêmes.
Le centre de rayons X Chandra du Smithsonian gère l'observatoire spatial sous contrat avec le centre de vol spatial Marshall de la NASA en Alabama. Lors de ma visite au centre Smithsonian de Cambridge, j'avais besoin de beaucoup d'aide. (Obtenu un D en physique à l'école préparatoire.) Wallace Tucker, astrophysicien et porte-parole de Chandra, a été capable de me parler autant que quiconque.
Les rayons X se situent à l'extrémité courte du spectre des ondes lumineuses. Les télescopes optiques peuvent traiter les étoiles émettant des dizaines de milliers de degrés de chaleur, mais les télescopes à rayons X ( Smithsonian, juillet 1998) peuvent observer des objets gazeux jusqu’à plusieurs centaines de millions de degrés.
Il est extrêmement difficile de se concentrer ou de diriger une vague d’une énergie aussi fantastique. Si vous placez un télescope conventionnel devant, la vague est simplement absorbée.
Mais, ai-je interrompu, qu'en est-il de mes rayons X à l'hôpital? Ah, répondit Tucker, ces images ne sont que des ombres. Les os étant plus denses que la chair, ils forment une ombre plus profonde lorsque les rayons X traversent tout votre corps.
«En outre, a-t-il ajouté, nous parlons de distances beaucoup plus longues et d'images plus fines. Comme regarder un centime de quatre miles de distance. "
Pour résoudre le problème des ondes, la solution consistait à concevoir un miroir capable de réfléchir les rayons très faiblement, de manière à ce qu’ils rebondissent, comme si on sautait des pierres sur l’eau au lieu de les absorber. Ensuite, ils pourraient être dirigés vers un détecteur électronique, stockés puis transmis au centre Chandra.
Alors que les miroirs de télescope optique sont des plats qui focalisent les faibles faisceaux de l'espace, les miroirs de Chandra sont en forme de tonneau. Quatre paires sont nichées comme des poupées russes afin de fournir une plus grande surface aux rayons x.
Ce n'était pas une nouvelle idée. Hans Wolter réalisa le travail de conception de base, une invention géométrique sur papier, en Allemagne en 1952. Dans les années 1970, Riccardo Giacconi adapta avec succès le principe à l'astronomie par rayons X. Giacconi est passé à d'autres conquêtes dans les années 1980, notamment pour diriger le travail sur le télescope spatial Hubble, mais son équipe a continué dans cette direction. Bien sûr, un grand nombre de personnes brillantes ont créé Chandra, mais je ne pense pas que ce soit trop que de dire que le responsable des miroirs uniques, le plus grand expert mondial en matière de conception, est Leon van Speybroeck, officiellement le Chandra Telescope Scientist., diplômé du MIT de Wichita (Kansas), membre du Smithsonian depuis le début des années 1970.
"Giacconi a eu l'idée dans les années 1960", a noté Tucker, "mais la NASA était sceptique. Les miroirs Chandra sont un point culminant de la carrière de Leon. »Nous parlons d'un miroir tellement lisse que, si c'était l'état du Colorado, Pikes Peak aurait moins d'un pouce de haut. Nous parlons de finesse à quelques atomes près, finesse pratiquement mathématique. Les miroirs ont un diamètre de deux à quatre pieds, une longueur de près de trois pieds et un poids supérieur à une tonne.
«Ils ont dû créer des structures spéciales pour construire ces miroirs», m'a confié Tucker. «Ils ont parcouru le monde à la recherche de poudres à broyer. Enfin, un homme du Tennessee a mis au point un composé d’oxyde de cérium mélangé à un extrait de sève d’arbre provenant de Suisse. »
Et délicat: toucher la surface et la graisse du bout des doigts pourrait la gâcher. Imaginez non seulement construire ces miroirs, mais aussi les fixer exactement dans l’alignement, et si fermement que le choc d’être précipités dans l’espace ne les décoifferait pas.
J'ai étudié une photo couleur de Cassiopée A et il était difficile de relier cette image aux premiers points apparus sur la plaque. Construire le portrait est un processus laborieux, l’art ultime du pointillisme.
«Nous détectons les photons un par un et nous gardons une trace de leur découverte, de leur emplacement et de la quantité d'énergie qu'ils contiennent», m'a confié Tucker.
Et qu'en est-il de la caméra qui enregistre ces images étonnantes? Deux d'entre eux, l'un à haute résolution, conçue par des scientifiques de Smithsonian, avec 69 millions de tubes de verre dans une grille permettant de déterminer la position exacte et l'heure d'arrivée de chaque rayon x, et un spectromètre imageur, une caméra spéciale de type numérique dont les dix Les puces sensibles aux rayons X contiennent un million de pixels chacune pour enregistrer la position et l'énergie des rayons. Deux dispositifs de filtrage spéciaux dispersent les rayons dans un arc-en-ciel à haute énergie, à la manière d'un spectroscope avec des milliers de couleurs distinctes, afin de permettre l'étude de la chimie de leur source céleste.
«Les stations Deep Space Network de la NASA en Australie, en Espagne et en Californie nous envoient les données», a poursuivi Tucker. «Et nous renvoyons des informations indiquant où nous voulons que Chandra regarde ensuite, toutes les 72 heures environ. Les cibles sont sélectionnées par un processus d'examen par les pairs. "
L'observatoire en vol se déplace presque au tiers du chemin de la Lune sur une orbite elliptique s'étendant de 6 000 à 86 400 milles, alors qu'il tourne autour de la Terre toutes les 64 heures. En moyenne, son orbite est 200 fois plus haute que celle du télescope Hubble.
Il y a eu d'autres télescopes à rayons X, mais Chandra peut voir des objets 20 fois plus faibles que tout ce qu'ils pourraient détecter.
Le pouvoir de résolution de Chandra est de 0, 5 seconde d'arc, ce qui signifie qu'il pourrait lire les lettres d'un panneau d'arrêt à une trentaine de kilomètres. Ou un titre de journal d'un centimètre de haut à une distance d'un demi-mille. D'autre part, il peut observer des rayons X dans des nuages de gaz si larges qu'il faut cinq millions d'années à la lumière pour les traverser. Et il peut étudier les quasars dont la lumière a mis dix milliards d’années à nous parvenir, de telle sorte que nous voyons autant d’années dans le passé. J'adore les stats.
Comme le dit Edward Weiler, l'un des principaux administrateurs de la NASA: «L'histoire nous enseigne que si vous développez un télescope dix fois supérieur à ce qu'il était auparavant, vous allez révolutionner l'astronomie. Chandra est sur le point de faire cela. "
