Explorer le ciel invisible avec la technologie révolutionnaire à rayons X d’IXPE

NASALa mission IXPE de est entrée dans sa phase d’observateur général en 2024, se concentrant sur l’appel à des contributions scientifiques mondiales pour étudier les sources de rayons X.

Lancée fin 2021, les activités scientifiques de la mission IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) de la NASA ont été dirigées par des chercheurs de la NASA et de l’Agence spatiale italienne jusqu’en février 2024. Désormais, pendant la phase d’observation générale de la mission, le programme d’observation de l’IXPE concerne principalement est guidé par la communauté scientifique au sens large.

« Nous sommes en train de faire de la polarisation des rayons X un élément standard de la boîte à outils des astronomes des rayons X du monde entier », a déclaré Philip Kaaret, chercheur principal de l’IXPE au Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, en Alabama. « La réponse au sein de la communauté de l’astrophysique des hautes énergies a été formidable. »

Lancement du programme général d’observateurs

Le programme General Observer, qui a officiellement débuté en février, invite les astrophysiciens et les scientifiques spatiaux du monde entier à proposer de nouvelles recherches passionnantes sur les trous noirs, les étoiles à neutrons, les noyaux galactiques actifs et d’autres sources de rayons X de haute énergie à l’aide du télescope IXPE.

Au cours des deux premières années d’exploitation du vaisseau spatial, les partenaires de recherche de la NASA comprenaient plus de 175 scientifiques répartis dans 13 pays – et l’intérêt ne cesse de croître. Les recherches proposées soumises à ce jour au Programme général d’observateurs impliquent plus de 1 400 chercheurs répartis dans 174 institutions uniques dans 30 pays.

« Notre objectif principal est de permettre à chaque partie intéressée d’utiliser, d’analyser et d’interpréter les données IXPE », a déclaré Kavitha Arur, responsable du programme au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland. « Nous voulons maximiser les résultats scientifiques et couvrir le plus large éventail de cibles possible. »

En juin 2023, la NASA a lancé une invitation ouverte aux chercheurs pour proposer de nouvelles missions IXPE et cibles d’observation. À la date limite d’octobre 2023, l’équipe du Programme général d’observateurs avait reçu 135 propositions pour le cycle 1, couvrant la première année du programme. Chaque proposition a été examinée de manière exhaustive par des astrophysiciens de la NASA et des experts associés dans le domaine.

Les chercheurs ont proposé des études basées sur le nombre de secondes d’observation de cibles IXPE dont ils estimaient avoir besoin pour obtenir les données nécessaires pour vérifier une hypothèse ou un modèle.

Pour le cycle 1, l’équipe a sélectionné 39 propositions, totalisant environ 15 millions de secondes de temps d’observation total. Ce chiffre inclura un certain chevauchement entre les cibles sélectionnées – et les cibles sélectionnées comportaient quelques surprises.

« Certaines des propositions sélectionnées concernaient des types d’objectifs que nous n’avions pas envisagés auparavant, tels que les événements de perturbation des marées », a déclaré Kaaret. Un événement de perturbation de marée se produit lorsqu’une étoile est entraînée dans un espace supermassif. trou noir et déchiré.

Nouvelles recherches et cibles

Les chercheurs du cycle 1 utiliseront également, pour la première fois, l’IXPE pour étudier un nain blanc, un noyau stellaire restant à peu près de la taille de la Terre mais avec une masse comparable à celle de notre Soleil. Cette naine blanche fait partie du système binaire T Coronae Borealis, à environ 3 000 années-lumière de notre système solaire. « T CrB », comme l’appellent les astronomes, comprend également une ancienne géante rouge qui émet une éruption de nova tous les 80 ans environ. Elle a été observée pour la dernière fois en 1946 et les astronomes prévoient une autre éruption d’ici septembre 2024. Pour les astronomes sur Terre, cette nova apparaîtra comme une étoile qui n’existait pas auparavant.

Cette large fenêtre de temps fait de T CrB une « cible d’opportunité » pour IXPE – une ride imprévisible dans le calendrier méticuleusement tracé du cycle 1. Un tel événement nécessite une réaction rapide de la part de l’équipe pour permettre à IXPE de le signaler sans beaucoup de planification avancée.

Défis liés à la planification des observations

Allyn Tennant, qui dirige le centre des opérations scientifiques de l’IXPE à Marshall, est chargé d’établir le calendrier de l’IXPE. Il prend en compte la durée précise de chaque observation, le temps nécessaire au téléchargement des résultats et le temps de repositionnement nécessaire entre les cibles.

Que faut-il pour exécuter un plan aussi complexe ? « Une certaine quantité de réflexion, une certaine quantité de jurons et beaucoup de replanification », a déclaré Tennant.

« Nous avons commencé le programme la première semaine de février et fin avril, Allyn avait déjà reprogrammé le plan sept fois », a ajouté Kaaret. « Cela donne lieu à des week-ends stressants, mais de nombreux résultats vraiment excitants proviennent de ces événements imprévus. »

IXPE passe environ une semaine sur chaque cible, en moyenne, il n’est donc pas difficile de planifier environ 40 cibles sur une fenêtre de 52 semaines, a déclaré Tennant – jusqu’à ce que l’on rencontre ces cibles d’opportunité. Il y a aussi le défi de gérer le flux de données provenant de chaque observation. Plus la cible est brillante, plus le volume de données entrantes qui doivent être capturées, vérifiées et distribuées aux enquêteurs est important.

Efforts de collaboration et perspectives d’avenir

Le programme chargé du vaisseau spatial tient également compte des observations astronomiques conjointes avec d’autres instruments de la NASA menant leurs propres missions scientifiques en orbite. Ces efforts conjoints étendent encore la valeur des données recueillies au cours des études du programme général d’observateurs de l’IXPE, mais ajoutent un autre niveau de complexité lorsque les cibles d’opportunité nécessitent de remanier le calendrier.

Au cours des cycles 1 et 2, l’IXPE s’associe à l’observatoire à rayons X NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer) de la NASA, qui étudie les étoiles à neutrons, les trous noirs et d’autres phénomènes depuis son point d’observation permanent à bord du Station spatiale internationale. Au cours du cycle 2, qui débutera en février 2025, le programme s’associera également aux imageurs orbitaux Swift et NuSTAR (Nuclear Spectroscopique Telescope Array) de la NASA, qui surveillent respectivement les sursauts gamma et les événements de rayons X cosmiques à haute énergie.

L’intérêt croissant pour le succès de l’IXPE a conduit l’Institut des sciences et technologies de l’USRA à annoncer le premier IXPO (International X-ray Polarimetry Symposium), qui se tiendra à Huntsville du 16 au 19 septembre. Les astronomes, ingénieurs et technologues en rayons X sont encouragés à y assister.

Consultez la liste complète des propositions de recherche IXPE Cycle 1 sélectionnées. Apprenez-en davantage sur les lignes directrices du programme pour la soumission des propositions du cycle 2.

IXPE, dirigé par NASA Marshall, est une collaboration entre la NASA et l’Agence spatiale italienne. La division Space & Mission Systems de BAE Systems Inc., à Broomfield, Colorado, gère les opérations des engins spatiaux en collaboration avec le Laboratoire de physique atmosphérique et spatiale de l’Université du Colorado à Boulder.