On pourrait penser que les efforts déployés pour étudier l’explosion d’une étoile massive survenue il y a environ 300 ans, à quelque 10 000 années-lumière de la Terre, sont vains.
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Or, c’est précisément ce qu’ont fait de nombreux scientifiques et astronomes depuis que, selon la théorie, les premiers rayons de lumière de la supernova (l’explosion qui se produit lorsqu’une étoile « meurt ») survenue dans la constellation de Cassiopée ont atteint notre planète vers 1600. En d’autres termes, l’explosion de l’étoile qui a créé le vestige de Cassiopée A (désormais abrégé en Cas A) s’est produite 10 000 ans avant que la lumière créée par cet événement n’atteigne la Terre.
Le télescope spatial Hubble et l’instrument plus moderne de la National Aeronautics and Space Administration (NASA), le télescope spatial James Webb, ont pris (et dans le cas du télescope Webb) des images et des mesures de l’onde d’éjection de l’événement, ou de la matière éjectée à la suite de l’explosion d’une étoile massive dans la constellation.
Tôt dimanche matin, à Porto Rico, une équipe dirigée par Enectalí Figueroa Feliciano, physicien, astrophysicien et professeur à l’université Northwestern, lancera la fusée Micro-X depuis le site historique de White Sands Missile Range, au Nouveau-Mexique. Les parties intéressées peuvent suivre l’évolution de la mission, y compris les événements de lancement, à partir de 1h30 ce dimanche 21 août sur le compte Instagram officiel de Micro-X, Microxrocket.
La fusée transportera un télescope ultra-sensible capable de détecter les émissions de rayons X qui, pendant cinq minutes, capturera des images du vestige de Cas A avant de revenir sur Terre.
Ces données, a souligné Mme Figueroa Feliciano dans une interview accordée à El Nuevo Día, contribueront à élargir nos connaissances sur la formation des éléments de base et, par conséquent, sur la formation de nouvelles étoiles, planètes et galaxies.
« Nous allons mesurer l’énergie de chaque photon du vestige de Cas A détecté par notre télescope. Cela nous fournira un spectre dans lequel nous compterons la quantité de rayons X qui sont entrés à une énergie particulière, et c’est ce qui nous donne cette « empreinte digitale » pour identifier les différents types d’éléments contenus dans les éjections. Nous allons mesurer la distribution de l’énergie des rayons X qui arrivent », explique ce natif de Mayagüezano qui a grandi à Fajardo.
Un photon n’est autre que la particule élémentaire qui forme toutes les radiations électromagnétiques telles que les rayons gamma, les rayons X, la lumière ultraviolette, la lumière visible (celle que nos yeux peuvent détecter), les micro-ondes et les ondes radio.
Mais pourquoi le télescope contenu dans la fusée Micro-X ne détecte et ne capte-t-il que le spectre des rayons X, pourquoi est-il nécessaire de prendre de telles images depuis l’espace, quelle est l’importance de réaliser ces études et comment est-il possible d’étudier un phénomène qui s’est produit il y a quelque 300 ans ?
Sommaire
Le vestige de Cassiopée A
En termes simples, la science utilise la théorie du Big Bang pour expliquer la formation et l’évolution éventuelle de l’univers. En gros, la théorie veut qu’il y a environ 13,8 milliards d’années, l’univers se trouvait dans un état de haute densité et de haute température qui l’a forcé à s’étendre. Cet événement a conduit à la formation de la matière et des éléments de base tels que l’hydrogène et l’hélium, et a également donné naissance à ce que nous connaissons aujourd’hui comme l’espace et le temps.
« Les premières étoiles ne possédaient que des éléments comme l’hydrogène ou l’hélium, mais au fur et à mesure de l’évolution de l’univers, de nouveaux éléments ont été créés à chaque explosion d’une étoile. Outre ces éléments primordiaux, lorsque des supernovas se produisent, la pression est si forte qu’elle crée une fusion, et cette explosion est à l’origine de tous les éléments du tableau périodique », souligne le diplômé du campus universitaire de Mayagüez (RUM), qui a obtenu son master à l’université de Stanford et a ensuite travaillé pour la NASA.
Figueroa Feliciano ajoute que l’importance de l’étude du vestige de Cas A réside dans le fait qu’il s’agit d’un événement relativement récent, qui s’est produit relativement près de la Terre et dont les ondes d’éjection n’ont pas encore été contaminées par des interactions ou des collisions avec d’autres corps célestes. Cet événement constitue donc un « terrain fertile » pour approfondir notre compréhension de la formation des éléments et de la manière dont ces interactions avec d’autres corps célestes favorisent la création d’autres corps célestes.
Cette image, également capturée par le télescope spatial Hubble, montre une série d' »amas » de matière. Chacun de ces « amas » de matière en cours de refroidissement est un petit fragment de l’étoile explosée et est des dizaines de fois plus grand que le diamètre de notre système solaire. (NASA)« Cas A est un objet assez proche et assez nouveau comme une supernova, l’explosion à la fin de la vie d’une étoile massive. La plupart des supernovae que l’on voit dans l’espace sont vieilles et les débris ou les éjectas de ces explosions sont déjà entrés en collision avec beaucoup d’autres choses dans la galaxie. Il devient donc très difficile de reconstituer ce qui se passe et ce qui s’est passé lors de la mort de l’étoile, puisque tant d’interactions ont déjà eu lieu », a déclaré l’ancien professeur du MIT et actuel professeur de physique à Northwestern.
« L’étoile massive de la constellation de Cassiopée a explosé il y a environ 300 ans et vous pouvez encore voir l’explosion en étudiant ce reste de supernova pour reconstituer la mort de cette étoile. C’est comme un enquêteur de la police scientifique qui recueille des preuves sur une scène de crime. Cette supernova n’a pas été contaminée par des gaz ou d’autres objets proches, ce qui nous permet de reconstituer l’événement de l’explosion », a-t-il ajouté.
Comment est-il possible d’étudier un événement qui s’est produit il y a 300 ans ?
Pour faire simple, il est encore possible d’étudier un événement qui s’est produit il y a tant d’années, en raison des distances impressionnantes qui séparent les corps célestes dans notre univers.
« C’est l’une des choses qui devient très difficile à saisir pour nos esprits. La taille de cet objet (le vestige) est si grande, si gigantesque, que la supernova s’est déplacée à une vitesse de 3 000 kilomètres par seconde pendant ces 300 ans. La taille de cette supernova est d’environ 10 années-lumière ou, en d’autres termes, il faudrait 10 ans à un faisceau de lumière pour passer d’un côté à l’autre du vestige. Elle est si grande qu’on pourrait y loger tout notre système solaire, ainsi que l’étoile la plus proche du Soleil, Proxima Centauri, et les 14 étoiles suivantes. Tout cela rentrerait dans le vestige Cas A », a souligné M. Figueroa Feliciano.
En d’autres termes, l’explosion était de niveau cataclysmique, ou comme l’a expliqué le professeur : « une supernova génère 10^44 Joules d’énergie en quelques secondes. Pour générer cette même quantité d’énergie, il faudrait à notre soleil toute sa vie, soit 10 milliards d’années ».
Enectalí Figueroa Feliciano (en arrière-plan) et les membres de l’équipe Micro-X célèbrent après un test réussi du télescope à rayons X (Instagram).Dans son portail consacré à l’histoire du télescope spatial Hubble, la NASA avance que l’étoile qui a explosé et donné naissance au vestige Cas A était 15 à 25 fois plus massive que notre Soleil. Ces étoiles massives ont tendance à avoir une « vie » courte, car elles épuisent la matière nucléaire qu’elles contiennent près de 1 000 fois plus vite que le Soleil. Lorsque tout le « carburant » disponible est épuisé, l’étoile s’effondre vers l’intérieur et libère d’énormes quantités d’énergie gravitationnelle. Cet événement, à son tour, inverse l’effondrement vers l’intérieur et éjecte la majeure partie de la masse de l’étoile vers l’extérieur, à une vitesse pouvant atteindre 45 millions de kilomètres par heure.
C’est cette énergie, émise sous forme de rayons X, que le télescope de la fusée Micro-X captera pendant les 300 secondes, soit cinq minutes, qu’il passera dans l’espace.
« Comme les espaces entre les étoiles sont très grands, même si beaucoup de temps s’est écoulé, l’information provenant de l’explosion est toujours contenue dans la vitesse, la température et le type de matière qui fait partie de l’éjection, ce que nous étudions. C’est pourquoi notre fusée est spéciale, car elle détecte l’énergie (rayons X) de la lumière provenant des objets. Le gaz de cette explosion a encore des températures de plusieurs millions de degrés Kelvin, et quand quelque chose est aussi chaud, ce qu’il émet, ce sont des rayons X ; c’est pourquoi notre télescope détecte les rayons X », a déclaré Figueroa Feliciano.
Le télescope (Figueroa Feliciano est un pionnier dans le développement et l’utilisation de capteurs ultrasensibles) peut mesurer l’énergie des éjections, émise en rayons X avec un niveau de précision supérieur à celui de tout autre instrument jamais réalisé.
« L’énergie de ces rayons X s’imprime dans les éléments qu’ils contiennent, qu’il s’agisse de fer, de calcium ou d’oxygène. C’est pourquoi je dis que c’est comme une empreinte digitale. L’élément émet cette lumière, elle nous dit à quelle température elle se trouve, à quelle vitesse elle va et sa distribution dans l’espace de cet objet. Toutes ces informations sont imprimées dans le spectre de la lumière provenant de l’objet. C’est pourquoi, même si plus de 300 ans se sont écoulés depuis l’explosion de l’étoile, ces informations sont toujours là, dans l’objet, pour que nous puissions les étudier », a-t-il déclaré.
Malgré sa longueur d’environ 70 pieds, la fusée transportera à l’intérieur des instruments sophistiqués qui captureront les images requises par l’équipe. (Instagram)Deuxième tentative
Le lancement de Micro-X ce dimanche sera la deuxième tentative pour l’équipe du Nord-Ouest, car un problème avec le module contrôlant l’orientation de la fusée lors du lancement original de 2018 a empêché le télescope de pointer en direction de Cas A.
« Ce projet a débuté en 2010 et a impliqué cinq étudiants diplômés, neuf postdocs et plus de 30 étudiants de premier cycle. Ce projet représente une bonne partie de ma carrière et de celle de nombreux étudiants. Pour moi, c’est une fierté et un rêve d’être ici », a déclaré Figueroa Feliciano.
Si tout se passe comme prévu, le décollage aura lieu à 1 h 30 du matin dimanche, heure de Porto Rico, et la mission durera de 20 à 25 minutes. Le télescope aura cinq minutes pour capturer les données et retournera à White Sands. M. Figueroa Feliciano a déclaré qu’ils s’attendaient à saisir environ 45 gigaoctets (Go) de données, et qu’il faudrait plusieurs années pour étudier et analyser ces informations. Cependant, le professeur a déclaré que le plan est de publier un premier article avec les premiers résultats dans les six mois.
La fusée Micro-X fonctionne avec deux étages et mesure environ 70 pieds de long (fourni).« Mais, en réalité, l’information est le nombre de photons que nous recevons de cette supernova, et c’est de l’ordre de 15 000 photons individuels que nous allons recevoir. Nous pouvons compter chaque photon qui entre, chaque rayon X qui provient de la supernova vers nos détecteurs. »
En plus de remercier Northwestern, ses étudiants et le personnel de la NASA et d’autres entités pour leur collaboration et leur aide, Figueroa Feliciano a également reconnu le soutien et le mentorat qu’il reçoit du professeur Juan González Lagoa.
« Je voudrais saluer le professeur de RUM Juan González Lagoa, qui, bien qu’il ne m’ait jamais enseigné, est celui qui m’a aidé à commencer à étudier à l’étranger pendant l’été et qui a été un mentor tout au long de ma carrière. Je tiens à le remercier personnellement pour le soutien qu’il m’a apporté et qu’il continue à m’apporter. Il a été une figure paternelle dans ma carrière scientifique », a déclaré M. Figueroa Feliciano.
