Un télescope spatial en orbite approuvé par la NASA le mois dernier et dont le lancement est prévu en 2030 réalisera la première étude du ciel des sources ultraviolettes (UV) dans le cosmos, fournissant des informations précieuses sur la façon dont les galaxies et les étoiles évoluent, aujourd’hui et dans un passé lointain. .
La mission satellite de 300 millions de dollars, appelée UVEX (UltraViolet EXplorer), sera gérée par le Space Sciences Laboratory (SSL) de l’Université de Californie à Berkeley. La chercheuse principale de la mission est Fiona Harrison, titulaire d’un doctorat à l’UC Berkeley. récipiendaire qui est professeur de physique au California Institute of Technology à Pasadena, en Californie.
L’étude UV du ciel dans tout le ciel complétera les enquêtes en cours ou prévues par d’autres missions au cours de la prochaine décennie, notamment la mission optique et infrarouge Euclid dirigée par l’Agence spatiale européenne avec la contribution de la NASA, et le télescope spatial Nancy Grace Roman Space de la NASA, un ensemble de télescopes infrarouges. dont le lancement est prévu d’ici mai 2027. Ensemble, ces missions contribueront à créer une carte moderne à plusieurs longueurs d’onde de notre univers.
“Lors du lancement d’UVEX, pour la première fois, tout le ciel sera couvert des UV jusqu’à l’infrarouge”, a déclaré Daniel Weisz, l’un des chefs d’équipe scientifique de la mission UVEX et professeur agrégé d’astronomie à l’UC Berkeley. . « Avoir une couverture ultraviolette de l’ensemble du ciel, ce qui n’a jamais vraiment été réalisé auparavant, est révolutionnaire. »
Les émissions UV proviennent d’objets chauds, mais ces longueurs d’onde sont bloquées par l’atmosphère terrestre et doivent être étudiées depuis l’espace. L’étude se concentrera sur les étoiles bleues chaudes et massives – dont beaucoup sont considérées comme membres de systèmes stellaires binaires – ainsi que sur les étoiles explosives. Dans les systèmes d’étoiles binaires, la plus massive de la paire stellaire enlève souvent de la matière à son compagnon, ce qui expose son noyau chaud émetteur d’UV. UVEX cartographiera la répartition de ces étoiles « dépouillées » dans les galaxies autour de la Voie lactée.
L’astronome de l’UC Berkeley, Daniel Weisz, rejoint Fiona Harrison de Caltech et d’autres dirigeants de l’équipe UVEX pour expliquer l’importance du télescope ultraviolet prévu pour notre compréhension des galaxies, des étoiles et des explosions stellaires. Vidéo gracieuseté de Caltech.
Le télescope transportera également un spectrographe UV, construit conjointement par l’UC Berkeley et Caltech, pour enregistrer des détails sur les longueurs d’onde UV émises par les étoiles massives et lors des explosions stellaires. Ces observations fourniront de nouveaux détails sur la façon dont les étoiles et les galaxies se forment et comment elles meurent.
“L’une des choses que nous allons produire est un graphique de l’ensemble du parcours depuis la genèse de ces étoiles binaires jusqu’à ce qui se passe lorsqu’elles explosent et interagissent avec les matériaux qu’elles ont perdus au fil du temps autour d’elles.” il a dit. “UVEX va tout simplement changer complètement le domaine.”
UVEX sera également en mesure de pointer rapidement vers des sources de lumière UV récemment découvertes dans l’univers. Cela lui permettra de capturer la lumière qui suit les éclats d’ondes gravitationnelles provoqués par la fusion d’étoiles à neutrons dans des systèmes binaires, événements régulièrement enregistrés par trois grandes collaborations à travers le monde, dont le Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO).
“De nombreux événements transitoires sont mieux visibles dans l’ultraviolet”, a déclaré Bill Craig, chef de projet UVEX. « Avoir un large champ de vision pour suivre les événements d’ondes gravitationnelles est une très bonne raison pour sélectionner cette mission maintenant, de sorte qu’au fur et à mesure que LIGO mène ses prochaines campagnes, UVEX sera là pour se concentrer une fois qu’ils verront une fusion. Nous pourrons alors nous rendre sur place et voir les conséquences de cela.
Galaxies de faible masse aujourd’hui et au début de l’univers
Weisz s’intéresse particulièrement aux galaxies de faible masse, celles qui font environ un dixième de la taille de la Voie lactée. Les plus célèbres d’entre eux sont les Grands et Petits Nuages de Magellan – des satellites de la Voie Lactée qui représentent respectivement un dixième et un centième de la masse de la Voie Lactée – mais il devrait y avoir des millions de galaxies plus petites dans notre voisinage galactique. Jusqu’à présent, seulement 50 000 environ ont été observés, et peu ont été étudiés spectroscopiquement aux longueurs d’onde UV.
“Nos limites de sensibilité s’étendent aux galaxies 10 000 fois moins massives que la Voie lactée”, a déclaré Weisz. “Cela représente environ un million de masses solaires.”
Des galaxies aussi petites, mais faibles, proches, sont difficiles à identifier à l’aide de télescopes optiques ou infrarouges, a-t-il expliqué, car elles semblent presque identiques à des galaxies très lointaines dont les émissions UV ont été décalées vers les longueurs d’onde optiques et infrarouges. Mais s’ils émettent également de la lumière UV, ils sont probablement nos plus proches voisins.
“Lorsque vous voyez une galaxie dotée d’UV, d’optiques et d’infrarouges, elle doit être proche”, a déclaré Weisz. “Nous essayons de cartographier la structure de ces millions de galaxies de faible masse dans tout le ciel afin de mieux comprendre comment la masse, constituée principalement de matière noire, est distribuée dans l’univers local.”
Une meilleure compréhension des galaxies de faible masse voisines donnera un aperçu de la nature de nombreuses galaxies de faible masse actuellement découvertes dans le tout premier univers par le télescope spatial James Webb (JWST).
« Ces galaxies voisines de faible masse sont assez petites, mais également très déficientes en métaux. Certains d’entre eux ne contiennent peut-être que 1 % des métaux du soleil ou moins », a déclaré Weisz. “Et il s’avère que ces galaxies à formation d’étoiles très pauvres en métaux, mais très actives, sont analogues à ce que les gens découvrent avec JWST à un redshift très élevé.”
Pour les astronomes, les métaux sont tout ce qui est plus lourd que l’hydrogène et l’hélium, le matériau primordial de l’univers. Une faible teneur en métaux implique qu’une galaxie n’a pas eu suffisamment de cycles de formation d’étoiles et d’explosion pour ensemencer la galaxie avec de nombreux éléments les plus lourds, comme le carbone, l’oxygène et le fer.
Capturer les UV d’une supernova
Une autre chef d’équipe scientifique UVEX de l’UC Berkeley, Raffaella Margutti, ainsi que Ryan Chornock, professeur adjoint agrégé d’astronomie, s’intéressent à ce que les données UV peuvent nous dire sur l’explosion des supernovae.
Avec l’aimable autorisation de la NASA
“Notre objectif est d’acquérir les premiers spectres UV de très jeunes supernovae moins de deux jours après leur explosion”, a déclaré Margutti, professeur de physique et d’astronomie. “Si nous pouvons obtenir la première séquence temporelle de spectres UV d’une supernova, cela peut aider à limiter la composition chimique des étoiles qui explosent et nous aider à comprendre leur comportement dans les derniers instants de leur évolution avant l’effondrement du noyau.”
Les autres membres de l’équipe UVEX de l’UC Berkeley sont Wenbin Lu, professeur adjoint d’astronomie, et Yuhan Yao, chercheur Miller, qui se concentrent sur les phénomènes transitoires à haute énergie, et Joshua Bloom, professeur d’astronomie qui travaille sur les moyens de combiner les données de plusieurs satellites. et des télescopes afin de réagir rapidement aux événements transitoires.
La NASA a sélectionné le concept UVEX Medium-Class Explorer (MIDEX) pour poursuivre son développement après un examen détaillé de deux missions MIDEX proposées et de deux concepts de mission d’opportunité, et après avoir évalué les propositions sur la base du portefeuille d’astrophysique actuel de la NASA et des ressources disponibles de l’agence. La mission UVEX a été la seule proposition retenue, mais son lancement a été repoussé de deux ans, à 2030, pour des raisons budgétaires. La mission de deux ans coûtera environ 300 millions de dollars, sans compter les coûts de lancement.
Craig, qui a dirigé plusieurs autres missions financées par la NASA, dont Ionospheric Connection Explorer (ICON), lancée en 2019, a noté qu’UVEX est un satellite beaucoup plus gros et dispose d’un budget environ deux fois supérieur à celui d’ICON. SSL a également assuré le contrôle de mission pour de nombreuses autres missions spatiales, notamment Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN) et NuStar, un satellite d’observation à rayons X qui était également une collaboration avec Fiona Harrison de Caltech.
“Je pense qu’on pourrait dire que cela représente une sorte de validation du fait que Berkeley et le Space Sciences Lab ont acquis une compétence de base dans la mise en œuvre de missions qui nous permettent de faire la science que les gens veulent faire”, a déclaré Craig.
Le satellite UVEX aura une forme allongée, comme un hangar, pour accueillir les composants optiques du télescope. Il mesurera 20 pieds de haut, 9 1/2 pieds de large et 8 pieds de profondeur et pèsera environ 2 200 livres. Son orbite prévue, qui nécessite une boucle autour de la Lune pour être établie, sera à son point le plus éloigné à environ 310 000 milles de la Terre, soit plus près de la Lune que de notre planète. Cela lui permet d’éviter les contraintes thermiques associées à l’entrée et à la sortie de l’ombre terrestre plusieurs fois par jour, ce qui est typique des satellites stationnaires en orbite terrestre basse.
Alors que Craig se concentrera au cours des six prochaines années sur le regroupement des nombreux éléments du satellite, les scientifiques mèneront leur propre travail de préparation intense.
“Nous avons beaucoup à faire car il s’agit d’une mission de deux ans, et nous sommes censés tout livrer dans les six mois suivant la fin de la mission principale”, a déclaré Weisz. « Si notre travail consiste à trouver 100 millions de galaxies, nous devons essentiellement savoir comment le faire avant même de nous lancer. Personne n’a jamais essayé de trouver 100 millions de galaxies dans tout le ciel auparavant, car nous n’y sommes jamais parvenus. Ainsi, dès que nous lancerons et que nous serons calibrés, nous passerons directement en mode science. »
