Le Service d'Astrophysique-Laboratoire AIM du CEA-Irfu s’associe à l'Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP Toulouse) et à l’Observatoire de Strasbourg pour annoncer la sélection du thème de la prochaine mission de grande taille de l’Agence Spatiale Européenne.
Ce 28 novembre, le comité des programmes scientifiques de l'Agence Spatiale Européenne a retenu, parmi 29 propositions, l'Univers chaud et énergétique (« The Hot and Energetic Universe ») comme thème scientifique de sa future grande mission spatiale (classe L), dont le lancement est prévu pour 2028. Cette thématique a été portée par une communauté scientifique européenne unie. La communauté française, et notamment les laboratoires du CNRS (IRAP Toulouse, Observatoire de Strasbourg) et du CEA (Irfu/AIM), ont contribué de façon majeure à cette proposition scientifique.
L'étude de l'Univers chaud et énergétique permettra de comprendre comment la matière ordinaire s'assemble dans les grandes structures de l'Univers, groupes et amas de galaxies, et comment les trous noirs croissent et influent sur leur environnement. C'est le domaine des rayons X, qui permet d'observer le gaz chaud dans les grandes structures et les trous noirs, deux composantes fondamentales conditionnant la formation et l'évolution de l'Univers.
Athena : un grand projet européen
Un consortium de laboratoires européens, incluant des laboratoires français, va proposer début 2014 la mission Athena afin de répondre aux questions fondamentales de l'astrophysique moderne. Succédant au satellite XMM-Newton, actuellement en opération, Athena serait ainsi le grand observatoire européen de prochaine génération dans le domaine des rayons X. La surface collectrice de ses miroirs (2m²), couplée à son excellente résolution angulaire (de 5 arc-secondes) et spectrale (2.5 electron-volts), ainsi que son large champ de vue (jusqu’à 40 arc-minutes) lui conféreront une capacité d'observation supérieure de deux ordres de grandeur aux instruments de la génération précédente. En 2028, Athena fournira un accès essentiel à la fenêtre des rayons X, en complément des nouveaux moyens au sol et dans l'espace en cours de développement, comme SKA (Square Kilometer Array), ALMA (Large Millimeter/submillimeter Array), JWST (James Webb Space Telescope), E-ELT (European Extremely Large Telescope), CTA (Cherenkov Telescope Array) qui couvriront les autres fenêtres radio, submillimétrique, infrarouge, optique et gamma.
Les laboratoires français dont l'IRAP, l'Observatoire de Strasbourg et le Sap-AIM/CEA-Irfu, souhaitent contribuer à la mission Athena, à son centre de données, aux deux instruments d'observation, et en tout premier lieu au spectro-imageur à haute résolution spectrale et angulaire (X-ray Integral Field Unit).
La liste des publications accompagnant la proposition du thème scientifique "The Hot and Energetic Universe" et de la mission Athena est disponible sur le site internet d’Athena
Vue d'artiste de la mission Athena. Credits ESA
Le long parcours d'une mission spatiale
Le succès du satellite à rayons X, XMM-Newton, lancé le 19 décembre 1999 et toujours en activité depuis près de quinze ans, a fortement motivé les astrophysiciens à lui trouver un successeur. Les rayons X qui sont arrêtés par l'atmosphère terrestre et ne peuvent donc être captés que depuis l'espace, sont en effet les messagers spécifiques des régions les plus chaudes de l'univers, là où les températures dépassent les millions de degrés, par exemple lors des explosions d'étoiles, aux abords de trous noirs ou au coeur des galaxies et des amas de galaxies.
L'idée de la nouvelle mission L2 est née initialement d'une première proposition baptisée XEUS (pour X-ray Evolving Universe Spectroscopy) soumis par des scientifiques européens à l'ESA, en 2007. Il avait été ensuite envisagé en 2011 de fusionner XEUS avec un projet similaire américain "Constellation-X" sous le nom d' IXO (pour International X-ray Observatory) qui aurait du être un projet commun des agences spatiales européenne ESA, étasunienne NASA et japonaise JAXA avant que la NASA ne se retire en raison de difficultés budgétaires. Le projet a été repris et transformé sous le nom d'Athena (pour Advanced Telescope for High ENergy Astrophysics) pour être candidat à la première grande mission L1 de l'ESA dont la sélection a eu lieu en mai 2012. Mais la priorité pour cette première grande mission de l'ESA pour les années 2015-2025 a été donnée à la mission planétaire pour l'étude des lunes glacées de Jupiter, baptisée JUICE (JUpiter ICy moons), qui sera lancée en 2022. Cette fois-ci est donc la bonne. L'adhésion de l'ESA au thème scientifique permet enfin la réalisation de ce projet d'astronomie en rayons X désormais désignée comme deuxième mission prioritaire L2 pour un lancement en 2028.
La mission L2 est un observatoire spatial pour l'étude de l'univers chaud et énergétique dont les objectifs phares seront les trous noirs massifs au coeur des galaxies et l'étude des amas de galaxies.
Trous noirs et grandes structures
Parmi les objectifs principaux d'Athena figurent deux questions essentielles encore à résoudre
- comment la matière s'assemble-t-elle dans l'univers pour former les grandes structures (amas de galaxies et galaxies) ?
- comment se forment et grossissent les trous noirs géants et quels effets ont-ils sur l'évolution de l'univers ?
Bien d'autres études seront également à portée de ce nouvel observatoire spatial européen, notamment l'étude des explosions d'étoiles (supernovae et leurs vestiges), des objects compacts (étoiles à neutrons, naines blanches), du milieu interstellaire chaud, des étoiles, de leur perte de masse, etc...
La définition de ces objectifs scientifiques a donné lieu à une réflexion et des études très détaillées auxquelles les scientifiques du Service d'Astrophysique-Laboratoire AIM du CEA-Irfu ont très largement participé, sous la forme d'une série de publications.
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Voir - le communiqué de presse de l'Agence Spatiale Européenne (ESA) (28 novembre 2013)
- le communiqué Fil Science du CEA (28 novembre 2013)
- le site ATHENA+
- les objectifs scientifiques d'ATHENA+
- "The Hot and Energetic Universe" (fichier PDF)
- The astrophysics of supernova remnants and the interstellar medium (A. Decourchelle, E. Costantini et al.)(fichier PDF)
- The astrophysics of galaxy groups and clusters with Athena+ (S. Ettori, G. W. Pratt, et al.)(fichier PDF)
Voir aussi - les résultats obtenus au CEA-Irfu grâce au satellite XMM_Newton
• Structure et évolution de l'Univers › Evolution des grandes structures et des galaxies Structure et évolution de l'Univers › Phénomènes cosmiques de haute énergie et astroparticules
• Le Département d'Astrophysique (DAp) // UMR AIM
• Cosmologie et Evolution des Galaxies • Phénomènes Cosmiques de Haute Énergie
