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Un télescope à rayons X capture une carte de l'Univers d'une précision inédite

L'univers énergétique vu avec le télescope à rayons X eROSITA
L'univers énergétique vu avec le télescope à rayons X eROSITA   -   Tous droits réservés  Jeremy Sanders, Hermann Brunner et l'équipe eSASS (MPE) ; Eugene Churazov, Marat Gilfanov (au nom de l'IKI)
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C'est une carte du firmament à couper le souffle qui a été photographiée par un télescope à rayons X, révélant notre Univers sous un jour remarquablement différent de celui que nous connaissons grâce aux télescopes traditionnels.

En observant l'univers aux rayons X, on peut voir ce qu'on appelle "l'univers chaud et énergétique", c'est-à-dire des objets célestes qui émettent une chaleur incroyable, se déplacent à grande vitesse ou sont extrêmement denses.

Parmi ceux-là, on trouve des phénomènes rares tels que la fusion d'étoiles à neutrons, des étoiles avalées par des trous noirs et, moins rares mais non moins impressionnants, des nuages de gaz extrêmement chauds, où naissent de nouveaux astres.

Cette représentation du ciel entier rassemble un million de sources de rayons X et "change complètement la façon dont nous appréhendons l'univers énergétique", explique Peter Predehl, le chercheur principal du télescope eROSITA à l'Institut Max Planck de physique extraterrestre (MPE).

La richesse des données recueillies représente un énorme bond en avant par rapport aux précédents balayages du ciel aux rayons X, l'eROSITA recueillant en effet environ 10 fois plus d'informations que le précédent balayage du ciel il y a 30 ans. Ce nombre équivaut à peu près à la somme totale des sources découvertes par tous les télescopes à rayons X par le passé.

Jeremy Sanders, Hermann Brunner, Andrea Merloni and the eSASS team (MPE); Eugene Churazov, Marat Gilfanov (on behalf of IKI)
Plusieurs éléments radiographiques importants sont marqués, comme les amas de galaxies lointaines et les restes de supernovaeJeremy Sanders, Hermann Brunner, Andrea Merloni and the eSASS team (MPE); Eugene Churazov, Marat Gilfanov (on behalf of IKI)

Que révèle réellement cette image ?

Andrea Merloni, chercheur au MPE, explique que l'astronomie par rayons X donne une vue de "l'univers chaud et énergétique" qui est largement invisible aux télescopes optiques.

"C'est le même univers que tout le monde peut observer, mais nos instruments sont sensibles aux objets de l'univers qui sont très chauds, ou très énergétiques, tels que les grandes explosions, les ondes de choc, les mouvements très rapides, ou la gravité extrême comme les trous noirs", précise-t-il à Euronews.

Dans les faits, seuls certains types d'objets célestes émettent beaucoup de rayons X. Si notre Soleil, par exemple, émet bien des rayons X, ceux-ci sont en quantité infime par rapport à d'autres phénomènes tels que des étoiles avalées par des trous noirs ou des gaz extrêmement chauds.

Sans les télescopes à rayons X, beaucoup de ces objets ne seraient pas détectés par des instruments d'observation se concentrant sur des longueurs d'onde différentes.

"Pour obtenir des rayons X, il faut que la chaleur soit de plusieurs millions de degrés", explique M. Merloni. "Les étoiles les plus brillantes capturée via un télescope optique ne seront pas nécessairement les plus brillantes aux rayons X, et vice-versa".

Le télescope eROSITA, qui a été lancé en 2019 à bord du vaisseau de la mission SRG doit fonctionner en orbite. En effet, les rayons X sont absorbés par l'atmosphère terrestre et doivent donc nécessairement être étudiés depuis l'espace.

Frank Haberl, Chandreyee Maitra (MPE)
Image en fausses couleurs du Grand Nuage de Magellan (LMC), un galaxie voisine de notre Voie lactéeFrank Haberl, Chandreyee Maitra (MPE)

De nouveaux indices sur notre Voie lactée

Sur l'image en haut de cet article, vous pouvez voir des bandes de gaz extrêmement chauds dans la Voie lactée, en jaune, rouge et bleu - les couleurs représentant différentes quantités de rayons X.

"Dans un sens, la galaxie est un mouvement cyclique dans lequel les étoiles se forment à partir de ces gaz, puis elles restituent cette matière et cette énergie sous la forme d'une explosion", explique M. Merloni. C'est un processus d'autorégulation, et avec les informations recueillies, son équipe espère mieux comprendre l'équilibre entre les processus de création et de destruction.

"Nous sommes convaincus que nous fournirons de nouveaux indices sur le processus de régulation dans la Voie lactée, sur le nombre d'étoiles qui se formeront et se sont formées", déclare-t-il.

Mais l'étude de la Voie lactée n'était pas le but principal de cette mission.

Peter Predehl, Werner Becker (MPE), Davide Mella
Le "vestige de la supernova Vela", l'un des objets les plus visibles dans le ciel aux rayons XPeter Predehl, Werner Becker (MPE), Davide Mella

Des réponses sur l'évolution de l'univers

Sur cette nouvelle carte se trouvent environ un million de points minuscules, dont la plupart représentent des galaxies, ou des amas de galaxies qui ont des trous noirs en leur centre. Les trous noirs émettent des niveaux élevés de rayons X.

On peut également observer du gaz chaud entre les galaxies, ainsi que des étoiles inhabituelles.

"La principale motivation derrière la construction du télescope eROSITA, et le pourquoi nous avons obtenu son financement, était se servir des clusters de galaxies pour étudier l'univers et son évolution. C'était la grande question à laquelle nous voulions répondre et cela va nous prendre quelques années", souligne M. Merloni.

Mais ce n'est que la première d'une série de recherches spatiales. En extrapolant à partir d'études radiologiques précédentes, qui se sont concentrées sur de petites sections du ciel, l'équipe de Merloni s'attend à ce qu'à la fin du projet, dans environ trois ans et demi, il y ait environ 8 millions de sources de rayons X différentes (étoiles, trous noirs, etc.) à étudier.

"De grandes zones du ciel ont déjà été explorées sur de nombreuses autres longueurs d'onde, et nous avons maintenant les données de rayons X correspondantes. Nous avons besoin de ces autres études pour identifier les sources de rayons X et comprendre leur nature", a déclaré Mara Salvato, qui dirige les efforts visant à combiner les observations d'eROSITA avec celles d'autres télescopes observant l'ensemble du spectre électromagnétique.

La carte de l'Univers au rayon X n'est qu'une première étape. Si les données de cette image ont été recueillies sur une période de six mois, les informations accumulées d'ici la fin du projet occuperont les scientifiques "pendant des décennies".

"En tout, au cours des trois ans et demi à venir, nous prévoyons d'obtenir sept cartes similaires à celle que l'on voit sur cette magnifique image. Leur sensibilité combinée sera meilleure par un facteur de cinq et sera utilisée par les astrophysiciens et les scientifiques pour les décennies à venir" ajoute Mara Salvato.

En 2016, l'Agence spatiale européenne avait publié une autre carte de l'Univers, "dessinée" par le satellite Gaia. Ce dernier, sans utilisé les rayons X, avait pu cataloguer la position précise de plus d'un milliard de corps célestes dans notre galaxie, la Voie lactée.