Légende: Vue d'artiste de l'observatoire orbital à rayons gamma de l'ESA Integral. Crédit d'image: ESA
Intégral, le Laboratoire international d’astrophysique gamma de l’ESA a été lancé il y a dix ans cette semaine. C'est le bon moment pour revenir sur certains des faits saillants de la première décennie de la mission et pour voir son avenir, pour étudier les détails de l'observatoire de rayons gamma le plus sensible, le plus précis et le plus avancé jamais lancé. Mais la mission a également effectué des recherches passionnantes récentes sur un reste de supernova.
Integral est une mission véritablement internationale avec la participation de tous les États membres de l'ESA et des États-Unis, de la Russie, de la République tchèque et de la Pologne. Lancé à Baïkonour (Kazakhstan) le 17 octobre 2002, il a été le premier observatoire spatial à observer simultanément des objets dans les rayons gamma, les rayons X et la lumière visible. Les rayons gamma de l'espace ne peuvent être détectés qu'au-dessus de l'atmosphère terrestre, donc Integral fait le tour de la Terre sur une orbite très elliptique une fois tous les trois jours, passant la plupart de son temps à une altitude supérieure à 60000 kilomètres - bien en dehors des ceintures de rayonnement de la Terre, pour éviter les interférences effets de rayonnement de fond. Il peut détecter le rayonnement d'événements lointains et des processus qui façonnent l'Univers. Ses principales cibles sont les sursauts gamma, les explosions de supernova et les régions de l'Univers supposées contenir des trous noirs.
5 mètres de haut et plus de 4 tonnes de poids Integral a deux parties principales. Le module de service est la partie inférieure du satellite qui contient tous les sous-systèmes d'engins spatiaux nécessaires pour soutenir la mission: les systèmes satellites, y compris la production d'énergie solaire, le conditionnement et le contrôle de l'énergie, le traitement des données, les télécommunications et le contrôle thermique, d'attitude et d'orbite. Le module de charge utile est monté sur le module de service et transporte les instruments scientifiques. Il pèse 2 tonnes, ce qui en fait le plus lourd jamais placé en orbite par l'ESA, en raison de la grande surface des détecteurs nécessaire pour capturer les rayons gamma clairsemés et pénétrants et pour protéger les détecteurs des radiations de fond afin de les rendre sensibles. Il existe deux principaux instruments de détection des rayons gamma. Un imageur produisant certaines des images les plus nettes des rayons gamma et un spectromètre qui mesure très précisément les énergies des rayons gamma. Deux autres instruments, un moniteur à rayons X et une caméra optique, aident à identifier les sources de rayons gamma.
Au cours de sa mission prolongée de dix ans, Integral a cartographié en détail la région centrale de notre Voie lactée, le Galactic Bulge, riche en sources variables de rayons X et gamma à haute énergie. Le vaisseau spatial a cartographié, pour la première fois, le ciel entier à l'énergie spécifique produite par l'annihilation des électrons avec leurs anti-particules de positrons. Selon l'émission de rayons gamma vue par Integral, quelque 15 millions de milliards de milliards de milliards d'électrons et de positrons sont annihilés chaque seconde près du Centre Galactique, soit plus de six mille fois la luminosité de notre Soleil.
Un binaire à trou noir, Cygnus X-1, est actuellement en train de déchirer une étoile compagnon en morceaux et de se gaver de son gaz. En étudiant cette matière extrêmement chaude juste une milliseconde avant qu'elle ne plonge dans les mâchoires du trou noir, Integral a découvert que certaines d'entre elles pouvaient s'échapper le long de lignes de champ magnétique structurées. En étudiant l'alignement des ondes de rayonnement de haute énergie provenant de la nébuleuse du crabe, Integral a constaté que le rayonnement est fortement aligné avec l'axe de rotation du pulsar. Cela implique qu'une fraction importante des particules générant le rayonnement intense doit provenir d'une structure extrêmement organisée très proche du pulsar, peut-être même directement des jets puissants qui sortent du noyau stellaire en rotation.
Aujourd'hui encore, l'ESA a annoncé qu'Integral a effectué la première détection directe de titane radioactif associé au reste de supernova 1987A. La Supernova 1987A, située dans le Grand Nuage de Magellan, était suffisamment proche pour être vue à l'œil nu en février 1987, lorsque sa lumière a atteint la Terre pour la première fois. Les supernovae peuvent briller aussi brillamment que des galaxies entières pendant une courte période en raison de l'énorme quantité d'énergie libérée dans l'explosion, mais après que le flash initial s'est estompé, la luminosité totale provient de la décroissance naturelle des éléments radioactifs produits lors de l'explosion. La décroissance radioactive pourrait avoir alimenté le reste incandescent autour de Supernova 1987A au cours des 20 dernières années.
Pendant le pic de l'explosion, des éléments de l'oxygène au calcium ont été détectés, qui représentent les couches externes de l'éjecta. Peu de temps après, des signatures du matériau des couches internes ont pu être observées dans la désintégration radioactive du nickel-56 en cobalt-56, et sa désintégration ultérieure en fer-56. Maintenant, après plus de 1000 heures d'observation par Integral, des rayons X à haute énergie provenant de titane-44 radioactif dans des restes de supernova 1987A ont été détectés pour la première fois. On estime que la masse totale de titane-44 produite juste après l'effondrement du noyau de l'étoile progénitrice du SN1987A s'élevait à 0,03% de la masse de notre propre Soleil. Ceci est proche de la limite supérieure des prédictions théoriques et près de deux fois la quantité observée dans le reste de supernova Cas A, le seul autre reste où le titane-44 a été détecté. On pense que Cas A et SN1987A peuvent être des cas exceptionnels
Christoph Winkler, scientifique du projet Integral de l'ESA, déclare: «La science future avec Integral pourrait inclure la caractérisation du rayonnement de haute énergie provenant d'une explosion de supernova dans notre Voie lactée, un événement qui se fait attendre depuis longtemps.»
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et sur l'étude d'Integral sur Supernova 1987A ici
