XMM-Newton est un engin spatial destiné à l’observation des émissions de rayons X dans l’Univers, dont le but est de nous aider à comprendre comment et pourquoi ces rayons sont produits. Les sources typiques de rayons X sont l’accrétion de matière sur les trous noirs, les systèmes binaires contenant une étoile à neutrons et un trou noir, les restes de supernova, et notre propre Soleil.
Les ingénieurs en logiciels de RHEA travaillent au Centre des opérations scientifiques de XMM-Newton pour mettre les données de la mission à la disposition de la communauté astronomique mondiale. Depuis le lancement du télescope il y a plus de 20 ans, de nombreuses découvertes scientifiques ont été faites grâce aux données de XMM-Newton.
Calendrier de la mission XMM-Newton
Lancement de la mission : 10 décembre 1999
Durée initiale de la mission : 10 ans
Fin de la mission nominale actuelle : 31 décembre 2025, mais pourrait se poursuivre au-delà de 2030
À propos de la mission XMM-Newton
Dans le spectre électromagnétique, les rayons X se situent entre les ultraviolets et les rayons gamma. Ils sont produits par des sources extrêmement énergétiques dont la température est supérieure à 1 million de kelvins. Heureusement pour nous, les rayons X sont incapables de pénétrer dans l’atmosphère. Mais cela signifie aussi que, si nous voulons effectuer des observations de l’Univers aux rayons X, nous devons placer notre télescope à rayons X hors de l’atmosphère terrestre.
Initialement, la mission s’appelait X-ray Multi-Mirror (XMM) en raison de la conception à miroirs multiples de son télescope, mais elle a ensuite été rebaptisée XMM-Newton en l’honneur de Sir Isaac Newton, considéré comme le fondateur de la spectroscopie. (Le nom officiel de la mission est High-Throughput X-ray Spectroscopy.) Elle a été lancée en 1999 pour une mission d’une durée nominale de 10 ans, mais sa conception devait lui permettre de fonctionner bien plus longtemps. Toujours opérationnelle plus de 20 ans plus tard, XMM-Newton est la mission scientifique de l’ESA ayant la plus longue durée de vie.
En tant qu’observatoire, XMM-Newton est « ouvert » à la communauté des astronomes en rayons X, qui peuvent demander des créneaux horaires pour l’utiliser afin d’observer des objets spécifiques. Les propositions sont évaluées par un groupe d’experts, qui alloue du temps d’observation aux candidats sélectionnés.
À propos de l’orbite de XMM-Newton
La durée de l’orbite de XMM-Newton a toujours été de 48 heures, mais d’autres paramètres orbitaux ont été modifiés depuis le lancement :
- Périgée initial (point le plus proche de la Terre) : 7 000 km
- Apogée initial (point le plus éloigné de la Terre) : 114 000 km
- Plage des périgées par la suite : de 6 000 km à 22 000 km
- Plage d’apogées par la suite : de 99 000 km à 115 000 km
Charge utile scientifique de XMM-Newton
XMM-Newton transporte trois types d’instruments scientifiques :
- European Photon Imaging Camera (EPIC) – Une caméra EPIC est positionnée au point focal principal de chacun des trois télescopes. Les caméras EPIC sont très sensibles aux rayons X faibles et capables de détecter des variations d’intensité extrêmement rapides, jusqu’à moins d’un millième de seconde.
- Reflection Grating Spectrometer (RGS) – Deux des trois télescopes sont équipés de spectromètres à réseau RGS sur un point focal secondaire. Le dispositif de réseaux disperse 40 % des rayons X entrants vers le détecteur RGS (et la caméra). Les spectromètres sont utilisés pour déterminer quel élément chimique est responsable des rayons X observés.
- Optical Monitor (OM) – Un télescope optique/ultraviolet (UV) très sensible de 30 cm. Il surveille la même zone du ciel que le télescope à rayons X et fournit des informations complémentaires sur les sources des rayons X observés.
Réalisations scientifiques
Après 20 ans d’exploitation, plus de 6 000 publications scientifiques ont utilisé les données de XMM-Newton et de nombreux résultats scientifiques notables ont été obtenus. Voici deux exemples de découvertes rendues possibles par XMM-Newton.
Découverte des sources des sursauts de rayons gamma (2002)
En 2001, l’origine des sursauts de rayons gamma (SRG) restait un mystère. C’est par l’observation de l’émission rémanente d’un événement particulier (SRG 01121) que XMM-Newton a permis de conclure que, dans certains cas, la cause du SRG était une supernova. Aujourd’hui, nous savons qu’il existe deux types de SRG : les sursauts longs (d’une durée supérieure à 2 secondes), créés par la mort d’étoiles massives (supernovæ), et les sursauts courts, générés par la fusion de deux étoiles à neutrons.
XMM trouve de la matière intergalactique manquante (2018)
Selon le modèle standard de la cosmologie, seuls 5 % de la matière de l’Univers est du type que nous connaissons, à savoir de la matière « baryonique », tandis que tout le reste est soit de la matière noire, soit de l’énergie noire. Mais jusqu’assez récemment, la moitié de la matière baryonique restait introuvable. Grâce à XMM-Newton, nous progressons vers la résolution de cette énigme. En effet, l’observation d’un quasar lointain a montré qu’il existe, entre nous et le quasar, d’énormes réservoirs de matière en quantité suffisante pour représenter la matière baryonique manquante, ce qui confirmerait la théorie avancée jusqu’ici par les scientifiques.
Les principaux défis techniques de XMM-Newton
Les rayons X sont une forme de rayonnement électromagnétique, au même titre que la lumière visible. Cependant, en raison de la haute énergie de leurs photons, ils ne peuvent être manipulés de la même manière que la lumière visible.
Les lentilles et les miroirs utilisés pour manipuler le rayonnement visible fonctionnent généralement le mieux lorsque l’angle d’incidence du rayonnement entrant est élevé (proche de 90˚). Mais à des angles aussi élevés, la plupart des matériaux absorbent ou transmettent complètement les rayons X, de sorte que nous n’obtenons aucune réflexion. De plus, les composants optiques seraient rapidement endommagés à cause de la haute énergie des photons absorbés.
La solution consiste à utiliser plutôt des angles d’incidence très faibles (moins de 2˚). Les télescopes utilisant ce principe sont appelés télescopes Wolter de type I à incidence rasante.
Les trois télescopes de XMM-Newton sont constitués chacun de 58 miroirs paraboloïdes recouverts d’or et imbriqués les uns dans les autres. Le grand nombre de miroirs augmente la surface effective du télescope. Chaque télescope pèse 500 kg.
Contribution de RHEA à la mission XMM-Newton
Les données recueillies par XMM-Newton n’ont de valeur que lorsqu’elles sont traitées et analysées. Depuis le lancement de la mission, deux ingénieurs en logiciels de RHEA ont travaillé au Centre des opérations scientifiques de XMM-Newton, qui met les données à la disposition de la communauté astronomique mondiale.
Leur contribution a eu deux objectifs principaux :
- Le développement et la maintenance des outils logiciels utilisés pour gérer les propositions d’observation soumises par les astronomes du monde entier, et de l’outil de planification pour les propositions sélectionnées par le Comité d’allocation de temps.
- La participation à la définition des produits de données mis à la disposition de la communauté des astronomes en rayons X par l’intermédiaire de la XMM-Newton Science Archive, et le développement et la maintenance des systèmes informatiques qui génèrent ces produits à partir des données brutes.
En savoir plus
Pour en savoir plus sur XMM-Newton :
- Fiche de l’ESA à propos de XMM-Newton
- Découvrez le travail du Centre des opérations scientifiques de XMM-Newton
- Dix découvertes– Exemples de l’éventail des découvertes spatiales fondées sur les données de XMM-Newton
Image principale : XMM-Newton en orbite autour de la Terre © ESA/D. Ducros
