HaloSat: un petit satellite pour une grande question

HaloSat, un mini-satellite récemment déployé depuis la Station spatiale internationale, est à la recherche de la matière manquante de l'univers.

Une conception artistique de HaloSat dans l'espace.
Blue Canyon Technologies

Une petite mission CubeSat peut fournir les données qui répondent à une question cosmologique clé: où est la moitié de la matière ordinaire dans l'univers?

Lorsque les astronomes tentent de mesurer la masse baryonique totale de l'univers à l'aide de sondages modernes, ils n'arrêtent pas d'aller au-delà. L'équipe derrière HaloSat, construite par Blue Canyon Technologies et dirigée par l'Université de l'Iowa, cherche à répondre à cette question en examinant les émissions de rayons X du halo gazeux censé entourer la Voie lactée.

Le décompte actuel de la masse et de la distribution d'énergie de l'univers provient de l'analyse du fond diffus cosmologique (CMB), rayonnement émis lorsque l'univers naissant n'avait que 370 000 ans. Les mesures de cette époque récente montrent que l’univers est composé à 70% d’énergie noire, à 25% de matière noire et à 5% de matière baryonique - ce qui est "normal", y compris les protons, les neutrons et les électrons, qui composent les étoiles., planètes, vaisseaux spatiaux et humains.

Le déploiement de HaloSat au-dessus de l’Australie depuis la Station spatiale internationale le 13 juillet.
Nanoracks / NASA

Pourtant, les astronomes qui mesurent la mesure observable des étoiles, des planètes, des galaxies, des gaz et de la poussière ne produisent qu’environ la moitié de la masse baryonique attendue.

"Nous devrions avoir tout le problème aujourd'hui que nous avions à l'époque où l'Univers avait 400 000 ans", a déclaré Philip Kaaret (Université de l'Iowa) dans un communiqué de presse récent. Trouver la matière manquante "peut nous aider à comprendre comment nous sommes passés de l'état uniforme du CMB aux structures à grande échelle que nous voyons aujourd'hui."

Un emplacement proposé pour la masse manquante est le gaz chaud dans l'espace entre les galaxies ou dans les halos autour des galaxies. Par exemple, le gaz contenu dans le halo de la Voie lactée devrait atteindre environ 2 millions de Kelvin. HaloSat a été conçu, entre autres, pour détecter les rayons X émis par l’oxygène ionisé associé à ce gaz.

En quête du halo galactique

La détection de cette émission pose un problème clé: le vent solaire interagit avec l'atmosphère terrestre pour produire des rayons X qui submergent tout signal provenant du halo galactique.

«Toutes les observations que nous faisons impliquent cette émission de vent solaire dans une certaine mesure, mais cela varie avec le temps et les conditions de vent solaire», a déclaré Kip Kuntz (Université Johns Hopkins) dans un communiqué de presse récent. "Les variations sont si difficiles à calculer que beaucoup de gens ne font que le mentionner et ensuite l'ignorer dans leurs observations."

HaloSat contournera ce problème en faisant des observations au cours des 45 minutes passées au-dessus de la nuit terrestre, rechargeant ses batteries à énergie solaire pendant la moitié de la journée sur une orbite de 90 minutes.

HaloSat détecte les rayons X avec des énergies comprises entre 400 et 2 000 électron-volts, le même régime que les télescopes spatiaux Chandra et XMM-Newton. Mais contrairement à ces autres observatoires à rayons X en orbite, HaloSat dispose d’un large champ de vision de 100 degrés carrés, ce qui lui permet de réaliser une surveillance efficace de l’ensemble du ciel.

Les chercheurs espèrent utiliser HaloSat pour discerner la forme du halo de gaz galactique de la Voie lactée, afin de voir s’il suit davantage la forme de crêpe bombée (le modèle de l’œuf au plat) de la galaxie de la Voie lactée elle-même, ou s’agit plus d’une sphère. Si la distribution n'est pas uniforme, HaloSat devrait voir la différence, en regardant perpendiculairement au plan de la galaxie plutôt que le long du plan lui-même.

Lancement & déploiement

La fusée Orbital ATK Antares avec la navette spatiale Cygnus et HaloSat à bord a été lancée à partir de Pad-0A le 21 mai 2018 à l'installation de vol Wallops de la NASA en Virginie.
NASA / Aubrey Gemignani

HaloSat a été lancé le 21 mai 2018 à partir de l'installation de vol Wallops de la NASA sur la côte de la Virginie, à bord de la navette spatiale Cygnus SSJR Thompson, en route vers la Station spatiale internationale. Il a été libéré de l'ISS le 13 juillet.

Halosat est construit autour d’un bus XB1 CubeSat de Blue Canyon Technologies et est équipé de roues de réaction, de suiveurs d’étoiles et d’un panneau solaire. Bien qu’il soit équipé pour un levé large, il a une précision de pointage supérieure à 30 secondes d’arc. Ses trois détecteurs de rayons X ont été construits par Amptek Inc et sont similaires à ceux de l’étoile Neutron de la NASA, Interior Composition Explorer, à bord de l’ISS.

«Nous prévoyons d’utiliser HaloSat pendant un an», déclare Kaaret. «Nous espérons montrer des résultats préliminaires sur une ou plusieurs cibles lumineuses de la Voie Lactée au cours de cette année, principalement pour montrer le fonctionnement de l'instrument. Les résultats sur le halo et le problème de baryon manquant devraient arriver 6 à 12 mois après la fin des opérations. ”

Il sera étonnant de voir si une petite mission satellite comme HaloSat peut répondre à un si grand mystère cosmologique.