Chandra

Le satellite Chandra est un télescope à rayons X. Il a été lancé en 1999 par la navette spatiale Columbia lors de la mission STS-93.

Son nom vient de celui du physicien Subrahmanyan Chandrasekhar qui est connu pour avoir évalué la masse limite des naines blanches pour devenir des étoiles à neutrons. De manière adéquate, le terme sanskrit de Chandra signifie lumineux (et désigne la Lune).

Avant son lancement, Chandra portait également le nom de Advanced X-ray Astrophysics Facility (AXAF).

Chandra a profondément transformé notre connaissance de l'univers et a apporté un nombre considérable d'informations nouvelles ou inattendues. Parmi celles-ci on peut compter :

• La première image, des restes de la supernova Cassiopée A, a donné une première impression à propos de l'objet compact qui est en son centre (une étoile à neutrons ou un trou noir).
• Dans la nébuleuse du Crabe, autres restes d'une supernova, Chandra a montré un anneau inconnu autour du pulsar central et des jets qui n'étaient que devinés sur les images antérieures.
• La première émission X observée provient du trou noir supermassif du centre de notre galaxie (la Voie lactée) : Sagittarius A*.
• Chandra a observé du gaz beaucoup plus froid que prévu orbitant en spirale vers le centre de la galaxie d'Andromède.
• Pour la première fois, Chandra a détaillé des fronts de pression dans Abell 2142, où des groupes de galaxies sont en train de se fondre.
• Les premières images des ondes de choc d'une supernova ont été prise dans SN 1987A.
• Chandra a présenté pour la première fois des images de l'absorption d'une petite galaxie cannibalisée par une plus grande (dans une image de Perseus A).
• Dans la galaxie M82, un nouveau type de trou noir a été observé à mi chemin en taille entre les trous noirs stellaires et les trous noirs supermassifs.
• Pour la première fois, Chandra a permis d'associer une émission X à un sursaut gamma, GRB 991216.
• Des lycéens, en exploitant des données de Chandra, ont découvert une étoile à neutrons dans les restes de la supernova IC 443.
• Les observations communes de Chandra et BeppoSAX suggèrent que les sursauts gamma se trouvent dans les régions d'intense formation d'étoiles.
• Les données de Chandra suggèrent que les objets RXJ1856 et 3C 58, que l'on croyait précédemment être des pulsars, seraient plutôt des objets beaucoup plus denses, des étoiles étranges. Ces résultats ne font toutefois pas encore l'objet d'un consensus clair.
• La naine brune TWA 5B a été observée en orbite autour d'une étoile similaire au soleil (dans un sytème binaire).
• Chandra a repéré les ondes sonores provenant de la violente activité autour d'un trou noir supermassif dans l'amas Perseus.
• Chandra a observé l'ombre portée en rayons X de Titan passant devant la nébuleuse du Crabe.

Contrairement aux télescopes optiques qui se contentent de surfaces paraboliques comme moiroirs, les télescopes à rayons X utilisent des surfaces complexes (paraboliques et hyperboliques) dont la surface est recouverte d'iridium. Les photons X ont une énergie telle que les miroirs traditionnels sont traversés et qu'il faut plutôt utiliser un angle d'incidence rasant pour les réfléchir (voir aussi l'article Focalisation (optique)#Télescopes à rayons X). Chandra utilise 4 paires de miroirs qui, en association avec la structure portante, portent le nom de High Resolution Mirror Assembly (HRMA). Les miroirs de Chandra (bien meilleurs que ceux recouverts d'or des premiers télescopes X en orbite) autorisent une résolution angulaire record de 0,5 seconde d'arc (2,4 µrad).

L'orbite fortement elliptique de Chandra lui autorise des périodes d'observation allant jusqu'à 55 heures (pour une période orbitale de 65 heures).

Instruments

Le Science Instrument Module (SIM) porte les deux instruments du plan focal, ACIS (Advanced CCD Imaging Spectrometer) et HRC (High Resolution Camera), pour les placer en position d'observation selon le programme demandé.

ACIS comporte 10 CCD et fournit des images aussi bien qu'une information spectrale des objets observés. Il travaille dans la gamme de 0.2 à 10 keV. HRC comporte deux plaques à micro-canaux (micro-channel plates) et couvre la gamme de 0.1 à 10 keV. Il a aussi une résolution de 16 microsecondes. Ces deux instruments peuvent être utilisés seuls ou en association avec un des deux réseaux de diffraction.

Les réseaux de diffraction, qui peuvent être placés dans l'axe optique derrière les miroirs, offrent la capacité d'une spectroscopie à haute résolution. Le HETGS (High Energy Transmission Grating Spectrometer) travaille dans la gamme de 0.4 à 10 keV et dispose d'une résolution spectrale de 60-1000. Le LETGS (Low Energy Transmission Grating Spectrometer) travaille dans la gamme de 0.09 à 3 keV et une résolution de 40-2000.

En 1976, Chandra (encore nommé AXAF à ce moment-là) a été proposé à la NASA par Riccardo Giacconi et Harvey Tananbaum. L'année suivante, les travaux ont commencé au Marshall Space Flight Center (MSFC) et au Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO). Entre temps, en 1978, la NASA a lancé et mis en orbite le premier télescope à rayons X Einstein (HEAO-2). En 1992, pour en réduire les coûts, le satellite a été radicalement réétudié. Quatre des douze miroirs prévus ont été éliminés (avec deux des six instruments scientifiques). L'orbite de Chandra a été transformée en une orbite fortement elliptique dont le point le plus éloigné se situe à un tiers de la distance Terre-Lune. Ces transformations ont éliminé complètement la possibilité de missions de maintenance ou d'entretien par la navette spatiale mais ont placé la majeure partie de l'orbite au-delà de la ceinture de Van Allen (zone de radiations intenses).

AXAF a acquis son nouveau nom de Chandra en 1998 et a été lancé en 1999 par la navette spatiale Columbia lors de la mission STS-93. À ce moment, il était la charge la plus lourde jamais emportée par une navette spatiale, pour une bonne part à cause du booster qui devait l'insérer dans son orbite haute (l'Inertial Upper Stage).

Un mois après son lancement, Chandra a commencé à renvoyer des données d'observation. Il le fait continuellement depuis. Les opérations sont conduites par le SAO au Chandra X-ray Center à Cambridge, Massachusetts, avec l'assistance du MIT et du Northrop Grumman Space Technology. Les CCD d'ACIS ont été endommagés par les premiers passages dans la ceinture de Van Allen. Pour éviter que cela ne se reproduise, une procédure de retrait systématique de cet instrument hors du plan focal lors de ces passages a été mise en place.