25 Juillet 2016

Hitomi livre son héritage

Le spectromètre SXS a eu le temps d'observer l'amas de Persée avant la perte de la mission Hitomi

Hitomi, anciennement Astro-H, est une mission de la JAXA destinée à l'étude en rayons X des plasmas chauds autres phénomènes violents de l'univers. Lancée le 17 février 2016, le satellite a malheureusement cessé de fonctionner le 26 mars suite à une anomalie, avant d'être déclaré perdu par la JAXA.

Néanmoins, les équipes Hitomi avaient eu le temps de mettre en service une partie de sa charge utile, et notamment le spectromètre SXS. Ce dernier est un précurseur du spectromètre XIFU de la mission ATHENA de l'ESA, un instrument très ambitieux développé sous la responsabilité du CNES.

SXS est composé d'un miroir focalisant les rayons X sur une matrice de microcalorimètres X refroidis à 50 mK.

Hitomi
Vue d'artiste du satellite Hitomi Crédits : Jaxa

La première observation de cet instrument a été dédiée à l'amas de Persée, où les scientifiques de la mission s'attendent à observer une très grande variété de phénomènes physiques (plasma chaud, turbulence, influence du trou noir supergéant au centre de l'amas, ...). Les observations avec SXS de l'amas de Persée ont été publiées le 7 juillet 2016 dans la revue Nature.

Hitomi Persee.png

Spectre du centre de l’amas de Persée obtenu avec l’observatoire Hitomi, en flux S en fonction de l’énergie E. Le décalage spectral (redshift) de l’amas est z=0.01756. L’encart est en échelle logarithmique afin de mieux voir les raies d’émission les plus faibles.
© Collaboration Hitomi, Nature.

Les performances de l'instrument ont tenu toutes leurs promesses : les données collectées ont permis de détailler pour la première fois toutes les raies spectrales d'émission X en provenance de l'amas, en particulier les raies de fluorescence du fer à différents degrés d'ionisation. Ces mesures donnent accès à l'état physique du gaz intra-amas. Celui-ci se découvre plus calme qu'on ne le pensait, et très peu turbulent.

Athena_spectre_x-ifu.png

Spectre simulé de l’instrument XIFU d’Athena à partir des observations d’Hitomi et des performances attendues pour Athena. La région observée est une partie (30 arcsec x 30 arcsec) de la zone étudiée par Hitomi (3 arcmin x 3 arcmin), et pendant une pose de 100 000 secondes (230 000 secondes pour Hitomi). Sur une région 36 fois plus petite, et un temps de pose de moins de la moitié, le flux collecté par Athena est près de 100 fois supérieur dans le domaine d’énergie commun (5.5 – 8.5 keV). De plus, XIFU explore un domaine beaucoup plus étendu vers les basses énergies, révélant un foisonnement de raies d’émission, signatures physico-chimiques du gaz chaud présent au cœur de l’amas de Persée. © Barret et al.

Ces mesures seront aussi très utiles pour la cosmologie : le comptage des amas dans l'univers fournit une sonde cosmologique, aidant notamment à comprendre les mécanismes de l'accélération de l'expansion, à condition de pouvoir estimer leur masse; or la température du gaz chaud dans l'amas est directement reliée à la quantité de matière noire s'y trouvant.

Références de l'article

The Hitomi collaboration, The Quiescent Intracluster Medium in the Core of the Perseus Cluster, Nature, 535, 117-148 (2016)

Contacts

  • Contact scientifique : Philippe Laurent (philippe.laurent at cea.fr)
  • Responsable du programme Astronomie Astrophysique : Olivier La Marle (olivier.lamarle at cnes.fr).