Imaging X-ray Polarimetry Explorer

La mission IXPE est sélectionnée début 2016 par l'agence spatiale américaine, la NASA, dans le cadre de son programme scientifique Explorer. Elle est avec 14 autres propositions dont les deux finalistes : PRAXyS (Polarimeter for Relativistic Astrophysical X-ray Sources) un projet de télescope spatial aux caractéristiques identiques et SPHEREx est un petit télescope spatial infrarouge de l'ensemble du ciel[1]. Cette mission de type SMEX est dotée selon le barème associée de cette catégorie d'un budget de 188 millions de dollars américains lancement compris. Le projet est piloté par le centre de vol spatial Marshall. La société Ball Aerospace & Technologies installée à Broomfield (Colorado) est choisie par la NASA pour construire l'engin spatial. L'Agence spatiale italienne apporte une contribution significative en fournissant les détecteurs à rayons X polarimètres des télescopes qui reflète une percée technologique remarquable qui fait l'originalité de la mission. L'Italie met également à disposition sa station de Malindi au Kenya pour la collecte des données scientifiques[2].

L'ISRO développe une mission similaire XPoSat, dont le lancement est prévu en 2020. L'observatoire de petite taille utilise des compteurs proportionnels à gaz pour mesurer la polarisation du rayonnement du rayonnement X dans une gamme d'ondes comprise entre 5 et 30 keV[3].

IXPE présente la particularité de disposer dans le plan focal, en plus d'un dispositif à transfert de charges (CCD) classique fournissant une image dans le rayonnement X, un détecteur qui mesure la polarisation du rayonnement émis. Ce type de détecteur, mis au point par des équipes italiennes, est absent des télescopes à rayons X récents. Il va permettre de mieux comprendre la structure des objets émettant le rayonnement X[4].

Les principaux objectifs de la mission sont :

• Améliorer notre compréhension des processus physiques produisant des rayons X à proximité des objets compacts comme les étoiles à neutrons et les trous noirs.
• Étudier la physique associée aux effets de la gravité, de l'énergie, des champs magnétiques aux grandeurs extrêmes.

IXPE doit contribuer à répondre aux questions suivantes de l'astrophysique des hautes énergies :

• Qu'est ce que la vitesse de rotation d'un trou noir ?
• Quelle est la géométrie et l'intensité du champ magnétique dans un magnétar ?
• Est que notre centre galactique dans un passé récent une galaxie active ?
• Quelle est la structure du champ magnétique dans les sources synchrotron de rayons X ?
• Quelles sont les géométries et les origines des rayons X émis par les pulsars ?

IXPE est un petit engin spatial d'environ 300 kilogrammes qui une fois le mât supportant la partie optique déployée dans l'espace a une longueur de 5,2 mètres et un diamètre de 1,1 mètre. Les panneaux solaires lorsqu'ils sont déployés portent l'envergure à 2,7 mètres. Le télescope spatial met en œuvre une plate-forme BCP-100 (Ball Commercial Platform) stabilisée sur 3 axes déjà utilisée à 3 reprises pour des satellites expérimentaux de l'Armée de l'Air américaine de la série Space Test Program (STP)[5].

Charge utile

La charge utile de IXPE est constituée par trois télescopes à rayons X dont la partie optique est de type Wolter. Chacune des optiques est constituée de 24 coquilles concentriques en alliage nickel/cobalt d'une longueur de 60 cm et dont le diamètre est compris entre 16,2 et 27,2 cm. Chacune des optiques a une surface effective de 230 cm² à 2,3 keV et supérieure à 240 cm² à 3-6 keV. Le pouvoir de résolution est inférieure à 25 secondes d'arc et le champ de vue est de 12,9 minutes d'arc. Outre les trois dispositifs à transfert de charges fournissant des images dans le rayonnement X, le télescope spatial dispose de détecteurs de polarisation 10 fois plus performants que la dernière génération de détecteurs de ce type équipant l'observatoire spatial OSO-8 lancé en 1975[6].

Vue d'artiste du télescope spatial de la NASA IXPE.

Le télescope spatial doit être placé en orbite en avril 2021 par un lanceur Falcon 9[7]. Il doit circuler sur une orbite terrestre basse équatoriale (inclinaison orbitale 0°) à une altitude de 540 km. Le contrôle de la mission est assurée par le Laboratoire de physique atmosphérique et spatiale de l'université du Colorado. Les données sont collectées par la station de Malindi qui est survolée 15 fois par jour. Une fois en orbite, le mât portant la partie optique est déployée ainsi que le bouclier à rayons X. Les opérations scientifiques doivent débuter après une phase de contrôle et d'étalonnage des instruments d'une durée de 4 semaines. Chacune des cibles visées par le télescope est visible durant des fenêtres d'une durée de 60 jours et pendant 56,7 minutes de manière continue durant chaque orbite. La durée de la mission primaire est de 2 ans[5].