RAYONNEMENT COSMIQUERayons X cosmiques

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Opaque aux rayons X, l'atmosphère terrestre empêche l'observation des photons X extraterrestres depuis le sol. La date de naissance de l'astronomie des rayons X peut être située le 18 juin 1962, lorsqu'un détecteur sensible à ce type de rayonnement, placé à bord d'une fusée-sonde de la N.A.S.A., découvrait l'existence d'une source X située hors du système solaire. Cette source devait être, par la suite, identifiée à un système stellaire de type particulier, dénommé Scorpius X-1. Les expériences en fusées-sondes, puis en satellite, montreront que cette source n'était pas unique. Lancé depuis le Kenya le 12 décembre 1970, jour anniversaire de l'indépendance du pays, le satellite américain Uhuru (en swahili : « liberté ») permettait de cataloguer 339 sources de rayons X dans le ciel, dont une centaine dans notre Galaxie. On doit aussi à ce satellite la découverte des sources « pulsantes » et des sources à éclipses. De nombreux progrès, notamment dans l'étude des sources extragalactiques, ont ensuite été réalisés par les satellites A.N.S., Ariel-5, O.S.O.-8, puis H.E.A.O.-1.

Fenêtres sur l'Univers

Vidéo : Fenêtres sur l'Univers

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Avec H.E.A.O.-2 (rebaptisé Einstein après son lancement ; 1978-1981) puis Rosat (1990-1999), ce sont de véritables observatoires d'astronomie X qui furent mis sur orbite. Ils ouvraient la voie à des missions encore plus ambitieuses, au premier rang desquelles Chandra (lancé le 23 juillet 1999) et X.M.M.-Newton (lancé le 10 décembre 1999).

On sait maintenant que la plupart des sites astrophysiques émettent des rayons X : systèmes binaires serrés, restes de supernovae, milieu interstellaire, couronnes stellaires, amas de galaxies, galaxies actives, quasars...

L'astronomie des rayons X constitue une branche à part entière de l'astrophysique. Elle est devenue indispensable pour comprendre les phénomènes physiques dans les sites les plus variés.

Évolution des techniques de détection

Les premières observations astronomiques dans le domaine des rayons X ont été réalisées avec des télescopes extrêmement sommaires. Ces instruments comprenaient un détecteur de photons, du type compteur proportionnel, permettant de mesurer l'énergie de chaque photon détecté avec une précision relative de l'ordre de 20 à 40 p. 100. L'effet directionnel indispensable à toute étude astronomique était assuré par un collimateur mécanique constitué de grilles, plaques ou tubes dont l'agencement délimitait la portion du ciel à observer. La résolution angulaire obtenue était de l'ordre du degré (fig. 1a).

Détection des rayons X

Dessin : Détection des rayons X

La détection des rayons X. 

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Le caractère exceptionnel et inattendu des premiers résultats n'a pas empêché les expérimentateurs de prendre conscience de la médiocrité des résolutions spectrale et angulaire de ces télescopes et les a incités à développer de meilleurs instruments.

Les progrès réalisés varient avec la gamme d'énergie considérée.

Détection à basse énergie (E < 5 keV)

Dans le domaine des basses énergies (inférieures à 5 kiloélectronvolts ; symbole : keV), l'amélioration de la résolution angulaire a été spectaculaire grâce à l'emploi de véritables optiques comportant des miroirs paraboliques et hyperboliques (fig. 1b). Ces miroirs utilisent la propriété de tous les matériaux d'avoir, pour les rayons X, un indice de réfraction très légèrement inférieur à l'unité. Cela signifie que, pour des incidences très rasantes, les photons X subissent une réflexion totale. L'angle critique est de l'ordre de 1 degré aux environs de 1 kiloélectronvolt, et il décroît très rapidement lorsque l'énergie augmente. Cela explique qu'en pratique les optiques en rayons X ne sont efficaces qu'à très basse énergie. À titre d'exemple, citons le télescope de l'observatoire Einstein (H.E.A.O.-2), dont le diamètre était égal à 60 centimètres et la distance focale à 3,5 mètres. La surface collectrice était de 800 centimètres carrés et la résolution angulaire de quelques secondes. Le satellite européen Exosat (European X-Ray Observatory Satellite, 1983-1986) était équipé de deux télescopes de ce type, cependant un peu plus petits. Le satellite allemand Rosat (Röntgen Satellite, 1990-1999), avec son optique également à incidence rasante et son détecteur imageur, a mis en évidence plus de 50 000 sources X.

Détection des rayons X

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La détection des rayons X. 

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On peut placer au foyer de ces télescopes divers instruments adaptés au type d'obs [...]

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Source Cen X-3

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  • : physicienne au service d'astrophysique du Commissariat à l'énergie atomique, Saclay
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Pour citer l’article

Monique ARNAUD, Robert ROCCHIA, Robert ROTHENFLUG, « RAYONNEMENT COSMIQUE - Rayons X cosmiques », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 19 mai 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/rayonnement-cosmique-rayons-x-cosmiques/