télescope à rayons X

Au sous-sol du laboratoire, un aimant de 8 teslas bourdonne. À l'intérieur, tel une cloche dans un clocher, est suspendu un cylindre creux en cuivre, accordé sur une note unique. Si un axion, particule de matière noire, venait à passer à proximité, le cylindre répondrait par un tintement faible.

Photographier une exoplanète autour d'une autre étoile, c'est comme essayer de distinguer un ver luisant devant un projecteur. L'atmosphère terrestre ne cesse de bouger, et dans un télescope, cela se traduit par des taches dansantes, les speckles.

Au plus profond de la glace du pôle Sud, à près de deux kilomètres et demi sous la surface, un télescope pas comme les autres est en activité. Il n'est pas pointé vers le ciel, mais à travers la Terre. Sa proie : les neutrinos, ces particules quasi insaisissables qui traversent les planètes et les étoiles de part en part sans interagir avec rien.

Imaginez un artiste dont la toile est une planète entière et la palette, des molécules qui boivent la lumière des étoiles. Son pinceau : des milliards d'années d'évolution ; son tableau : un portrait spectral visible même depuis un autre système stellaire.

De minuscules balles invisibles traversent le Soleil de part en part, sans presque remarquer sa matière. Ce sont les axions — des particules hypothétiques si légères et insaisissables qu'on les compare à des fantômes.

Le vent solaire — un flux de particules chargées venant du Soleil — percute le gaz ténu qui remplit l'espace entre les étoiles. De cette collision naît une faible émission de rayons X. Pour les astronomes, c'est comme un brouillard devant les phares : il empêche de distinguer les objets lointains.

En 1987, les astronomes ont observé l'éclat d'une supernova dans une galaxie voisine, le Grand Nuage de Magellan. Ce fut un cadeau rare : l'explosion était assez proche pour capturer non seulement la lumière, mais aussi les neutrinos (des particules quasi insaisissables qui traversent la Terre de part en part).

L'étoile à neutrons 4U 1735-44 avale la matière d'une étoile voisine. Cette matière s'enroule en un disque plat, comme l'eau qui s'engouffre dans le drain d'une baignoire. Mais ce disque brille en rayons X, et pour la première fois, les astronomes ont pu mesurer à quel point ces rayons sont « peignés », c'est-à-dire polarisés.

L'analyse par fluorescence X classique fonctionne comme un recenseur méticuleux : pour connaître la composition d'un tableau, il parcourt chaque centimètre carré et note dans son registre s'il y a du plomb ou du cuivre. Pour une feuille plane, cela reste supportable, mais pour un objet en volume, c'est une épreuve.

Une casserole d'eau bouillante sur la cuisinière : plus la flamme est forte, plus l'eau est chaude et plus la vapeur s'échappe. C'est à peu près ainsi que se comporte le gaz chaud dans les amas de galaxies. Mais dans les petits groupes de galaxies, cette « vapeur » s'échappe plus vite que ne le laisserait attendre la température.

Les rayons cosmiques ne sont pas de la lumière, mais des particules chargées qui bombardent la Terre de toutes parts. La plupart sont des protons (noyaux d'hydrogène), mais on trouve aussi des noyaux plus lourds : hélium, azote, fer.

La radiographie évoque généralement un appareil encombrant à l'hôpital. Pourtant, une telle image peut être obtenue avec un dispositif de la taille d'une paume, assemblé à partir de composants d'électronique amateur. Les auteurs de l'étude ont utilisé un mini-ordinateur Raspberry Pi, une caméra de 12,3 mégapixels et un écran qui s'illumine sous les rayons X.

Une radiographie de batterie ressemble à une photo prise à travers un verre dépoli : les petits détails se fondent en une tache grise. La cause est la limite du détecteur lui-même, qui ne distingue pas les détails plus petits que son pixel.

Les marqueurs radioactifs, c'est comme un livreur avec une balise : on l'injecte dans le corps, et il illumine l'organe voulu sur l'image. Mais ce livreur a des règles strictes : on ne peut pas l'envoyer souvent, il se fatigue vite et coûte cher. Les médecins rêvent depuis longtemps d'un moyen de voir un organe sans radiations.

Les rayons X des étoiles ne se capturent pas avec un miroir ordinaire : ils traversent le verre comme la lumière traverse une vitre. Pour les réfléchir, il faut un miroir presque parallèle au faisceau : alors les rayons glissent sur la surface comme un galet plat sur l'eau, et ne changent que légèrement de direction.

Il y a vingt ans, l'image X de l'amas de l'Arche ressemblait à la photo d'une personne dans un épais brouillard : l'amas lui-même se noyait dans les reflets du nuage voisin. Le nuage, tel un miroir, réfléchissait le rayonnement dur des environs du trou noir, et cette réflexion noyait le faible signal des étoiles.

Chaque seconde, des dizaines de particules venues de l'espace traversent chacun de nous. La plupart sont des protons légers, mais on trouve aussi des noyaux atomiques plus lourds : carbone, oxygène, fer. Ils naissent dans les explosions d'étoiles et voyagent vers la Terre pendant des millions d'années.