Hitomi (en japonais , littéralement « Pupille »Hitomi, le nom du satellite, est écrit en japonais , en hiragana, pour indiquer qu'il s'agit d'un nom propre. Le kanji (qui se prononce de la même façon) n'est utilisé que pour le nom commun signifiant « pupille ». ; également appelé ASTRO-H avant son lancement, ou encore NeXT pour ) est un télescope spatial à rayons X développé par l'agence spatiale japonaise JAXA et lancé le par une fusée H-IIA. Le télescope circule sur une orbite terrestre basse à une altitude de . La charge utile est constituée par plusieurs télescopes Wolter associés à des imageurs et un spectromètre permettant des observations de rayons X mous (0,3-12 keV) et durs (5-80 keV) ainsi que deux détecteurs de rayons gamma mous (10-600 keV). Une série d'anomalies durant la phase de déploiement fin mars 2016 entraine la perte de contrôle d'Hitomi qui est déclaré perdu par l'agence spatiale japonaise.

Contexte ASTRO-H est un télescope spatial rayons X développé par le département scientifique (anciennement ISAS) de l'Agence spatiale japonaise JAXA) avec des partenaires internationaux. Il s'agit du sixième télescope spatial rayons X réalisé par le Japon.

ASTRO-H doit permettre de poursuivre les recherches menées avec le télescope ASCA en explorant le rayonnement X dur au-dessus des . La NASA participe au projet en fournissant un spectromètre pour rayonnement X mou à haute résolution (SXS). L'agence spatiale néerlandaise (SRON) est chargée de construire la roue à filtres et la source utilisée pour l'étalonnage des instruments. L'Agence spatiale canadienne et l'européenne participent également au développement. Plus de 70 instituts de recherche faisant partie de 8 pays différents (Japon, États-Unis, Canada, Pays-Bas, Royaume-Uni, France, Suisse, Irlande) participent à la conception du télescope.

Objectifs

Les objectifs de la mission d'ASTRO-H, dont la durée prévue est de 3 ans, sont les suivants : Préciser la structure à grande échelle de l'univers et son évolution Le télescope observera les amas de galaxies qui constituent les plus grandes structures de l'univers avec comme objectif de mettre en évidence les interactions entre l'énergie thermique de l'espace au sein de l'amas, l'énergie cinétique des sous-amas, mesurer l'énergie non thermique et reconstituer l'évolution dynamique des amas ASTRO-H doit observer avec une sensibilité 100 fois supérieure à celle de Suzaku les trous noirs supermassifs éloignés cachés par la matière et étudier leur évolution et leur rôle dans la formation des galaxies. Comprendre les conditions extrêmes dans l'univers Le télescope doit mesurer les déplacements de la matière très proche des trous noirs afin de détecter la distorsion gravitationnelle de l'espace et de comprendre la structure relativiste de l'espace-temps. Étudier les différents phénomènes de l'univers non thermique ASTRO-H déterminera les conditions physiques des sites où les particules à haute énergie (rayons cosmiques) acquièrent leur énergie et élucidera les processus par lesquels la gravité, les collisions et les explosions d'étoiles transmettent leur énergie aux rayons cosmiques. Enquêter sur la matière noire et l'énergie sombre Le télescope doit cartographier la matière noire présente dans les amas de galaxies et déterminer la masse totale des amas de galaxies plus ou moins éloignés et plus ou moins anciens. Il doit étudier le rôle de la matière noire et l'énergie sombre sur l'évolution de ces systèmes.

Déroulement prévu des opérations en vol

Les scientifiques du monde entier peuvent demander un temps d'observation. Les propositions sont examinées et sélectionnées par un comité scientifique. Le déroulement des observations comprend quatre phases : Phase 0 (3 mois) : Déploiement et étalonnage Phase 1 (6 mois) : Vérification des performances - Observations par le groupe de travail ASTROèH Phase 2 (12 mois) : Temps disponibles pour les observations des invités (75 %) Vérification des performances (25 %) Phase 3 : Observations invités (90 %) Vérification des performances (10 %)

Caractéristiques techniques

ASTRO-H est un télescope spatial de de long pour une masse de . Il est constitué d'une part d'un banc optique fixe long de et d'autre part d'un banc optique déployable long de qui supporte l'imageur HXI pour les rayons X durs. L'ensemble permet de disposer d'une longueur focale de nécessaire pour les performances des deux optiques HXT dédiées aux rayons durs qui se situent à l'autre bout du satellite par rapport à l'imageur HXI. Le choix d'un banc optique déployable découle de la taille limitée disponible sous la coiffe du lanceur. Une aile unique perpendiculaire à l'axe du télescope supporte les panneaux solaires qui fournissent environ . Les échanges de données avec les stations terrestres se font en bande X avec un débit de 8 mégabits/s. Le satellite dispose d'une capacité de stockage des données de 12 gigabits.

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Charge utile vignette|Yb des deux miroirs Wolter de type I du télescope à rayons W mous SXT. Il est constitué de 1624 segments en aluminium formant 203 coques concentriques.

La charge utile d'ASTRO-H comprend deux télescopes pour rayons X durs HXT (acronyme de l'anglais ), qui focalisent ceux-ci vers l'imageur de rayons X durs (Hard X-ray Imager, HXI), et deux télescopes pour rayons X mous SXT (), dont l'un dirige les rayons vers le spectromètre (SXS) à micro calorimètre avec une résolution spectrale remarquable de et l'autre fait converger les rayons vers un imageur (SXI) à base de CCD. Pour disposer d'une large couverture du spectre électromagnétique, ASTRO-H est également équipé de deux détecteurs de rayons gamma mous SGD (Soft Gamma-ray Detector) qui permettront d'étudier les rayons gamma mous jusqu'à 600 kiloélectron-volts sans les focaliser.

Partie optique

Télescope pour rayons X mous (SXT-S, SXT-I)

ASTRO-H dispose de deux télescopes pour rayons X mous (0,3-12 keV) identiques SXT () dont la conception est proche des télescopes XRT embarqués sur Suzaku. Il s'agit dans les deux cas d'un télescope Wolter de type I de de longueur focale composés de 203 coques en aluminium recouvertes d'une couche réfléchissante d'or. Chaque miroir est de forme conique et son épaisseur dépend de sa position dans l'optique : elle va en croissant en allant vers l'extérieur (152, 229 et 305 μm). Le diamètre externe de chaque télescope est de . La superficie effective (réfection de 100 %) est de à 0,5 kiloélectron-volt et carrés à 6 kiloélectron-volts. La résolution spatiale (HPD) est de 1,3 minute d'arc. Le télescope SXT-S concentre les rayons X vers le spectromètre SXS (Soft X-ray Spectrometer) tandis que SXT-I dirige les rayons vers l'imageur SXI (Soft X-ray Imager).

Télescope pour rayons X durs (HXT)

ASTRO-H dispose de deux télescopes pour rayons X durs (5–80 keV) HXT () identiques dont la structure est proche de celle des télescopes pour rayons X mous SXT embarqués sur le même engin spatial. Il s'agit dans les deux cas de télescopes Wolter de type I de de longueur focale composés de 213 coques en aluminium. Pour pouvoir réfléchir les rayons X durs, le support est recouvert de couches alternées de matériau réfléchissant dont l'épaisseur est soigneusement calculée pour que, en application de la loi de Bragg, les rayons X les plus durs puissent être réfléchis par les couches inférieures. Les miroirs ont un support de forme conique dont l'épaisseur est de 200 μm. Le diamètre externe de chaque télescope est de . La superficie effective (réflexion de 100 %) est, pour les deux miroirs, de à , à et à . La résolution spatiale est de 1,7 minute d'arc. Chacun des deux télescopes concentre les rayons X vers un imageur HXI (Hard X-ray Imager).

vignette|centre|upright=3|Schéma d'un télescope Wolter de type I :1 : miroirs paraboliques2 : miroirs hyperboliques3 : rayons X incidents4 : Point focal

Instruments scientifiques vignette|Microcalorimètre du spectromètre SXS.

Imageur de rayons X durs (HXI)

L'imageur de rayons X durs (Hard X-ray Imager, HXI) utilise des détecteurs à structure hybride (silicium double face et tellurure de cadmium pour pouvoir collecter les photons ayant une énergie allant jusqu'à avec un rendement quantique élevé. Les résolutions spatiales de 250 μm et énergétique de 1-2 keV (FWHM) sont atteintes avec un bruit de fond peu élevé.

Spectromètre pour rayons X mous (SXS)

Le spectromètre pour rayons X mous (Soft X-ray Spectrometer, SXS) utilise un détecteur composé de réseau de 6x6 microcalorimètres refroidis à une température de 0,05 K et couvrant un champ optique de 3 x 3 minutes d'arc. La résolution spectrale attendue est au moins de (FWHM) et pourrait atteindre . La surface effective du détecteur est de pour les rayons de . L'instrument développé par la JAXA et la NASA est une évolution de l'instrument XRS installé à bord du télescope spatial Suzaku qui n'a pu être utilisé à la suite de l'évaporation de l'hélium liquide destiné à le maintenir à sa température de fonctionnement. Le détecteur permet d'enregistrer 150 photons par seconde. Si la source est brillante (nombreux photons), un filtre peut être placé devant le détecteur. La quantité d'hélium embarqué garantit une durée de fonctionnement comprise entre 4,6 et 6,9 ans.

Imageur de rayons X mous (SXI)

L'imageur de rayons X mous (Soft X-ray Imager, SXI) utilise un CCD à canal p d'une conception nouvelle d'une surface de . Il est éclairé par la face arrière ce qui lui permet d'être sensible aux rayons à faible énergie et résistant aux micro-météorites. Le détecteur utilise 4 puces. Un système de refroidissement mécanique abaisse la température à .

Détecteur rayons gamma mous (SGD) Les deux détecteurs de rayons gamma mous SGD (Soft Gamma-ray Detector) sont des instruments de nouvelle génération capables de mesurer le rayonnement gamma mou (de 40 à 600 kiloélectronvolts avec un niveau de bruit de fond dix fois inférieur aux instruments existants. Pour réduire l'impact du bruit de fond, il utilise une caméra Compton avec un bouclier actif. La résolution spectrale atteinte est inférieure à 2 kiloélectronvolts. Dans la bande allant de 50 à 200 kiloélectronvolts, l'instrument peut mesurer la polarisation de sources telles que les disques d'accrétion des trous noirs, les binaires comprenant une étoile à neutrons et le cœur des galaxies actives.

+Principales caractéristiques des instruments de ASTRO-H Instrument SXS SXI HXI SGD(photo-abs.) SGD(Compton) Spectre 0,3-12 keV 0,4-12 keV 5-80 keV 10-600 keV 40-600 keV Superficie effective(cm) 50/225 à 0,5-6 keV 214-360 à 0,5-6 keV 300 à 30 keV 150 à 30 keV 20 à 100 keV Champ optique(minutes d'arc au carré) 3,05 × 3,05 38 × 38 9 × 9 33 × 33 (< 150 keV) 600 × 600 (> 150 keV) 33 × 33 (< 150 keV) 600 × 600 (> 150 keV) Résolution angulaire en HPD(minutes d'arc) 1,3 1,3 1,7 - - Résolution spectrale en FWHM (eV) 5 150 à 6 keV < 2 000 à 60 keV 2 000 à 40 keV 4 000 à 40 keV Résolution temporelle (secondes) 4 s Bruit de fond instrumental (/s/keV/FoV)/ à 0,5-6 keV 0,1/0,1 à 0,5-6 keV / à 10-50 keV4 couches/ à 10-50 keV1 couche - / à 100-600 keV

Déroulement du projet et de la mission

La première étude du projet NeXT (New exploration X-ray Telescope) remonte à 2006. En l'agence japonaise ISAS lance un appel d'offres pour la fabrication du télescope et la société NEC est sélectionnée. Le lancement est à l'époque planifié pour 2013. ASTRO-H est lancé le par une fusée japonaise H-IIA (vol F30) tirée depuis la base de Tanegashima et placé sur une orbite terrestre basse circulaire de avec une inclinaison d'environ 31° qu'il parcourt en 96 minutes.

Perte du satellite ()