07 juillet 2005
Accélérateur cosmique
Découverte d'une source de rayonnement de très haute énergie dans la Galaxie

Une équipe internationale, incluant des chercheurs du CEA-DAPNIA,  vient de découvrir une nouvelle source de rayonnement de très haute énergie dans la Galaxie. Les observations réalisées grâce au réseau de télescopes HESS en Namibie, montre en effet qu'un objet baptisé LS5039 [1] est une source intense de rayons gamma d'une énergie entre 100 GeV et 4 TeV  (soit 100 à 4 000 milliards de fois plus élevée que la lumière visible). LS5039 [1] est un  couple d'étoiles composé d'un objet compact (étoile à neutrons ou trou noir) et d'une étoile massive. Il était déjà connu pour émettre des flots de matière détectés sous forme de jets radio, semblables à ceux observés autour de certaines galaxies actives, les "quasars". Plusieurs  "micro-quasars" de ce type sont  connues dans la Galaxie mais c'est la première fois qu'il est démontré directement que, comme dans les quasars, des particules y sont accélérées à de très grandes énergies. Selon les chercheurs, le rayonnement gamma de très haute énergie est en effet produit lors de l'interaction de particules accélérés avec la lumière de l'étoile compagnon. Ces résultats font l'objet d'une publication dans la revue Science datée du 7 juillet 2005.

 

Cartographie du plan galactique et découverte de LS5039.

L'expérience HESS (pour "High Energy Stereoscopic System" ou "Système Stéréoscopique de Haute Energie") est sensible aux photons d'énergie comprise entre 100 GeV et 50 TeV [2] et fonctionne dans sa configuration finale (4 télescopes) depuis un an. Son principe consiste à capter la faible lumière émise dans le ciel nocturne lorsqu'un photon gamma de très haute énergie interagit avec les constituants de l'atmosphère. L'un des premiers programmes scientifiques a consisté à dresser la cartographie complète du plan de la Galaxie.

Durant ce sondage du plan galactique, une émission est apparue près de la position du candidat microquasar LS5039. L'ensemble des différents pointés effectués, d'une durée totale de 10 heures répartie sur une période de quatre mois, a permis de dresser une carte précise de cette région du ciel. L'excellente finesse des images (résolution spatiale) de l'expérience HESS, combinée à sa faculté à détecter des objets faibles, a montré ici toute son efficacité. La source découverte à haute énergie, dénommée HESS J1826-148 d'après ses coordonnées sur la voûte céleste, a pu être facilement distinguée de deux autres objets, un pulsar radio et un vestige de supernova (figure ci-dessous). La recherche dans différents catalogues d'autres sources possibles, coïncidentes avec la position la plus probable de HESS J1826-148 (l'incertitude de la mesure est de 30"), est restée infructueuse. La source  HESS J1826-148 découverte par HESS est donc très probablement identique à LS5039 et les scientifiques viennent ainsi de découvrir la première émission à très haute énergie d'un microquasar. Le premier microquasar avait été découvert en 1992 par Felix Mirabel du CEA-DAPNIA et ses collaborateurs. Une quinzaine de ces sources est actuellement connue dans la Galaxie mais aucune jusqu'ici n'avait montré une émission à de telles énergies.

 
Accélérateur cosmique

Image obtenue par l'expérience HESS, reconstituée après analyse, du champ autour de la source LS5039, un microquasar situé à 3 Kpc. Un excès de photons gamma compatible avec la position radio de LS5039 (indiquée par une étoile verte) est clairement détecté. La position la plus probable de cette source, dénommée HESSJ1826-148, est indiquée par une ellipse. Les positions reportées sur cette carte du pulsar radio PSR B1822-14 (étoile verte au nord de LS5039) et de l'émission radio du vestige de supernova G016.8-01.1 (contour gris) excluent toute association avec LS5039. Les contours jaunes indiquent la position la plus probable d'une source (3EG J1824-1514) découverte par l'instrument EGRET, possible contrepartie de la source détectée par HESS. L'objet identifié HESSJ1825-137, également découvert lors du sondage du plan galactique, est probablement associée à un vestige de supernova. L'échelle de couleur (du bleu au rouge) indique l'intensité du signal détecté et les axes sont exprimés en coordonnées galactiques. Crédit image: collaboration HESS (cliquer sur l'image pour l'agrandir).

Ces observations semblent d'autre part conforter l'hypothèse émise il y a cinq ans par une équipe de chercheurs espagnols suggérant qu'une source de rayons gamma de plus basse énergie (entre 100 MeV et  1 GeV) découverte par l'instrument EGRET à bord du satellite CGRO et baptisée 3EG J1824-1514, correspond également au microquasar LS5039 (figure). Plusieurs  autres objets non identifiés jusqu'ici dans le catalogue EGRET pourraient ainsi appartenir à la famille des microquasars. La résolution spatiale supérieure, une clé du problème, et la plus grande sensibilité des prochains satellites gamma telles que  AGILE ou GLAST permettront certainement de lever le mystère sur la nature de cette famille d'objets.

Origine de l'émission de photons gamma de très hautes énergies

Plusieurs scénarios sont évoqués par les scientifiques pour expliquer l'origine de l'émission observée par HESS. Une interprétation fait appel à l'interaction entre les particules des flots de matière issus des jets et le très copieux flux de photons ultraviolets (UV) provenant de l'étoile compagnon, une étoile chaude. Dans ce modèle, les particules très énergétiques cèdent une fraction de leur énergie aux photons UV (par un mécanisme appelé "diffusion Compton inverse") pour les propulser à des énergies supérieure à 100 GeV , domaine où est sensible l'expérience HESS.

Un autre scénario évoque la présence d'un pulsar jeune en orbite autour de l'étoile massive.  Dans ce cas les particules accélérées dans la magnétosphère du pulsar interagissent avec les photons cibles de l'étoile. Un système similaire, PSR B1259-63, a en effet été déjà découvert par l'expérience HESS (voir Eclairs bleus du ciel gamma).


Contacts :  

voir :       

 Le communiqué de presse commun CEA/CNRS, (7 juillet  2005 )

Publications :

"Discovery of very high energy gamma-rays associated with an X-rays binary" F. Aharonian et al, collaboration HESS,  Science Express 7 juillet 2005, Article à paraître dans la revue Science pour >(télécharger ce document, fichier pdf - 160 Ko)


 

voir aussi : - Photographie gamma de la Voie lactée (7 juillet 2005)
  - Fontaine céleste. (4 novembre 2004)
  - Eclairs bleus du ciel gamma. (28 septembre 2004)

pour en savoir plus:

 

 Les actualités "Microquasars" du Service d'Astrophysique

 


Notes :

[1] LS5039 (LS pour Luminous Star) est un système binaire formé d'un objet compact (étoile à neutrons ou trou noir de masse stellaire) autour duquel gravite une étoile massive de type spectrale O6.5(V). Il est classé dans la famille des binaires-X de forte masse. La masse de l'étoile est estimée à 36 masses solaires et son rayon à 10 rayons solaires. La magnitude visuelle  est 11,2. La masse de l'objet compact est estimée quant à elle inférieure à 8 masses solaires. Situé à une distance de 3,1 kiloparsecs, soit 10 100 années-lumière, ce couple d'étoiles dont la période de révolution est de 4,1 jours a été découvert en 1997 dans le domaine des rayons X par le satellite ROSAT. La découverte dans le domaine radio d'une éjection continue de matière sous forme de jets émanent de l'objet central en 1999 a permis de classer cette source parmi la famille des microquasars. Les microquasars sont un modèle réduit des quasars, galaxies actives abritant en leur centre un trou noir supermassif.
[2] Electron-volt. L'énergie des rayons X et gamma est souvent évaluée en "électron-volt (eV)". Cette unité correspond à l'énergie communiquée à un électron de charge (e) soumis à une tension de 1 Volt. En unités du système international (SI), 1 eV correspond à  1.6 10-19 Joule. Les rayons (ou photons) de lumière visible ont une énergie d'environ 2 eV, les rayons X  de 0.1 à 511 kilo-electronvolt (keV). Le domaine des rayons gamma se situe au-delà de cette limite. Ils se mesurent en MeV (millions d'électron-volt 106eV), GeV (giga ou milliards 109eV), TeV (tera ou mille milliards 1012eV), etc...

Rédaction: Christian Gouiffès

 
#1087 - Màj : 07/07/2005

 

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