Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers

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.

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)

pour en savoir plus:

Le site HESS du Service d'Astrophysique du CEA-DAPNIA

Le site officiel de l'expérience H.E.S.S (en anglais)

 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