Deux nouveaux résultats obtenus par le satellite INTEGRAL viennent d'enrichir notre vision du ciel dans le domaine des rayons X de hautes énergies. Le premier est une carte du ciel, couvrant près de 50% de la voûte céleste qui a été produite grâce aux observations à haute résolution spatiale de la caméra IBIS/ISGRI. Cette carte fait apparaître une myriade d'objets, plus de 200 sources distinctes. Une partie peut-être identifiée à des étoiles denses ( étoiles à neutrons) en rotation rapide, à des trous noirs avalant leur étoile compagnon ou à des galaxies actives lointaines. Mais le catalogue complet confirme également l'existence de nombreuses sources non identifiées (près du quart) dont la nature exacte est encore inconnue. Le deuxième résultat est un cliché très précis du centre de la Galaxie obtenu par cette même caméra IBIS/ISGRI. Ce véritable zoom sur cette portion du ciel, enrichi d'observations menées conjointement par le satellite XMM-Newton dans le domaine des rayons X de plus basses énergies, indique que la source la plus proche du centre de la Galaxie est diffuse. Elle pourrait correspondre à l'interaction de particules émises par le trou noir du centre de la Galaxie avec des nuages d'hydrogène froids.
Ces deux résultats, auxquels ont activement contribués les scientifiques du Service d'Astrophysique (SAp) du CEA-DAPNIA, sont publiés dans la revue "The Astrophysical Journal". Ils illustrent les nombreuses qualités de cet observatoire spatial qui vient de voir son prolongement recommandé jusqu'en 2012 par le Groupe de Travail Astronomie (AWG) de l'Agence spatiale européenne [1].
La moitié de la voûte céleste couverte par INTEGRAL
Pas moins de 10 millions de secondes d'observation, réparties sur les deux premières années de la mission, soit l'équivalent de plus de 100 jours d'observation cumulés d'octobre 2002 à octobre 2004, ont été nécessaires pour bâtir la carte la plus détaillée du ciel en rayons X de hautes énergies. Contrairement à la première carte publiée en 2004 qui ne rendait compte que d'observations effectuées dans le disque centrale de la Galaxie, le plan galactique, ce nouveau sondage explore également des régions du ciel bien plus vastes, ouvrant ainsi une fenêtre vers l'étude des noyaux de galaxies actifs et amas de galaxies. 209 sources sont pour l'instant localisées et plus de 500 sont attendues d'ici à la fin de la mission. La précision de localisation sur le ciel (40 secondes d'arc pour les sources les plus brillantes), remarquable à ces énergies, permet de mener des observations complémentaires dans les domaines radio, infrarouge, optique, dans celui des rayons X de plus basse énergie, couvert par les satellites XMM-Newton, Chandra ou RXTE ou bien encore dans la gamme des photons gamma de très haute énergie observée par l'expérience H.E.S.S. Ceci est particulièrement utile pour révéler la nature des sources découvertes par INTEGRAL mais qui n'ont pas encore de contreparties à d'autres longueurs d'onde. Ces résultats constituent une étape vers l'un des objectifs majeurs de la mission INTEGRAL, établir un véritable recensement des sources de hautes énergies, information essentielle pour les observatoires à plus petit champ prévus pour le futur comme la mission Simbol-X.
Carte en coordonnées galactiques illustrant les sources du catalogue dans la région centrale de la Voie lactée aux énergies de 20 à 100 kilo-électronvolt [2]. La région couverte a une dimension de 110x70 degrés. Les sources sont représentées en couleur (du rouge au bleu) suivant leur proportion croissante de photons de haute énergie. (cliquer sur l'image pour agrandir). Crédit CEA/SAp.
Centre galactique: l'étau se resserre
La région entourant le centre de la Galaxie est particulièrement dense en objets de toute sorte comme des filaments, des arcs, des nuages d'hydrogène froids et de nombreuses sources associées principalement à des couples d'étoiles en interaction. De plus cette région est baignée dans un gaz très chaud qui complique la recherche de sources ponctuelles. Enfin, au centre exacte de la Galaxie (SgrA*) existe une forte concentration de matière considérée actuellement comme un trou noir massif. La carte la plus détaillée obtenue jusqu'à présent dans la gamme des rayons X d'énergie de 20 à 400 keV vient d'être obtenue par la caméra IBIS/ISGRI. Elle fait apparaître que la source la plus proche du centre de la Galaxie, source dénommée IGRJ17456-2901 (d'après ses coordonnées) est située à une minute d'arc du centre exacte de la Galaxie (soit environ 8 milliards de kilomètres à la distance du centre galactique). Elle est peu intense, légèrement diffuse et persistante dans le temps car son intensité n'a pas varié notablement pendant près de 2 ans. Les scientifiques ont systématiquement passé en revue différentes possibilités comme un groupe de sources variables dans le temps mais non résolues par la caméra IBIS/ISGRI ou la présence d'un plasma chaud qui contribuerait à l'émission observée. Ils proposent que les rayons X de haute énergies observés par INTEGRAL résultent plutôt de l'interaction de noyaux d'hydrogène (protons) accélérés près du trou noir central, SgrA*, avec les nuages moléculaires denses qui entourent le noyau galactique. Une association avec le vestige d'une explosion d'étoile, SgrA East, est néanmoins aussi possible. Les auteurs suggèrent également que IGR J17456-2901 et la source de photons gamma de très haute énergie récemment découverte par l'expérience HESS près du centre galactique sont probablement le même objet.
Carte de la région centrale de la Galaxie obtenue par la caméra IBIS/ISGRI dans la bande d"énergie 20-40 kilo-électronvolt [2]. 2174 pointés du télescope équivalent à une durée cumulée de près de deux mois ont été nécessaires pour réaliser ce cliché, le plus précis jamais effectué dans cette gamme d'énergie. Huit sources sont détectées. La position de Sgr A*, la source radio située près du centre dynamique de la Galaxie, est indiquée par une croix noire et celle de IGRJ17456-2901 par une flèche bleue. Les contours d'intensité sont gradués croissants du noir au blanc. Les lignes blanches de la grille sont espacées de 0.5 degré. (cliquer pour agrandir). Crédit CEA/SAp.
Contacts :
(cartographie)
(centre galactique)
"The 2nd IBIS/ISGRI soft gamma-ray survey catalog" A. J. Bird, E. J. Barlow, L. Bassani, A. Bazzano, G. Belanger, A. Bodaghee, F. Capitanio, A. J. Dean, M. Fiocchi, A. B. Hill, F. Lebrun, A. Malizia, J. M. Mas-Hesse, M. Molina, L. Moran, M. Renaud, V. Sguera, S. E. Shaw, J. B. Stephen, R. Terrier, P. Ubertini, R. Walter, D. R. Willis, and C. Winkler, article à paraître dans la revue The Astrophysical Journal (télécharger ce document, fichier pdf - 1.4Mo)
"A Persistent High-Energy Flux from the Heart of the Milky Way: Integral's View of the Galactic Center" G. Belanger, A. Goldwurm, M. Renaud, R. Terrier, F. Melia, N. Lund, J. Paul, G. Skinner, and F. Yusef-Zadeh, article à paraître dans la revue The Astrophysical Journal (télécharger ce document, fichier pdf - 560Ko)
pour en savoir plus:
- Le site du satellite INTEGRAL du Service d'Astrophysique du CEA-DAPNIA
- Astre compact, supergéante et cocon de matière (4 novembre 2004)
- INTEGRAL perce le brouillard gamma (18 mars 2004)
- Le premier anniversaire d'INTEGRAL (01 Novembre 2003)
- La rubrique centre galactique des Activités Scientifiques du SAp
- INTEGRAL découvre le ciel gamma (18 Décembre 2002)
- ISGRI ; une caméra pour l'invisible (15 octobre 2001)
Notes :
[1] L'AWG (Astronomy Working Group) est une instance scientifique consultative de l'Agence spatiale européenne (ESA) chargée d'évaluer le programme scientifique de l'ESA en particulier le retour scientifique des missions en cours d'exploitation et d'émettre des recommandations concernant leur prolongation. Réunie au siège de l'ESA à Paris les 22 et 23 septembre 2005, elle vient de rendre un avis très favorable sur l'observatoire INTEGRAL et recommande une extension de la mission au moins jusqu'en 2012.
[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 dits "mous" de 0.1 à 10 kilo-electronvolt (keV), ceux dits "durs" au delà de 10 keV.
• Structure et évolution de l'Univers › Phénomènes cosmiques de haute énergie et astroparticules
• Le Département d'Astrophysique (DAp) // UMR AIM
