Photographier la voûte céleste dans la gamme des rayons gamma de très haute énergie, tel est l'un des objectifs que se sont fixés les scientifiques de l'expérience HESS. En observant les régions internes de la Voie lactée durant l'été 2004, les scientifiques viennent de construire pour la première fois une véritable carte de cette portion du ciel, comme celles obtenues depuis des décennies dans les domaines visible et radio ou plus récemment en rayons-X et gamma. Les régions internes de notre Galaxie abritent de nombreux vestiges de supernova, pulsars, systèmes binaire-X ou encore régions de formation d'étoiles qui sont des accélérateurs de particules et par là même des sources potentielles de photons gamma. Les premiers résultats de ce sondage de la Galaxie confirment qu'une fraction des sources découvertes lors de ce sondage est bien associée à ces classes d'objets. Par contre, deux objets n'ont pas d'équivalent à d'autres énergies. Une nouvelle et surprenante classe d'objets, des purs émetteurs de photons gamma de très haute énergie, vient sans doute d'être découverte.
Sondage du plan galactique
La faculté de l'expérience HESS (pour "High Energy Stereoscopic System" ou "Système Stéréoscopique de Haute Energie") pour détecter des sources de faible intensité, sa capacité à séparer sur le ciel deux objets voisins (finesse des images ou bonne résolution angulaire) et son grand champ de vue (5o) constituent des atouts majeurs pour sonder avec précision de vastes régions du ciel. HESS a cartographié entre mai et juin 2004 les régions du disque galactique comprises entre les longitudes galactiques -30o et 30o et les latitudes galactiques -3o et 3o. Ce balayage du plan galactique a consisté en une série de pointés sur une fraction de cette région de 28 minutes chacun, chaque visée étant légèrement décalée de la précédente de 0.7o en longitude et de 1o en latitude. Cette stratégie a permis de couvrir une zone de 360 degrés carrés le long du centre galactique durant les deux mois qu'a duré cette campagne. Le temps de pose total correspond à 112 heures. La sensibilité atteinte pour chaque point de la carte obtenue est de 30 millicrabes pour une énergie supérieure à 100 GeV. Dix sources ont été détectées durant ce sondage dont huit découvertes pour la première fois
L'image du haut est la Galaxie telle qu'elle est observée dans le domaine visible. La partie jaune correspond aux régions scrutées par HESS (image du bas) durant le sondage du plan galactique. Elle couvre une zone comprise entre les longitudes galactiques -30o et +30o et les latitudes -3o et +3o. Cliquer sur l'image du bas pour agrandir et accéder aux détails des sources détectées par HESS (crédit image : Observatoire de Lund et collaboration HESS)
Une nouvelle classe de sources découvertes
La première constatation effectuée par les scientifiques est la répartition des sources le long du plan galactique, à des latitudes galactiques très proches de zéro. Ceci indique que les objets découverts appartiennent bien à notre Galaxie (un objet lointain comme une galaxie active vue à travers la Voie lactée est une alternative mais est très improbable). La deuxième caractéristique observée est le caractère étendue d'une fraction importante des sources détectées c'est-à-dire que leur image reconstituée est incompatible avec l'émission telle qu'elle serait observée pour un objet ponctuel, une simple étoile ou système binaire-X par exemple.
La répartition des sources le long du plan galactique est compatible avec celle des vestiges de supernova, une information extraite des catalogues des restes de supernova, ou bien encore avec la distribution des pulsars radio les plus puissants. Afin de mieux cerner la nature de ces objets, une recherche systématique de contreparties à d'autres longueurs d'onde a été menée à bien. Cette procédure fait usage des bases de données constituées aujourd'hui pour chaque expérience (sol et spatiale). Le catalogue établi par l'instrument EGRET à bord du satellite CGRO a fait l'objet d'une attention particulière puisque le domaine d'énergie couvert par cet instrument (100 MeV-10 GeV) est juste en deçà de celui exploré par HESS. Le résultat de cette analyse indiquent que six des huit sources détectées par HESS semblent être associées à des vestiges de supernova ou des nébuleuse entourant un pulsar, ces deux catégories ayant par ailleurs de réelles affinités. De tels objets ont été préalablement détectés à ces énergies. Les nouvelles sources découvertes par HESS viennent enrichir ce zoo cosmique et permettent une étude plus approfondi de ces populations d'objets.
Mais l'observation du ciel apporte bien souvent son lot de surprises. Deux objets découverts, HESS J1813-178 et HESS J1614-518, n'ont aucune contrepartie et leur nature soulèvent de nombreuses questions. Pourquoi ces sources sont invisibles aux autres domaines de longueur d'onde? S'agit-il d'une carence des catalogues? Vient-on de découvrir une nouvelle classe d'objets? Les scientifiques suggèrent avec enthousiasme l'existence d'accélérateurs cosmiques "noirs" à l'image de la matière du même nom. Néanmoins, de récentes observations obtenues par l'instrument ISGRI à bord du satellite INTEGRAL semblent contredire cette hypothèse tout au moins pour l'une des sources HESS. En effet INTEGRAL a découvert dans la bande d'énergie 20-100 KeV un objet, IGR J18135-1751, compatible avec la position de HESS J1813-178.
Contacts :
"Survey of the Galactic plane reveals a new population of TeV gamma-ray sources" F. Aharonian et al, collaboration HESS, Article paru dans la revue Science, Mars 2005, Vol 307, p. 1938-1942 (télécharger ce document, fichier pdf - 4,17Mo)
Voir aussi :
- Le communiqué de presse commun CEA/CNRS, 24 mars 2005
- Le communiqué de presse de la collaboration HESS, Mars 2005
Pour en savoir plus:
Notes :
[1] La nébuleuse du Crabe (Messier 1) est couramment utilisée par les astrophysiciens des hautes énergies comme mesure étalon. Cette source est brillante, émet sur toute la gamme du spectre électromagnétique (des ondes radio aux photons gamma d'énergie supérieure au TeV) et son émission est constante ("stable") dans le temps. Cet objet est particulièrement bien connue et sert de source d'étalonnage pour de nombreuses expériences. La sensibilité d'un instrument est ainsi souvent exprimée en "unité de Crabe" et ses déclinants (millicrabe, microcrabe..). Pour ce qui concerne l'expérience HESS, le flux (ou intensité) de la nébuleuse du Crabe parvenant en haut de l'atmosphère terrestre est de 6x10-10 photons/cm2/s au delà de 100 GeV soit moins de un photon par mètre carré et par jour. Ce flux très tenu de photons est compensé par le principe de détection des télescopes Tcherenkov. La sensibilité de HESS lors de ce sondage des régions internes de notre Galaxie permet de détecter des sources d'une intensité équivalente à quelques "centièmes de crabe".
[2] Electron-volt. L'énergie des rayons X et gamma est souvent évaluée en "électron-volt (eV)". Cette unité correspond à l'énergie communiqué 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...
• Structure et évolution de l'Univers › Phénomènes cosmiques de haute énergie et astroparticules
• Le Département d'Astrophysique (DAp) // UMR AIM
• Phénomènes Cosmiques de Haute Énergie
• H.E.S.S.
