La collaboration Fermi-LAT vient de publier son quatrième catalogue de sources, dénommé 4FGL. Intégrant huit années de prise de données, il contient 5064 objets célestes émettant en rayons gamma à des énergies autour de 1 GeV, enrichissant l’édition précédente (parue en 2015) de plus de 2000 sources à haute énergie. 28% des objets répertoriés sont de nature inconnue, laissant présager de nombreuses études complémentaires. Bien que modeste en volume par rapport aux milliards de sources connues dans le domaine visible, le catalogue 4FGL est de loin le plus profond en astronomie gamma, et sert donc de référence à tout le domaine. Le catalogue, fruit d’un travail coordonné par un chercheur du Département d’Astrophysique/ Laboratoire AIM du CEA-Irfu de Paris-Saclay, est accessible en ligne sur le site Fermi de la NASA. De manière conjointe, un recensement des noyaux actifs de galaxies, le catalogue 4LAC (étude coordonnée par un chercheur du CNRS/CENBG) est également mis à disposition de la communauté.
Surveillance continue du ciel gamma
Fermi est un satellite de la NASA lancé en juin 2008 qui porte le télescope à grand champ LAT (Large Area Telescope) permettant de capter les rayons gamma de 30 MeV à 1 TeV. Il balaye le ciel sans relâche depuis août 2008. Le résultat de cette surveillance continue conduit à la livraison à la communauté scientifique d’un catalogue régulièrement mis en jour, ici la quatrième version ou 4FGL. Plus de deux mille sources ont été découvertes depuis le précédent catalogue (3FGL) publié en 2015. Ce gain a été possible grâce au doublement du temps d’observation (8 ans pour 4FGL), à une meilleure compréhension du détecteur (logiciel Pass 8 data), à l’amélioration des méthodes d’analyse et à une modélisation plus fine de l’émission interstellaire de la Galaxie qui forme un fond complexe (voir figure ci-dessous) sur lequel les sources individuelles ont du mal à se détacher.
Le catalogue fournit pour chaque source sa localisation, son spectre en énergie, sa variabilité temporelle (fréquente) et sa contrepartie à d’autres longueurs d’onde quand on peut en trouver une. La plupart des sources (62%) sont des blazars, c’est-à-dire des trous noirs géants situés au centre des galaxies et dont le puissant jet de particules pointe vers nous (ce qui le rend beaucoup plus brillant). Une plus faible fraction (5%) est composée de pulsars, c’est-à-dire des étoiles à neutrons magnétisées en rotation très rapide, tournant sur elles-mêmes en moins d’une seconde, voire quelques millisecondes. Une fraction encore plus faible (3%) se répartit entre d’autres types de sources situées dans notre Galaxie, en particulier des restes de supernova dont on pense qu’ils accélèrent les rayons cosmiques à l’origine de l’émission interstellaire. On ajoute une pincée (2%) d’autres sources extragalactiques, radiogalaxies et galaxies à flambées d’étoiles. Le reste (28%) n’a pu être associé à rien de connu, peut-être parce que les catalogues de contreparties ne sont pas assez profonds, ou que la confusion est trop grande dans le disque de la Galaxie. Il y a sans doute parmi ces sources non identifiées quelques pépites d’un type nouveau mais qu’il est difficile aujourd’hui de distinguer.
Carte du ciel Fermi après 10 ans d’observations, en coordonnées galactiques, intégrée entre 1 et 100 GeV en énergie. L’échelle de couleurs est logarithmique, du bleu foncé au jaune. La Voie lactée apparaît comme une barre horizontale rouge et jaune. Elle brille intensément en rayons gamma à cause d’interactions nucléaires entre les rayons cosmiques et le gaz interstellaire. Les « points » isolés rouges et jaunes sont des sources individuelles de rayons gamma qui font l’objet du présent catalogue. Crédit: Fermi-LAT collaboration
Un réservoir de sources pour des études complémentaires
Ce travail a déjà été cité 150 fois et sera, comme les trois précédents catalogues, le point de départ de nombreuses études complémentaires, à commencer par le catalogue 4LAC des 2863 noyaux actifs de galaxies détectés par Fermi (voir communiqué du CENBG), qui détaille leur émission sur toute la gamme de longueurs d’onde de la radio aux rayons gamma. Une autre application est la recherche de nouveaux pulsars, qui se distinguent des blazars par leur spectre et leur très faible variabilité. A moyen terme, le catalogue Fermi-LAT sera le réservoir principal de cibles pour l’observatoire Cherenkov CTA en construction qui détectera des rayons encore plus énergétiques (autour de 1 TeV).
Le télescope LAT continue à fonctionner et les résultats sont intégrés régulièrement. Le premier catalogue 4FGL incrémental (Data Release 2) couvre 10 ans de données et vient d’être mis en ligne au Fermi Science Support Center à la NASA. Les deux ans supplémentaires d’observation ont permis de trouver environ 700 nouvelles sources gamma. La plupart sont à la limite de détection, mais quelques-unes sont des noyaux actifs de galaxies très variables dont le jet s’est activé depuis deux ans. Le prochain catalogue incrémental (DR3) est prévu après 12 ans d’observations et devrait être disponible début 2021. A plus long terme, le groupe Fermi à Saclay travaille à améliorer encore le modèle d’émission interstellaire pour fiabiliser la détection des sources faibles dans la Galaxie. Le télescope LAT n’a pas de successeur identifié aujourd’hui. Il sera difficile de faire mieux !
Contact CEA: Jean Ballet, Isabelle Grenier
Publication :
« Fermi Large Area Telescope Fourth Source Catalog », Abdollahi et al 2020, ApJS 247, 33
Voir l'article : https://arxiv.org/abs/1902.10045
Auteurs principaux : Jean Ballet (CEA Saclay; coordinateur et analyse gamma), Toby Burnett (Université de Seattle, USA; détection des sources), Seth Digel (Université Stanford, USA; modèle d’émission diffuse), Benoit Lott (CENBG Bordeaux; association avec les catalogues radio et optiques). Ces travaux ont bénéficié du soutien financier du CNES.
Collaboration : Fermi-LAT (USA, Italie, France, Japon, Suède)
Voir également :
Le communiqué du CNRS/IN2P3
Le site FERMI du DAp
Record mondial de citations pour le catalogue Fermi (10 janvier 2013)
Bestiaire gamma, parution du premier catalogue des sources Fermi (Juin 2010)
Rédaction: Jean Ballet, Isabelle Grenier
• 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
• Fermi
