Publication du premier catalogue du télescope Fermi
(Juin 2010)
Jean Ballet, Isabelle Grenier
Les rayons γ d’un milliard d’électrons-volts (GeV) sont détectés depuis l’espace. En 2008 la NASA a lancé GLAST, rebaptisé Fermi en l’honneur du physicien italo-américain. Le LAT sur Fermi balaye le ciel en permanence et effectue donc un relevé systématique de toutes les sources de rayons γ. L’intérêt de cet exercice est de fournir une vision objective et exhaustive du ciel, contrairement aux observations pointées, dédiées à des objectifs connus à l’avance. On peut donc utiliser un tel relevé pour des études statistiques des populations de sources. En parallèle, on peut trouver ainsi des objets rares ou extrêmes, donc particulièrement intéressants. Le relevé est donc un point de départ pour beaucoup d’études. Après une première liste de 205 sources brillantes, la collaboration Fermi-LAT vient de publier son premier vrai catalogue de 1451 sources γ (accès au catalogue ), s’appuyant sur 11 mois de données. L’équipe du CEA à l’IRFU/SAp a été au cœur de l’élaboration de ce catalogue, en coordonnant le travail avec S. Digel de l’Université de Stanford. L’association de ces sources avec des contreparties déjà connues a été réalisée par J. Knödlseder au CESR. Le catalogue fournit non seulement la position et le flux des sources, mais également leurs caractéristiques spectrales et temporelles (variabilité).
Construction du catalogue
90% des photons γ proviennent d’une émission diffuse Galactique (figure), due aux interactions entre les rayons cosmiques, noyaux relativistes qui baignent toute la Galaxie, et le gaz interstellaire. Elle forme un fond sur lequel on cherche les sources individuelles. C’est là que réside la difficulté principale de la recherche de sources faibles. En effet la structure du gaz interstellaire n’est pas connue assez précisément, et la résolution spatiale de l’instrument (de l’ordre du degré) n’est pas suffisante pour que les sources apparaissent vraiment ponctuelles. Les sources dont les caractéristiques (voire l’existence) pourraient être affectées par notre méconnaissance du gaz interstellaire sont désignées par la lettre c à la fin de leur nom. Pour le futur, on attend beaucoup du relevé effectué par Planck en infra-rouge lointain, qui donnera une vision du gaz interstellaire bien plus précise qu’aujourd’hui.
Une grande variété de sources
En dehors du plan de la Voie Lactée, plus de 90% des sources sont des galaxies « actives ». Au centre de la plupart des galaxies se trouve un trou noir supermassif (des millions à des milliards de masses solaires). De la matière qui tombe sur ces trous noirs produit des jets relativistes qui dominent l’émission radio et gamma, amplifiée par effet relativiste lorsque l’observateur se trouve proche de l’axe du jet. Vue sous cet angle une galaxie active s’appelle un blazar. Fermi a pu associer des centaines de ses sources à de tels objets, dont une liste avait été préparée à l’avance à partir d’un relevé radio et d’observations optiques. Dans le plan Galactique, les sources les plus nombreuses sont des pulsars. Seulement 6 pulsars γ étaient connus avant Fermi. On en est maintenant à une cinquantaine, d’une grande diversité. Un pulsar est une étoile à neutrons en rotation, le vestige d’une étoile massive. Minuscule (diamètre 25 km), sa masse est 1,4 fois celle du Soleil, et elle a un champ magnétique de centaines de millions de teslas. Elle émet un faisceau de rayonnements qui balaie l’espace comme un phare marin. Fermi détecte aussi des amas (dits globulaires) de plusieurs millions d’étoiles. Leur émission gamma serait due à une poignée de pulsars parmi elles ! D’autres sources de rayonnement γ dans la Galaxie sont des systèmes binaires appelés « microquasars », qui ressemblent à des galaxies actives en miniature. Un peu moins de la moitié des sources de Fermi ne sont pas identifiées. La plupart se révèleront être des blazars et des pulsars. Mais d’autres pourraient provoquer la découverte de choses actuellement insoupçonnées. Le relevé du ciel se poursuit. Il est prévu pour au moins 5 ans, et permettra donc d’atteindre des sources beaucoup plus faibles.
Carte du ciel en rayons γ, obtenue par Fermi. En plus des sources ponctuelles, l’essentiel provient de l’irradiation du milieu interstellaire par les rayons cosmiques. Crédit Fermi/LAT (NASA) et CEA/SAp.
Publication:
« FERMI LARGE AREA TELESCOPE FIRST SOURCE CATALOG », A. A. Abdo et al., Fermi LAT collaboration, June 2010, The Astrophysical Journal Supplement, Volume 188, Issue 2, pp. 405-436 (2010). Télécharger le fichier pdf (2.8 Mo)
Voir également : le site Fermi du Service d'Astrophysique
le site Fermi de la Nasa (en anglais)
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