Un groupe de chercheurs d’APC, IRFU et IPAG ont compilé, dans une publication à paraitre prochainement sur Reviews of Modern Physics, les résultats principaux des études sur l’émission de haute énergie en provenance des régions centrales de la galaxie, obtenus par différentes équipes d’astrophysiciens dans les dernières 25 ans, notamment avec des observations de rayons X et gamma par des missions spatiales telles que XMM-Newton, Chandra et Integral, et par des observatoires au sol comme H.E.S.S.
La synthèse se concentre sur la description des 600 parsecs (pc) centraux de la voie lactée, une région appelée « Zone Centrale Moléculaire » (CMZ), dense d’étoiles, matière interstellaire, champs magnétiques, filaments non-thermiques, restes de supernovæ et autres objets et sources, qui se superposent et interagissent entre eux, générant des phénomènes extrêmes et uniques dans la galaxie. Au centre de la CMZ trône le trou noir supermassif (4 millions de masse solaire) plus proche de la Terre, identifié avec la source radio compacte Sagittarius A* (Sgr A*) et qui est l’objet de fréquentes observations à toutes longueurs d’onde depuis sa découverte en 1974.
Pour plus de détails, voir l’actualité de CNRS/IN2P3 : Une synthèse des connaissances sur le cœur mystérieux de la Voie lactée
Déjà dans les années ’90, avec Sigma/GRANAT, les équipes du DAp/Irfu avaient démontré ([1] Sigma 1994, [2] Integral 2004) que ce spécimen, bien qu’entouré de beaucoup de matière et donc potentiellement capable de générer une puissante émission à haute énergie, était particulièrement peu actif pour un trou noir de cette taille et et de vastes programmes d’études avaient été lancés avec les nouveaux grands observatoires X et gamma à partir des années 2000.
Ces programmes, avec des larges relevés du Centre Galactique ([2] Integral 2004, [3]XMM 2015) et des observations spécifiques de Sgr A* et autres sources de la CMZ, dont plusieurs menés par les équipes de l’Irfu et APC avec des collaborateurs internationaux et le soutien du CNES, ont permis d’obtenir des résultats remarquables, et notamment d’observer :
- L’émission X persistante (2-10 keV) de Sgr A* et ses sursauts quotidiens erratiques en X et en infrarouge, de la durée de 1 à 2 heures et d’une luminosité de 100 fois son émission persistante ([4] XMM 2003).
- Une émission centrale stable compatible avec Sgr A*, dans les énergies des photons X-durs (> 20 keV), ensuite attribué à une nébuleuse de pulsar et une population de systèmes binaires X ([2] Integral 2004 2006).
- Des échos de lumière X et X-durs réfléchis par les nuages moléculaires de la CMZ qui révèlent des éruptions X de Sgr A* dans le passé proche (moins de 1000 ans) avec des luminosités d’un million de fois son niveau actuel ([5] XMM 2010).
- Des lobes et cheminées de gaz chaud s’étendant du centre vers les pôles jusqu’à 150 pc d’un côté et de l’autre du plan galactique qui indiquent une activité encore plus puissante et ancienne, peut être même lié à la génération des larges bulles d’émission gamma au GeV et en X observées par les satellites Fermi et eROSITA s’étaler à des distances de 10 kpc vers le halo galactique ([3] XMM 2015, [6]XMM et Chandra 2019).
- Une source centrale d’émission gamma au TeV compatible avec Sgr A*, mais qui ne peut pas être, de façon certaine, attribuée au trou noir, et une émission diffuse aux mêmes énergies, corrélée avec la matière interstellaire qui révèle la présence d’un fort accélérateur central de rayons cosmiques ([7]H.E.S.S. 2016 ).
Carte des caractéristiques du centre galactique discutées dans la revue (ci dessous), avec un zoom sur la partie centrale (plus bas)
- La position de Sgr A* et d’une sélection de sources ponctuelles X est indiquée en noir (étoile et points).
- Les structures thermiques diffuses en rayons X sont représentées en jaune, orange et rose (par exemple, la bulle de l’Arc Radio, les Lobes et les Cheminées).
- Les caractéristiques de réflexion détectées à 6,4 keV sont montrées en bleu fragmenté.
- Les trois jeunes amas stellaires (YSC, Arches et Quintuplet) sont indiqués en rouge.
- Trois nébuleuses de vent de pulsar (PWNe) potentiellement associées à des contreparties gamma sont mises en évidence en violet (G359.95–0.04, G0.13–0.11 et celle au sein de G0.9+0.1).
- Pour faciliter la comparaison avec des cartes à d’autres longueurs d’onde, les restes de supernova radio (émettant aussi en X, comme Sgr A East et Sgr D) ainsi qu’une sélection de filaments radio non thermiques (comme l’Arc Radio) sont tracés en bleu-vert,
- et un catalogue de nuages moléculaires de la CMZ est représenté en gris clair (par exemple, Sgr B2 et Sgr C).
figure 24 et 25 de la Publication – crédit @ Maïca Clavel
La revue décrit l’ensemble de ces résultats et phénomènes de haute énergie et les encadre dans le contexte global des connaissances sur le Centre Galactique, en les comparant aux résultats des observations à plus grandes longueurs d’onde (radio et infrarouge).
Les auteurs espèrent que cette synthèse deviendra une référence pour les études futures et puisse contribuer à stimuler les programmes d’observations à mener avec les nouvelles générations d’instruments, dont CTAO pour les rayons gamma et New-Athena pour les rayons X.
Contacts :
- Irfu: Andrea GOLDWURM
- APC: Andrea Goldwurm, Régis Terrier, Stefano Gabici
- IPAG: Maïca Clavel
Publication: High Energy Emission from the Galactic Center, A. Goldwurm, M. Clavel, S. Gabici, R. Terrier, 2026, Reviews of Modern Physics, Vol. 98, Issue 2, in press,
Pre-print: “High Energy Emission from the Galactic Center”
Références du texte:
- Sigma 1994 (Nature, https://doi.org/10.1038/371589a0)
- Integral 2004 (ApJ, https://doi.org/10.1086/381738) 2006 (ApJ, https://doi.org/10.1086/497629)
- XMM 2015 (MNRAS, référence dans les pages)
- https://irfu.cea.fr/dap/lepche/2015/08/bulles-et-filaments-au-coeur-de-la-voie-lactee/
- https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/The_tumultuous_heart_of_our_Galaxy
- XMM 2003 (ApJ, référence dans les pages)
https://irfu.cea.fr/dap/2003/01/sursaut-au-centre-de-la-galaxie/
- XMM 2010 (ApJ) INTEGRAL 2010 (ApJ) Chandra 2013 (A&A) (références dans les pages)
- https://irfu.cea.fr/dap/lepche/2010/05/reflet-du-passe
- https://irfu.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/News/index.php?id_news=3004
- http://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/news/sagittariusA-black-hole.html
- XMM et Chandra 2019 (Nature, référence dans les pages)
- https://www.cea.fr/Pages/actualites/sciences-de-la-matiere/fumee-trou-noir-galaxie.asp
- http://irfu.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast.php?t=fait_marquant&id_ast=457
- https://www.in2p3.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/des-cheminees-rayons-x-geantes-au-centre-la-voie-lactee
- HESS 2016 (Nature, référence dans les pages)