Le Département d'Électronique des Détecteurs et d'Informatique pour la Physique

À l'exception de certains pulsars aptes à récupérer une fraction de l'énergie cinétique stockée dans une étoile à neutrons en rotation rapide, les étoiles effondrées rayonnent très peu - voire pas du tout dans le cas des trous noirs. Elles n'en continuent pas moins d'exercer une très forte attraction sur la matière qui passe à leur portée. Si par exemple l'astre compact est membre d'un système binaire, les couches externes de l'étoile compagnon peuvent, dans certaines conditions, s'engouffrer dans le puits de potentiel gravitationnel induit par l'étoile à neutrons ou par le trou noir. Cet afflux de matière forme autour de l'étoile effondrée une couronne massive de plasma, le disque d'accrétion (cf. figure 1). Sous l'effet de violents phénomènes de friction, la température des zones internes du disque s'élève au point d'induire un intense rayonnement de nature thermique dont l'essentiel tombe dans la bande des rayons X. Les zones les plus internes du disque sont également en mesure de produire une émission de rayonnement gamma de basse énergie résultant de la diffusion Compton de photons X sur un gaz d'électrons chauds confiné au voisinage de l'astre compact. Cependant, pour peu que l'astre accrétant soit une étoile à neutrons, cette dernière, opposant une surface matérielle au rayonnement X émis par le bord interne du disque, produit à son tour un flux abondant de photons X de plus basse énergie. Par diffusion Compton, les photons en question refroidissent efficacement le gaz d'électrons et ce dernier n'est plus en mesure de rayonner au-delà de la limite du domaine gamma. Au contraire, comme il capture tous les rayonnements qu'il reçoit, un trou noir ne renvoie aucun photon. En contribuant à accroître l'énergie des seuls photons X émis par le disque avec lesquels il interagit par diffusion Compton, le gaz d'électrons chauds, dont la température atteint des dizaines de millions de kelvins, induit alors un abondant rayonnement dans la bande des photons gamma de basse énergie. Le télescope Sigma, bien ajusté à cette bande spectrale, s'est avéré un outil particulièrement efficace pour découvrir maints trous noirs stellaires accrétants, comme ceux localisés dans le bulbe de la Galaxie.

Pour en savoir plus : J. Paul et P. Laurent, Astronomie gamma spatiale, Gordon and Breach Science Publishers, Amsterdam, 1997.