Département de Physique des Particules

Dès les premières observations du ciel en rayons X, réalisées au moyen d'instruments embarqués dans des fusées, les astrophysiciens mettent en évidence la présence d'un fond diffus de rayons X. Son origine est un mystère. Provient il d'une multitude de sources ponctuelles non résolues ? Si oui, quelle est leur nature ? Sinon, est il émis par un gaz très chaud présent entre les galaxies ?

Pour répondre à ces questions, les astrophysiciens cherchent à détecter des sources ponctuelles de rayons X, à additionner leur spectre d'émission et tenter de reconstituer ainsi le fond diffus. Pour reconstituer ce fond, ils vont s'intéresser à l'ensemble de la gamme des rayons X depuis les faibles énergies (0,5 keV) jusqu'aux plus fortes (10 keV).

Le milieu gazeux de notre galaxie absorbe les rayons X dont l'énergie est inférieure à 1 keV. Or, les rayons X de faible énergie sont les plus faciles à détecter. Les observations se porteront donc sur une région du ciel où ce milieu gazeux est moins dense : le « pointé de Lockman » qui, en absorbant peu les rayons X de faible énergie, autorise une analyse en rayons X sur une large gamme d'énergie.

Les observations de XMM-Newton complètent celles de ses prédécesseurs, les satellites ROSAT, ASCA, BeppoSAX et le satellite en orbite Chandra, et apportent de nouvelles réponses. Dans la gamme de faible énergie (0,5 à 2 keV), le satellite ROSAT a montré que 70 à 80 % du fond diffus est dû à des sources ponctuelles et le satellite Chandra en a résolu 10 % de plus. Dans les gammes de plus haute énergie, moyenne (2 à 5 keV) et haute (5 à 10 keV), qui sont plus difficiles à détecter, les satellites ASCA et BeppoSAX ont montré que 30 % du fond diffus est dû à des sources ponctuelles de rayons X et le satellite Chandra a fait monter cette fraction à 60 % en dessous de 5 keV. L'origine de 70 % du fond diffus en rayons X de plus haute énergie reste donc à élucider.

XMM-Newton possède une très grande surface efficace à haute énergie et une bonne résolution spectrale. Doté d'un grand champ de vue et d'une résolution angulaire, XMM-Newton facilite le comptage et l'identification des sources ponctuelles de rayons X. Dans la bande de forte énergie allant de 5 à 10keV, l'excellente sensibilité de XMM-Newton lui permet de détecter beaucoup plus de sources ponctuelles que BeppoSAX ou même Chandra, qui a moins d'un dixième du pouvoir collecteur de XMM-Newton dans cette gamme d'énergie. Les premiers résultats, avec un temps d'observation relativemenbt faible, ont permis de détecter des sources d'intensité 20 fois plus faibles que BeppoSAX.

XMM-Newton a résolu 60 % du fond diffus de haute énergie (5 à 10 keV) qui provient de sources ponctuelles. L'analyse spectrale de ces sources indique qu'il s'agit très probablement de noyaux actifs de galaxies enfouis. Certaines galaxies possèdent en effet un coeur brillant. L'interprétation actuelle est que ce coeur abrite un trou noir hyper massif (dont la masse correspond à plusieurs centaines de millions de fois la masse du soleil) émettant des rayons X à très haute énergie. On suppose que ces sources identifiées pour les hautes énergies sont du même type que celles identifiées pour les basses énergies : des noyaux actifs de galaxies mais vus sous une perspective différente (de profil) conduisant à l'absorption des rayons X de basse énergie.
 

 "XMM-Newton observation of the Lockman Hole; I. The X-ray Data"
    G. Hasinger, B. Altieri, M. Arnaud, X. Barcons, J. Bergeron, H. Brunner, M. Dadina, K. Dennerl, P. Ferrando, A. Finoguenov, R. E. Griffiths, Y. Hashimoto, F. A. Jansen, D. H. Lumb, K. O. Mason, S. Mateos, R. G. McMahon, T. Miyaji, F. Paerels, M. J. Page, A. F. Ptak, T. P. Sasseen, N. Schartel, G. P. Szokoly, J. Truemper,  M.Turner, R. S. Warwick, M. G. Watson
Astronomy & Astrophysics, special XMM Issue (Janvier 2001) astro-ph/0011271