Un accélérateur de particules au centre de notre Galaxie
Publié par Adrien le 14/02/2006 à 00:00
Source et illustrations: Observatoire de paris
Une équipe d'astrophysiciens (à laquelle participent des chercheurs de l'Observatoire de Paris et du CNRS) a annoncé la détection par les télescopes Cerenkov H.E.S.S. (Namibie) d'un rayonnement gamma de très haute énergie en provenance de gigantesques nuages de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à...) qui baignent le centre de notre Galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir supermassif en son centre.). La source de ces rayons gamma serait l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose...) de particules encore plus énergétiques, traversant toute la Galaxie, avec ces nuages.


Vue des 4 télescopes de H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) en Namibie

Grâce aux mesures précises d'intensité et d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) de ces rayons gamma que seul permet ce nouvel instrument, il a pu être montré que les particules cosmiques à l'origine ont une énergie bien supérieure à celles qui pénètrent dans l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) terrestre. Ce surcroît d'énergie des rayons cosmiques au voisinage (La notion de voisinage correspond à une approche axiomatique équivalente à celle de la topologie. La topologie traite plus naturellement les notions globales comme la continuité qui s'entend ici comme la continuité en tout point. En...) du Centre Galactique pourrait avoir comme explication l'écho de l'explosion (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un volume plus grand, généralement sous forme de gaz. Plus cette transformation s'effectue rapidement, plus la matière...), vieille de plusieurs centaines de siècles, d'une supernova (Une supernova est l'ensemble des phénomènes conséquents à l'explosion d'une étoile, qui s'accompagne d'une augmentation brève mais fantastiquement grande de sa luminosité. Vue depuis la Terre,...) ou une bouffée d'accélération (L'accélération désigne couramment une augmentation de la vitesse ; en physique, plus précisément en cinématique, l'accélération est une grandeur vectorielle qui indique la...) due à la présence d'un trou noir supermassif (En astrophysique, un trou noir supermassif est un trou noir dont la masse est d'environ un million à un milliard de masses solaires. C'est le type de trou noir le plus grand, après...) au centre de la Galaxie.

Dans une publication récente au journal Nature (9 Février 2006), la collaboration H.E.S.S. annonce la découverte d'une émission gamma en provenance d'un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble),...) de nuages de gaz situé au voisinage du centre de notre propre Galaxie. La masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps...) d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) contenue dans ces gigantesques nuages équivaut à 50 millions de fois la masse du soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine...). La très grande sensibilité des télescopes H.E.S.S. a permis de voir l'émission gamma de très haute énergie de ces nuages.


Vue par H.E.S.S. de la région du centre galactique - voir légende en fin

La clef (Au sens propre, la clef ou clé (les deux orthographes sont correctes) est un dispositif amovible permettant d'actionner un mécanisme.) pour une meilleure compréhension des rayons cosmiques est la connaissance de leur distribution spatiale. Diffusent-ils uniformément dans toute la Galaxie ou bien leur densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure à...) et distribution en énergie dépend elle de l'endroit considéré dans la Galaxie (par exemple la proximité d'un accélérateur de particules)? Nous pouvons mesurer directement le rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) cosmique uniquement dans le système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour de lui (autrement dit,...), situé à 25000 années lumières du centre de la galaxie. Mais une astuce permet aux astrophysiciens de traquer les rayons cosmiques partout dans la Galaxie: quand une particule cosmique rentre en collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.) avec une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la...) de gaz interstellaire, des rayons gamma sont produits.


L'intéraction entre les rayons cosmiques et les nucléons produit des rayons gamma

La partie centrale de notre Galaxie est un bestiaire très riche, contenant des exemples de tous les objets les plus exotiques connus des astronomes: restes d'explosion de supernova, trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense qu’il empêche toute forme de matière ou de rayonnement de s’en échapper (à l'exception notable de la radiation de...) supermassif etc... Elle contient aussi de grandes quantités de gaz interstellaire qui se condensent en nuages. Si des rayons gamma sont détectés dans la direction d'un tel nuage (Un nuage est une grande quantité de gouttelettes d’eau (ou de cristaux de glace) en suspension dans l’atmosphère. L’aspect d'un nuage dépend de la lumière...) de gaz, les scientifiques en déduisent la densité de rayonnement cosmique à cet endroit du nuage. L'intensité et la distribution en énergie de ces rayons gamma reflètent celle des rayons cosmiques.

Cette technique a déjà été utilisée à basse énergie, environ 100 millions d'électron-volts (les accélérateurs que l'on a sur terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse...) peuvent atteindre des énergies d'un milliard (Un milliard (1 000 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf millions neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999 999) et précède un...) d'électron-volts) par le satellite (Satellite peut faire référence à :) EGRET pour cartographier les rayons cosmiques dans notre Galaxie. A des énergies vraiment élevées - le vrai domaine des accélérateurs cosmiques - aucun instrument n'était jusqu'alors assez sensible pour "voir" les nuages de gaz interstellaire briller en rayonnement gamma de très haute énergie. H.E.S.S. a démontré pour la première fois la présence de rayonnement cosmique dans cette région centrale de notre Galaxie.

La surprise provenant des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) H.E.S.S. est que la densité de rayons cosmiques excède largement celle constatée dans le voisinage solaire. Ce qui est intéressant est que cette différence s'accroît avec l'énergie, ce qui implique que les rayons cosmiques ont été accélérés récemment. Donc ces données suggèrent que ces nuages sont éclairés par un accélérateur de rayons cosmiques proche qui était actif ces derniers 10 000 ans.


Cartographie en Rayons Gamma par HESS de la région du Centre Galactique

Les candidats pour de tels accélérateurs sont les gigantesques explosions stellaires qui ont apparemment eu lieu près du centre de notre Galaxie dans un passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble des configurations successives du monde et s'oppose au futur sur une échelle des...) "récent" (communiqué de presse de Chandra). Un autre site possible d'accélération est le trou noir (Le Trou noir (The Black Hole) est un film de science-fiction réalisé par Gary Nelson, produit par la Walt Disney Pictures et sorti en 1979. L'histoire est inspiré du roman Vingt mille lieues sous les mers de...) supermassif au centre de la Galaxie. Jim Hinton (Max-Planck Institute for Nuclear Physics, Heidelberg (Heidelberg est une ville d'Allemagne située dans la vallée du Neckar, au nord-ouest du Land de Bade-Wurtemberg. Le nom de "Heidelberg" provient peut-être de Heidelbeere qui veut dire myrtille en allemand...), Germany), un des scientifiques ayant participé à la découverte, conclut "Ce n'est que la première étape. Nous continuons bien évidemment à pointer nos télescopes vers le centre de la Galaxie et nous allons continuer de travailler dur pour localiser le site exact de l'accélérateur - Je suis convaincu que nous ne sommes pas au bout de nos surprises !".

Légende 2ème illustration: Vue par H.E.S.S. de la région du centre galactique. L'image du haut montre la carte en rayons gamma du centre galactique par HESS: deux sources brillantes dominent, HESS J1745-290, une source mystérieuse juste au centre; et, environ à un degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines suivants :), le reste de supernova G 0.9+0.1. L'image du bas montre la même carte, après soustraction (La soustraction est l'une des opérations basiques de l'arithmétique. La soustraction combine deux ou plusieurs grandeurs du même type, appelées opérandes, pour donner un seul nombre,...) des sources. L'émission des rayons gamma est visible tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) au long du plan galactique et aussi provenant d'une autre source mystérieuse: HESS J1745-303. Les pointillés montrent la position du plan galactique. Les cercles blancs montrent les positions des sources soustraites.

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