Hess détecte le rayonnement gamma d'une galaxie à flambée d'étoiles

Publié par Michel le 30/09/2009 à 00:00
Source: CNRS / INSU – IN2P3
Illustration: © ESO
Les régions de formation stellaire dans les galaxies à flambée d'étoiles sont le berceau de nombreuses étoiles massives de faible durée de vie. Leur explosion en supernovae est propice à l'accélération de particules à des énergies élevées. Les télescopes internationaux de la collaboration Hess (1), qui inclut des chercheurs du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...) (IN2P3 (2) et Insu (3)) (4) et du CEA (5), ont permis pour la première fois la détection de l'émission d'une telle galaxie (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec...), NGC 253, ainsi que son étude détaillée. Ces observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) confirment les prévisions: ce rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de...) provient effectivement de la région la plus active en supernovae de cette galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de...). Cette découverte fait l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) d'un article qui vient d'être publié dans Science.


L'image de la galaxie spirale complète NGC 253 a été obtenue avec le télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant...) de 2,2 m de l'ESO
au Chili. La partie encadrée a été obtenue avec le système d'optique adaptative (L'optique adaptative est une technique qui permet de corriger en temps réel les déformations...) NACO du
Very Large Telescope de l'ESO et avce le télescope spatial Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en...) (NASA-ESA).
Cette zone indique clairement des régions de formations intenses d'étoiles.

NGC 253 est une des plus proches galaxies spirales en-dehors du groupe local (Le Groupe local est l'ensemble d'une trentaine de galaxies auquel appartient notre Galaxie. Son...) auquel nous appartenons. A la différence de la Voie Lactée (La Voie lactée (appelée aussi « notre galaxie », ou parfois...), elle abrite en son centre une petite région avec un taux de formation stellaire (Stellaria est un genre de plantes herbacées annuelles ou vivaces, les stellaires, de la...) élevé, observée dans le visible, dans l'infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde...) ainsi qu'en radio. Cette région présente également une forte densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) de poussières et de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...), dans laquelle les étoiles massives explosent en supernovae.

Au regard des caractéristiques de cette galaxie, les scientifiques ont déduit qu'elle devait émettre des rayons gamma. Ces prévisions étaient à la limite de la sensibilité des instruments actuels, présentant un grand défi et nécessitant la mise au point (Graphie) de nouvelles techniques d'analyse, telles celles développées par Mathieu de Naurois (LPNHE) et Stefan Ohm (Max-Planck-Institut für Kernphysik). Avec l'utilisation du réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des...) de télescopes Hess, situé en Namibie, il a été possible de déceler cette émission, grâce à une longue exposition d'un total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un...) de 119 heures (L'heure est une unité de mesure  :) réparties sur trois ans (entre 2005 et 2008).

"Des vérifications minutieuses, ainsi que l'étude sur les effets systématiques, sur l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) ont également été nécessaires avant de pouvoir être certain du résultat", remarque Yvonne Becherini (APC).

La source des rayons gammas d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) supérieure à 220 GeV se trouve être exactement dans le centre optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement...) de NGC 253, et apparaît comme une source ponctuelle pour Hess. Elle est aussi la plus faible source jamais détectée dans le domaine de l'astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer...) gamma de haute énergie.

Les ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible...) de choc (Dès que deux entitées interagissent de manière violente, on dit qu'il y a choc, que ce soit de...) se répandant à partir des explosions de supernovae accélèrent les particules chargées à des énergies extrêmement élevées. L'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...) de ces particules avec les poussières et le gaz environnants provoque l'émission de rayons gamma de haute énergie. Le flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments...) des rayons gamma mesuré implique une densité de particules dans la zone de formation stellaire de NGC 253 qui est plus de 1000 fois supérieure à celle du centre de notre Voie Lactée. En outre, étant donné la densité élevée du gaz, le taux de conversion de l'énergie des particules en rayons gamma est environ d'un ordre de grandeur plus efficace. Les chercheurs donnent cette statistique (Une statistique est, au premier abord, un nombre calculé à propos d'un échantillon....) étonnante: "La région centrale de formation d'étoiles de NGC 253 est environ cinq fois plus brillante en rayons gamma que tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) le reste de la galaxie !".

Les quatre télescopes Hess, avec un miroir (Un miroir est un objet possédant une surface suffisamment polie pour qu'une image s'y forme...) de 13 mètres de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre...) chacun, peuvent détecter les faibles éclairs bleuâtres et extrêmement brefs, de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) dite "Tcherenkov". Celle-ci est émise par les gerbes de particules produites lorsque les rayons gamma de haute énergie entrent en collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de...) avec les molécules de l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :). Hess, depuis ses débuts en 2004, a fait de nombreuses découvertes importantes, dont la première image astronomique d'un reste de supernova (Une supernova est l'ensemble des phénomènes conséquents à l'explosion d'une...) en rayons gamma de haute énergie et la détection de galaxies à noyau actif dans le domaine des gamma. Un cinquième télescope, beaucoup plus grand que les autres, est actuellement en construction, et permettra d'améliorer la sensibilité du système de manière significative et d'étendre la gamme d'énergie observable (Dans le formalisme de la mécanique quantique, une opération de mesure (c'est-à-dire...).

La collaboration Hess est constituée de plus de 150 chercheurs (Allemagne, France, Grande Bretagne, Pologne, République tchèque, Irlande, Autriche, Suède, Allemagne, Arménie, Afrique (D’une superficie de 30 221 532 km2 en incluant les îles,...) du Sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.) et Namibie). La plus grande partie du financement de l'observatoire Hess provient du CNRS et de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) Max Planck (Max Planck (né Max Karl Ernst Ludwig Planck le 23 avril 1858 à Kiel, Allemagne...). Ceci a permis à la France d'apporter une contribution majeure à l'expérience, avec la conception et la construction des quatre caméras rapides de haute sensibilité. Ces caméras s'insèrent dans les structures de télescopes, équipées de miroirs, fournis par l'Allemagne.


Notes:

(1) Hess: "High energy stereoscopic system".
(2) Institut national de physique nucléaire (La physique nucléaire est la science qui étudie non seulement le noyau atomique en tant...) et de physique des particules (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants...).
(3) Institut national des sciences de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.).
(4) Laboratoires impliqués: LLR (CNRS / École polytechnique), LPNHE (CNRS / Universités Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région...) 6 et 7), APC (CNRS / Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) Paris 7 / CEA / Observatoire de Paris-Meudon), LPTA (CNRS / Université de Montpellier 2), Lapp (CNRS / Université de Savoie), CESR (CNRS / Observatoire Midi-Pyrenées / Université Toulouse 3), LAOG (CNRS / Université Grenoble 1), Luth (CNRS / Observatoire de Paris-Meudon / Université Paris 7).
(5) Institut de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) sur les lois fondamentales de l'Univers - Irfu / Direction des sciences de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) – DSM.
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