Un nouveau type de source gamma dans l'Univers

Des astrophysiciens de la collaboration internationale Hess "High Energy Stereoscopic System", qui réunit notamment des laboratoires du CNRS (IN2P3 et INSU) et du CEA (Dapnia), ont découvert un type nouveau et inattendu de source de rayons gamma de haute énergie. Il s'agit d'un système binaire composé d'une étoile normale et d'un objet plus compact (un trou noir ou une étoile à neutrons). Ces résultats sont publiés dans la revue Science.


Les rayons gamma sont produits dans des accélérateurs de particules cosmiques, comme les supernovae. Ils nous renseignent sur les phénomènes de haute énergie à l'œuvre dans la Voie Lactée. Le réseau de télescopes Hess réalise le premier balayage de notre galaxie dans ce domaine d'énergie, découvrant ainsi de nombreuses sources encore inconnues.

Les astrophysiciens de la collaboration Hess ont découvert un nouveau type de source gamma de haute énergie. C'est un système composé de deux objets en orbite l'un autour de l'autre. Le premier est une étoile normale, tandis que le second est un trou noir ou une étoile à neutrons (une étoile en fin de vie, après le stade de la supernova), beaucoup plus compact que son compagnon, dont il attire la matière. Cette matière tombe vers l'objet compact en décrivant une spirale, un peu comme l'eau qui se vide dans un évier. Le trou noir ou l'étoile à neutron expulse un jet de matière se déplaçant à 20 pour cent de la vitesse de la lumière et qui produit les rayons gamma détectés avec Hess.

Jusqu'à présent, on connaissait une dizaine d'exemples de tels systèmes binaires dans notre galaxie, mais qui émettaient dans un domaine d'énergie moins élevé (celui des ondes radio et des rayons X). C'est l'un d'eux qui vient d'être identifié comme une source gamma.

Deux questions demeurent en suspens: pourquoi le jet de matière de la nouvelle source ne se déplace-t-il pas à une vitesse voisine de celle de la lumière, comme c'est normalement le cas pour ce type d'objet ? Comment les rayons gamma s'échappent-ils du système binaire, au lieu de se convertir en particules de matière et d'antimatière, comme le prévoit la théorie ? D'autres observations seront nécessaires pour mieux comprendre cette nouvelle source, la nature de l'objet compact et la physique à l'origine de l'émission gamma.

Hess est situé en Namibie, au sud-ouest de l'Afrique. Ce réseau de quatre télescopes de 13 mètres de diamètre forme actuellement le détecteur de rayons gamma le plus sensible aux très hautes énergies (un million de millions de fois plus énergétique que la lumière visible). Ces rayons gamma sont rares. Même pour une source puissante, seul un photon gamma par mois et par mètre carré arrive en haut de l'atmosphère terrestre. Il faudrait un satellite d'une taille gigantesque pour collecter suffisamment de photons gamma dans l'espace. L'astuce du réseau Hess est d'utiliser l'atmosphère comme détecteur. Lorsque les rayons gamma entrent dans l'atmosphère ils émettent des flashs de lumière bleue, la lumière Cherenkov, qui ne durent que quelques milliardièmes de seconde. C'est cette lumière, enregistrée par les miroirs et les caméras ultrasensibles de Hess, qui est utilisée pour reconstruire l'image de la source telle qu'elle apparaît en rayons gamma.

Les télescopes Hess sont le résultat de plusieurs années d'efforts de la part d'une collaboration internationale comprenant plus de 100 scientifiques et ingénieurs venant d'Allemagne, de France, de Grande-Bretagne, d'Irlande, de République Tchèque, d'Arménie et d'Afrique du Sud. Le CNRS et le CEA participent à leur financement à hauteur d'un tiers.