Les scientifiques n'expliquent pas ce puissant dipôle gamma observé dans la voute céleste
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Cette vue d'artiste montre le ciel entier en rayons gamma avec des cercles magenta illustrant la provenance de rayons gamma de haute énergie en surabondance.
Crédit: Goddard Space Flight Center de la NASA
L'équipe de chercheurs, après avoir étudié 13 ans de données du Large Area Telescope (LAT) de Fermi, a identifié une région du ciel où les rayons gamma à haute énergie, supérieurs à 3 milliards d'électrons-volts (GeV), sont plus nombreux que la moyenne. Cette découverte, publiée le 10 janvier dans The Astrophysical Journal Letters, pourrait être liée à des particules cosmiques parmi les plus énergétiques jamais détectées.
La recherche initiale portait sur un signal gamma lié au CMB (fond diffus cosmologique), la plus ancienne lumière de l'univers, résultant de la formation des premiers atomes. Cette lumière, détectée pour la première fois en 1965, a été étirée par l'expansion de l'espace au cours des 13 milliards d'années écoulées. Dans les années 1970, les astronomes ont découvert que le CMB présentait une structure dipolaire, mesurée avec précision par la mission COBE de la NASA. Cette structure est généralement interprétée comme résultant du mouvement de notre système solaire par rapport au CMB.
L'équipe cherchait à détecter un motif dipolaire similaire dans les rayons gamma, cherchant a mettre en évidence une surabondance de rayons gamma se propageant dans notre direction en s'appuyant sur les données du Fermi LAT. Cependant, le dipôle gamma découvert est situé dans le ciel austral, loin du dipôle du CMB, et son ampleur est dix fois supérieure à celle attendue causée par le mouvement de notre galaxie.
Les cartes LAT soustraites à la source, codées de 2,74 à 115 GeV.
Cette découverte soulève la question d'un lien possible entre les rayons gamma et les rayons cosmiques de très haute énergie, dont les origines restent l'un des plus grands mystères de l'astrophysique. Depuis 2017, l'Observatoire Pierre Auger en Argentine a signalé un dipôle dans la direction d'arrivée des rayons cosmiques d'ultra haute énergie (UHECR). Ces rayons, chargés électriquement, sont déviés par le champ magnétique de la galaxie, mais le dipôle UHECR coïncide étonnamment avec la localisation du signal gamma découvert par l'équipe de Kashlinsky.
L'hypothèse que des sources encore non identifiées produisent à la fois ces rayons gamma et ces particules de ultra haute énergie est actuellement à l'étude. Pour résoudre cette énigme cosmique, les astronomes doivent localiser ces sources mystérieuses ou proposer des explications alternatives pour les deux phénomènes observés.
Ce travail, qui ouvre une nouvelle fenêtre sur l'Univers, est le fruit d'une collaboration internationale incluant des contributions de France, d'Allemagne, d'Italie, du Japon, de Suède et des États-Unis. La résolution de ce mystère pourrait fournir des indices précieux sur des processus physiques opérant dans l'Univers primordial.
Le concept de dipôle gamma en Astrophysique
Le concept de "dipôle gamma" en astrophysique est étroitement lié à l'étude des rayons gamma dans l'Univers. Pour comprendre ce concept, il est d'abord nécessaire de saisir la nature des rayons gamma et leur rôle dans l'observation cosmique.
Les rayons gamma sont une forme de rayonnement électromagnétique, possédant l'énergie la plus élevée parmi les différents types de rayonnement du spectre électromagnétique. En astrophysique, l'observation des rayons gamma permet de détecter et d'étudier des phénomènes extrêmement énergétiques, tels que les supernovae, les noyaux galactiques actifs ou les sursauts gamma.
Le terme "dipôle" se réfère à une distribution en deux pôles, souvent utilisé dans le contexte du fond diffus cosmologique (CMB), qui présente une légère anisotropie sous forme de dipôle. Cette anisotropie est principalement due au mouvement de la Terre et de notre galaxie à travers l'espace, créant un effet Doppler qui modifie la perception du CMB.
Dans le contexte des rayons gamma, le "dipôle gamma" désigne une distribution anisotrope similaire détectée dans le fond diffus de rayons gamma. Cette anisotropie pourrait être le reflet de structures à grande échelle dans l'Univers ou de phénomènes astrophysiques non encore entièrement compris. La découverte d'un tel dipôle gamma, en particulier si sa direction et son amplitude diffèrent de ceux attendus à partir du mouvement de notre système solaire, pourrait fournir des indices sur des processus physiques opérant dans l'univers lointain ou sur la distribution de matière à grande échelle.
La recherche d'un dipôle gamma est donc un domaine d'étude de premier ordre, car elle pourrait révéler de nouvelles informations sur la structure de l'Univers et sur les sources des rayons gamma les plus énergétiques.