Les scientifiques pensent depuis longtemps que les rayons gamma les plus énergétiques de l’espace sont forgés dans les fourneaux intenses d’objets supermassifs très actifs. trous noirsloin, très loin. Mais une nouvelle étude a permis de retracer certains de ces photons à haute énergie jusqu’à un objet beaucoup plus proche de nous.
V4641 Sagittaire est un système situé à environ 20 000 années-lumière de la Terre, en direction de la constellation du Sagittaire. Là, un trou noir avec la masse d’environ six Soleils, aspire la matière d’une étoile géante d’environ trois masses solaires – et produit un rayonnement intense comme un accélérateur de particules cosmiques.
Les astronomes ont maintenant détecté des photons de V4641 Sagittarii transportant des énergies allant jusqu’à 200 téraélectronvolts (TeV). Pour référence, cela fait 200 billion fois plus d’énergie que la lumière visible, et parmi les photons de la plus haute énergie vous le découvrirez dans l’espace.
On sait que les rayons gamma autour de ce niveau d’énergie parcourent le cosmos, mais les scientifiques pensaient qu’ils provenaient principalement de quasars – des noyaux galactiques brillants, dans lesquels des trous noirs supermassifs libèrent d’énormes quantités d’énergie lorsqu’ils absorbent de manière désordonnée les gaz qui tombent.
V4641 Sagittaire est ce qu’on appelle un microquasaret comme son nom l’indique, il fonctionne en quelque sorte comme une mini version d’un quasar ordinaire. Le trou noir est plus petite, la source de matière est plus petite et le rayonnement qu’ils émettent est plus petit. Ou du moins, c’est ce que nous disait la pensée conventionnelle.
« Les photons détectés par les microquasars ont généralement des énergies bien inférieures à celles des quasars », dit Sabrina Casanova, de l’Institut de physique nucléaire de l’Académie polonaise des sciences (IFJ PAN).
« Habituellement, on parle de valeurs de l’ordre de dizaines de gigaélectronvolts. Entre-temps, nous avons observé quelque chose d’assez incroyable dans les données enregistrées par les détecteurs du (Eau de haute altitude Cherenkov) observatoire : des photons provenant d’un microquasar situé dans notre galaxie, et pourtant porteurs d’énergies des dizaines de milliers de fois supérieures à la normale. »
Situé sur le flanc du volcan éteint Sierra Negra au Mexique, l’observatoire à rayons gamma HAWC est conçu pour capter les particules particulièrement énergétiques provenant de l’espace. Pour ce faire, il est composé de 300 grands réservoirs en acier remplis d’eau purifiée.
L’idée est que lorsque ces particules à haute énergie pénètrent dans un réservoir, elles déclenchent une cascade d’autres particules qui se déplacent dans l’eau plus rapidement que la lumière. Cela crée un éclair de lumière appelé Rayonnement Tchérenkovqui est essentiellement le version électromagnétique d’un bang sonique.
Des détecteurs sensibles situés à l’intérieur des réservoirs captent ces éclairs et permettent aux scientifiques de travailler à rebours pour déterminer quel type de particule chargée les a déclenchés et de quelle direction ils proviennent.
HAWC peut voir 15 pour cent du ciel à un moment donné, et scannera les deux tiers du ciel entier toutes les 24 heures, créant ainsi une sorte de carte cosmique. C’est sur l’une de ces cartes que V4641 Sagittarii est apparu comme un point lumineux inattendu de rayons gamma.
« En examinant les cartes du ciel à la recherche de mon prochain projet, j’ai remarqué une région à cinq degrés de notre plan galactique avec des émissions lumineuses qui n’avaient pas été visibles dans les ensembles de données précédents. » dit le physicien Xiaojie Wang.
« Aucune source de rayons gamma n’a été identifiée ni analysée dans cette région. J’ai donc saisi l’opportunité et dirigé l’analyse. »
En y regardant de plus près, V4641 Sagittarii s’est avéré être la source de ces rayons gamma à ultra haute énergie. D’autres microquasars, comme SS 433ont déjà été détectés émettant des photons à des énergies supérieures à 25 TeV, mais V4641 Sagittarii est au niveau supérieur : il produisait un rayonnement comparable à celui des quasars ordinaires, un exploit que l’on croyait auparavant impossible.
La nouvelle découverte permet aux astronomes de mieux comprendre non seulement le rayonnement cosmique, mais aussi les quasars eux-mêmes. La physique autour de ces énormes objets se déroule au ralenti, sur des millions d’années – mais les microquasars effectuent des processus similaires sur des échelles de temps de plusieurs jours. Ce sont comme des simulateurs naturels.
La recherche a été publiée dans la revue Nature.
