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L’expérience H.E.S.S découvre un accélérateur cosmique en pleine action au centre de la Voie Lactée
H.E.S.S.
Publié le jeudi 9 février 2006
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 L'image du haut montre l'émission gamma de la région du centre galactique observée par H.E.S.S..L'image du bas est la même, mais après soustraction des deux sources intenses afin de faire apparaître un deuxième niveau d'émission gamma, plus faible. |
Un moyen pour comprendre l’origine et la nature des rayons cosmiques (voir note) consiste à déterminer leur répartition spatiale. Diffusent-ils uniformément dans toute la galaxie ? Au contraire, leur flux et leur spectre en énergie varient-ils d’un endroit à un autre (par exemple au voisinage d’un accélérateur de rayons cosmiques) ? Les mesures directes des rayons cosmiques ne peuvent être effectuées qu’à l’intérieur du système solaire situé à 25 000 années-lumière du centre de la Voie Lactée. Les astrophysiciens parviennent cependant à étudier les rayons cosmiques dans toute la Galaxie en observant les rayons gamma émis lorsque les rayons cosmiques entrent en collision avec les molécules des nuages de gaz interstellaires. Si des rayons gamma sont détectés en provenance des nuages, la mesure de leur flux et leur distribution en énergie permettent aux astrophysiciens d’en déduire la densité et le spectre en énergie des rayons cosmiques à l’intérieur de ces nuages.
Les chercheurs du CNRS et du CEA ont ainsi détecté une émission gamma de très haute énergie en provenance d’un ensemble de nuages de gaz proches du centre de la Voie Lactée. Ces nuages d’hydrogène gazeux sont des nuages géants, atteignant une masse 50 millions de fois supérieure à celle du Soleil. C’est la très grande sensibilité des télescopes H.E.S.S. qui a permis de découvrir que ces nuages émettent un rayonnement gamma de très haute énergie, dont on a pu mesurer le flux et la distribution en énergie.
Les données des télescopes H.E.S.S. permettent aux astrophysiciens de conclure que les rayons cosmiques au centre de la Voie Lactée sont plus énergétiques que dans le système solaire. Par ailleurs, l’intensité du rayonnement gamma observé indique que la densité de rayons cosmiques au centre de notre galaxie dépasse significativement la densité mesurée localement. Ces deux observations suggèrent qu’il existe une source "jeune" de rayons cosmiques à proximité du cœur de notre galaxie. C’est la première fois qu’on assiste en direct à l’accélération des rayons cosmiques. L’ "accélérateur" des rayons cosmiques qui en est responsable pourrait être une gigantesque explosion d’étoile (supernova) ou le trou noir supermassif central par exemple. Les observations du centre galactique avec H.E.S.S. continuent afin de rechercher activement le site d’accélération de ces particules.
Les rayons gamma
Le rayonnement gamma est constitué de photons, comme la lumière visible ou le rayonnement X, mais il est beaucoup plus énergétique. La lumière visible a une énergie de l’ordre de un électron-volt (1 eV). Les rayons X ont une énergie de mille à un million d’eV. H.E.S.S. détecte des rayons gamma de très haute énergie, atteignant un million de millions d’eV (Tera-électron-volt). Ces gamma de très haute énergie sont peu nombreux : même pour une source astrophysique relativement intense, le flux de photons gamma pénétrant dans l’atmosphère est d’environ un par mois et par mètre-carré.
Les rayons cosmiques
Les rayons cosmiques sont des particules de haute énergie circulant dans l’espace. Ils bombardent l’atmosphère terrestre en permanence dans toutes les directions, et leur énergie est largement supérieure à celle atteinte dans les accélérateurs de particules construits sur Terre. Depuis leur découverte par Victor Hess en 1912, et malgré un siècle d’étude intensive, leur origine reste mal connue. La découverte que l’onde de choc liée à l’explosion d’une supernova est un site d’accélération de particules a été l’un des résultats majeurs de l’expérience H.E.S.S. (Nature 432-nov. 2004, p75).
La collaboration H.E.S.S.
Les télescopes H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic Sytem, système stéréoscopique de haute énergie) sont le résultat de plusieurs années d’efforts par une collaboration internationale de plus de 100 scientifiques et ingénieurs en provenance d’Allemagne, France, Grande-Bretagne, Irlande, République tchèque, Arménie, Afrique du Sud et du pays hôte, la Namibie. L’instrument a été inauguré en septembre 2004 par le Premier ministre de Namibie, Theo-Ben Gurirab, et les premières observations ont déjà permis de nombreuses découvertes importantes, dont la première image astronomique résolue d’un reste de supernova en rayons gamma de haute énergie. La France participe à son financement à hauteur d’un tiers.
Le détecteur
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Pour en savoir plus
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