HESS Telescopes
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Des rayons gamma provenant d'un objet compact mystérieux


Dans le dernier numéro du magazine Science, une équipe internationale d'astrophysiciens annonce la découverte d'un nouveau type de source gamma très haute énergie par le réseau de télescopes Tcherenkov H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System). Les rayons gammas produits par des accélérateurs cosmiques extrêmes, comme les explosions de supernova, sont une sonde unique des phénomènes de haute énergie à l'oeuvre dans la Voie Lactée. L'astronomie gamma de très haute énergie est un domaine encore jeune et H.E.S.S. réalise le premier balayage de notre galaxie qui soit sensible à ces énergies, découvrant ainsi de nombreuses sources encore inconnues. La source de l'émission très haute énergie pourrait être un 'microquasar'. Ces objects sont des systèmes binaires composés de deux étoiles en orbite l'une autour de l'autre. L'une de ces étoiles est une étoile normale tandis que l'autre est un trou noir ou une étoile à neutrons qui attire la matière provenant de son compagnon. La matière tombe en spiralant vers l'étoile à neutrons ou le trou noir, un peu comme de l'eau se vidant dans un évier.
L'objet compact reçoit parfois trop de matière et le surplus est alors expulsé dans un jet de matière se déplaçant à une vitesse proche de celle de la lumière. On ne connait que quelques exemples de tels systèmes dans notre galaxie et l'un d'eux, nommé LS 5039, a maintenant été détecté à très haute énergie par l'équipe H.E.S.S.
La vraie nature de LS 5039 reste toutefois un peu mystérieuse. Le type d'objet compact n'est pas encore clairement établi. Certaines caractéristiques suggèrent une étoile à neutrons, d'autres un trou noir. Par ailleurs, le jet n'est pas très relativiste. Sa vitesse de 20% de celle de la lumière peut paraître élevée mais est en fait assez lente pour ce type d'objet. La production de rayons gamma dans LS 5039 pose également problème. Guillaume Dubus, de l'École Polytechnique, souligne "Nous n'aurions vraiment pas du voir cet objet. Les rayons gamma de très haute énergie émis près de l'étoile compagnon ont plus de chance d'être absorbés, initiant ainsi une cascade de particules de matière/antimatière, que de s'échapper du système binaire". Paula Chadwick de l'Université de Durham (GB) ajoute "C'est très excitant d'avoir ajouter une nouvelle classe d'objet au catalogue grandissant de sources gamma astrophysiques. C'est un objet étonnant et il faudra bien plus d'observations avant de comprendre exactement ce qu'il se passe dans ce système". Le réseau de télescopes H.E.S.S. est l'outil idéal pour trouver de nouvelles sources de rayons gamma de très haute énergie. Son large champ de vue (dix fois le diamètre de la plein Lune) lui permet de balayer le ciel et de découvrir ainsi des sources encore inconnues. Dr. Stefan Funk du  l'institut Max Planck de  physique nucléaire: "Les données du balayage du ciel par H.E.S.S., dans lequel LS5039 a été découvert, contiennent probablement des surprises supplémentaires".

H.E.S.S. est situé en Namibie, au sud-ouest de l'Afrique. Le réseau de quatre télescopes de 13 mètres de diamètre forme actuellement le détecteur de rayons gamma le plus sensible aux très hautes énergies, c'est-à-dire à de la lumière un million de millions de fois plus énergétique que la lumière visible. Ces rayons gamma sont très rares. Même pour une source très 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 gammas dans l'espace. L'astuce du réseau H.E.S.S. est d'utiliser l'atmosphère comme détecteur. Lorsque les rayons gamma entrent dans l'atmosphère ils émettent des flash de lumière bleue, la lumière Tcherenkov, qui ne durent que quelques milliardièmes de seconde. C'est cette lumière, enregistrée par les miroirs et les caméras ultra-sensibles de H.E.S.S., qui est utilisée pour reconstruire l'image de la source telle qu'elle apparait en rayons gamma.

Les télescopes H.E.S.S. sont le résultat de plusieurs années d'efforts par une collaboration internationale de plus de 100 scientifiques et ingénieurs venant d'Allemagne, de France, Grande-Bretagne, Irlande, République Tchèque, d'Arménie, d'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 hautes énergies.
 

Notes


La collaboration H.E.S.S.
L'équipe H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System, système stéreoscopique haute énergie) est composé de scientifiques venant d'Allemagne, France, Grande-Bretagne, République Tchèque, Irlande, Arménie, Afrique du Sud et Namibie.

Le détecteur H.E.S.S.
Pages web de H.E.S.S. avec des informations supplémentaires:

Au cours de ces dernières années, la collaboration H.E.S.S a construit un système de quatre télescopes dans les hauts-plateaux du Khomas en Namibie, pour étudier les rayons gamma de très haute énergie provenant des accélérateurs de particules astrophysiques. Ces télescopes Tcherenkov enregistrent l'image de la lumière émise lorsqu'une particule de très haute énergie entre dans l'atmosphère terrestre. Ils
ont permis d'ouvrir une nouvelle fenêtre en longueur d'onde pour l'astronomie. Les télescopes H.E.S.S. ont des miroirs d'une surface de 107 mètres carrés, équipés de caméras de 960 détecteurs très sensibles. La construction du système a commencé en 2001; le dernier télescope a été mis en service en décembre 2003. Les premières observations n'ont pas attendu la complétion du système, utilisant un puis deux puis trois télescopes. Même si seul le système complet offre les meilleures performances, le premier télescope H.E.S.S. seul était déjà bien plus sensible que tous ses prédécesseurs dans l'hémisphère sud.

Contacts

Dr. Guillaume Dubus
Laboratoire Leprince-Ringuet CNRS/IN2P3
Ecole Polytechnique
91128 Palaiseau
FRANCE
Tel +33 1 69 33 31 47 (LLR Paris), +33 1 44 32 80 75 (IAP Paris)

Dr. Mathieu de Naurois
LPNHE - Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Energies
IN2P3 - CNRS - Universités Paris VI et Paris VII
4 Place Jussieu
Tour 33 - Rez de chaussée
75252 Paris Cedex 05
FRANCE
Tel +33 1 44 27 23 24

Dr. Paula Chadwick
Department of Physics
Durham University
Science Laboratories
South Road
Durham DH1 3LE
UK
Tel +44 191 334 3560

Dr. Stefan Funk
Max-Planck-Institut für Kernphysik
Postf. 103980
69029 Heidelberg
Germany
Tel +49 6221 516 274

Images associées
(version en grande résolution)

Image 1: Carte du ciel en rayons gamma dans la région de LS 5039. L'étoile verte indique la position de LS 5039 mesurée en radio, l'ellipse en blanc est la position en gamma. Une autre source découverte par H.E.S.S. (HESS J1825-137) est visible dans le coin supérieur gauche.


(high resolution version)

Image 2: Une vue plus large du ciel gamma mesuré par H.E.S.S. LS 5039 a été découvert lors du premier balayage à très haute énergie du plan galactique. Les résultats initiaux de ce balayage avaient été publiés dans la revue Science ( voir le communiqué de presse correspondant).


(high resolution version)

Image 3: Image de synthèse de la binaire LS 5039 montrant un scénario possible de production de rayons gamma dans les jets du microquasar. Le compagnon est une étoile massive perdant de la masse par un vent. Cette matière est capturée par l'objet compact et spirale vers celui-ci. Une partie de la matière est éjectée dans deux jets se propageant à une vitesse égale à 20% de celle de la lumière. Cette image a été réalisée grâce au  programme de visualisation développé par le Pr. Rob Hynes (LSU).