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Les rayons gamma : un autre regard sur l’univers

La collaboration internationale H.E.S.S. dirigée par Mathieu de Naurois, directeur de recherche au Laboratoire Leprince Ringuet, publie le bilan de quinze années d’observations en rayons gamma de la Voie lactée dans la revue Astronomy & Astrophysics. Cet ensemble de données servira de référence pour la communauté scientifique internationale.

Dans l'Univers, de nombreux endroits tels que les restes de supernovæ, les pulsars ou encore l'environnement de certains trous noirs sont le siège de phénomènes violents qui engendrent des ondes de choc et des champs électromagnétiques intenses. Ces derniers accélèrent alors des particules cosmiques du milieu environnant jusqu'à des énergies très élevées. En interagissant à leur tour avec la matière et le rayonnement qui les entoure, ces particules peuvent générer des rayons gamma, révélant ainsi leur existence à travers l’espace.

Lorsque ces rayons gamma atteignent l'atmosphère terrestre, à 10 000m d’altitude, ils sont absorbés en produisant une cascade éphémère de particules secondaires qui émettent durant quelques milliardièmes de seconde une faible lumière bleutée, la lumière Tcherenkov.

Détecter les rayons gamma qui parviennent à la Terre

Pour parvenir à détecter cette lumière bleutée, une collaboration de 200 chercheurs issus de 14 pays travaille sur le réseau H.E.S.S., un ensemble de 5 télescopes construits dans le désert de Namibie. L’analyse de la lumière, captée par les caméras extrêmement sensibles des télescopes, permet de remonter à la direction et à l’énergie des photons gamma qui arrivent jusqu’à la Terre. En accumulant les images photon par photon, H.E.S.S. permet ainsi de cartographier les objets astronomiques en lumière gamma.

Parmi les premières sources identifiées par les télescopes Tcherenkov de H.E.S.S., les plus emblématiques sont le centre de notre galaxie et le reste de l'explosion d'une étoile massive, la nébuleuse du Crabe. Depuis, par des nuits sans nuages et sans lune afin de pouvoir distinguer la faible lumière Tcherenkov, H.E.S.S. pousse toujours plus loin le domaine de l’astronomie gamma au sol en explorant la Voie lactée et au-delà. En 2700 heures d’observation, 78 sources cosmiques de rayons gamma ont pu être identifiées, soit davantage que tous les autres observatoires du monde réunis.

Des résultats attendus par la communauté scientifique

Le catalogue H.E.S.S. Galactic Plane Survey (HGPS) publié dans la revue Astronomy & Astrophysics sera précieux pour la communauté astrophysique toute entière. Il dresse le bilan de quinze années d’études qui ont notamment permis de caractériser les types de sources gamma les plus abondants, telles que les nébuleuses à vent de pulsar et les restes de supernovæ, et d’effectuer des mesures de précision sur des sources individuelles comme sur des régions entières de la Voie Lactée. Le bilan de H.E.S.S. est si conséquent qu’il démontre que l'astronomie gamma aux très hautes énergies est arrivée à maturité.

La collaboration H.E.S.S. a déjà été récompensée par le prix Descartes de la Commission européenne en 2006, et par le prix Rossi de la Société américaine d'astronomie (AAS) en 2010. Une étude publiée en 2009 a inclus H.E.S.S. parmi les 10 observatoires astronomiques les plus influents dans le monde. Mathieu de Naurois, directeur de l’expérience et chercheur au Laboratoire Leprince Ringuet (UMR École polytechnique/CNRS) vient d’être récompensé par la médaille d’argent du CNRS pour ces travaux au sein puis à la direction de cette expérience internationale.