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Détection de rayons gamma de très haute énergie dans Nature

Le télescope géant du réseau H.E.S.S. a détecté pour la première fois les rayons gamma de très haute énergie émis par un cataclysme astronomique. Impliquant des chercheurs du Laboratoire Leprince Ringuet, cette découverte est publiée dans Nature le 20 novembre 2019.

Vue d'artiste d'un sursaut gamma. Crédit : ESO/A. RoquetteVue d'artiste d'un sursaut gamma. Crédit : ESO/A. Roquette

Les événements les plus violents de l’univers comme l’effondrement d’étoiles ou la fusion d’étoiles à neutrons sont à l’origine de l’émission de sursauts gamma. Le réseau de télescopes H.E.S.S. a détecté pour la première fois un sursaut gamma de très haute énergie en juillet 2018 et a permis de faire évoluer la compréhension de ce phénomène astronomique. Ces travaux sont publiés dans Nature le 20 novembre 2019.

Une observation tardive

Le 20 juillet 2018, deux détecteurs, à bord du satellite Fermi et par le télescope spatial Swift, ont détecté les premières traces d’un sursaut gamma. Suite à cette alerte, plusieurs observatoires terrestres ont orienté leurs détecteurs dans la direction du sursaut. Le réseau de télescopes H.E.S.S. n’a pu observer la région du ciel concernée que 10h après la détection initiale. Cette observation aurait pu s’avérer inutile car l’émission du rayonnement gamma de très haute énergie n’est sensée durer que quelques dizaines de secondes dans les modèles actuels. Néanmoins, après avoir cherché plus de 10 ans la signature d’un tel cataclysme spatial, H.E.S.S. a fini par détecter l’émission de rayons gamma de très haute énergie, et ce plusieurs heures après le sursaut initial.

Affiner les modèles astronomiques

Le sursaut du 20 juillet 2018 a été très intense et a duré environ 50 secondes, une durée relativement élevée indiquant probablement la mort d'une étoile massive. Dans ce processus, le cœur de l'étoile s'effondre pour donner un trou noir en rotation rapide. L’interaction entre le gaz environnant et des jets de gaz provenant de l’effondrement seraient à l'origine des sursauts gamma : des particules accélérées dans les jets à des vitesses relativistes interagissent avec la matière et/ou le rayonnement et produisent alors de nombreux photons gamma.

La détection réalisée par H.E.S.S. démontre pour la première fois la présence de particules accélérées à des énergies extrêmes dans les sursauts gamma, mais révèle aussi que ces sursauts sont encore mal compris. Puisque ces particules existent, voire sont créées longtemps après le sursaut initial, cela pourrait être la signature d’une onde de choc créée par l’explosion. L'hypothèse sous-jacente la plus vraisemblable serait que cette onde de choc se comporte comme un accélérateur cosmique de particules en générant des rayons gamma de très hautes énergies plusieurs heures après le sursaut. Les mesures H.E.S.S. imposent ainsi de nouvelles contraintes aux théories astrophysiques afin de faire progresser les connaissances des phénomènes astronomiques.

En savoir plus

H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) est un réseau de télescopes à effet Tcherenkov implanté à 1800 m d’altitude sur un plateau désertique de Namibie, qui étudie les rayons gamma cosmiques allant de 100 GeV à environ 100 TeV. Avec quatre télescopes de 13 m de diamètre et un de 28 m, c’est le détecteur de rayons gammas cosmiques de très haute énergie le plus sensible au monde. Exploité par une collaboration internationale de plus de 260 scientifiques de 13 pays (Namibie, Afrique du Sud, Allemagne, France, Royaume-Uni, Irlande, Autriche, Pays-Bas, Pologne, Suède, Arménie, Japon et Australie), H.E.S.S. implique en France le CNRS et le CEA. L'expérience H.E.S.S. a été dirigée par Mathieu de Naurois, Directeur de recherche au Laboratoire Leprince-Ringuet (École polytechnique/CNRS) et chargé de cours à l’École polytechnique entre 2016 et 2019.

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