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PKS 2155-304, un bien étrange blazar

ActualitéClassé sous :Astronomie , HESS , fermi

Les blazars sont des quasars dont les jets de particules sont orientés dans notre direction. L'un d'eux, PKS 2155-304, est qualifié de TeV Blazar en anglais, car il émet des rayons gamma très énergétiques atteignant le teraélectron-volt. De récentes observations dans ce domaine complétées par celui des rayons X ne cadrent pas avec la théorie de ces objets.

Une simulation d'un blazar pointant son jet dans notre direction. Crédit : Nasa/Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab

Les premiers quasars ont été détectés au début des années 1960 et ce n'est qu'en 1968 qu'est apparu le premier blazar. Il s'agissait de BL Lacertae. En réalité, on le connaissait déjà depuis 1929 mais on le prenait pour une étoile variable. De fait, les blazars se caractérisent par des variations assez rapides de leur luminosité.

Strictement parlant, les quasars et les blazars font partie de la même famille d'objets, les noyaux actifs de galaxies (NAG) et il existe un modèle unifié rendant compte des observations : un trou noir de Kerr supermassif en rotation accrétant de la matière.

Des processus de magnétohydrodynamique relativiste complexes conduisent alors à la formation de jets de particules et à des émissions d'ondes électromagnétiques dans les domaines radio, X et gamma. Lorsque qu'un jet de particule pointe dans notre direction, on observe un blazar. Si le jet est perpendiculaire, c'est alors un simple NAG, ou AGN en anglais. Enfin, en situation intermédiaire, on parle de quasar proprement dit (voir cette vidéo).

L'un des plus célèbres blazar est PKS 2155-304 et il est situé à 1,5 milliard d'années-lumière dans la constellation du Poisson austral. Les astronomes l'observent dans le domaine gamma depuis des années, notamment avec le télescope High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S). Ils sont ainsi découvert qu'il était le siège de véritables sursauts gamma qui, bien que moins violents que les GRB habituels, n'en sont pas moins spectaculaires.

Lorsque les photons gamma de PKS 2155-304, parfois plus de 50 millions de millions de fois plus énergétiques que ceux de la lumière visible, entrent en collision avec les atomes de la haute atmosphère, des gerbes de particules secondaires sont produites. Se déplaçant plus vite que la lumière dans l'atmosphère (c'est-à-dire plus lentement que la lumière dans le vide), elles génèrent une véritable onde de choc optique. C'est l'effet Cerenkov. Ce sont les photons bleus émis par ce phénomène qui sont détectés par Hess.

Les télescopes H.E.S.S. : en Namibie, les quatre téléscopes identiques du High Energy Stereoscopic System détectent des éclairs ténus dans l'atmosphère engendrés par l'absorption des rayons gamma de ultra haute énergie. Crédit : H.E.S.S.

De quoi mieux comprendre les trous noirs supermassifs

Dans le domaine des rayons gamma à plus basses énergies, les astronomes ont aussi observé PKS 2155-304 avec les instruments équipant le satellite Fermi simultanément avec Hess pendant de longues périodes. Pour compléter le tout, et toujours simultanément, ce sont les satellites Swift et Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE) qui ont suivi l'activité de PKS 2155-304 dans le domaine des rayons X.

La surprise est venue de la campagne d'observations entre le 25 août et le 6 septembre 2008. Lors des éruptions de PKS 2155-304 les flux gamma et X varient de concert, mais ce n'est plus le cas pendant les périodes calmes. Pire, Hess était aussi équipé de l'instrument Automatic Telescope for Optical Monitoring capable d'observer PKS 2155-304 dans le domaine visible. On s'est ainsi rendu compte que le flux dans le domaine visible suit celui dans le domaine gamma mais pas celui des rayons X ! C'est un peu comme si on découvrait qu'un morceau de métal chauffé balayait le spectre dans l'infrarouge et dans l'ultraviolet mais restait rouge dans le visible.

Personne ne comprend donc ce qui se passe mais les astrophysiciens pensent qu'il s'agit là d'une fenêtre ouverte sur les différents processus d'émissions en interaction et donc sur les entrailles de la machinerie responsable de l'extraordinaire luminosité des trous noirs supermassifs à l'origine des quasars.

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