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La radiogalaxie Centaurus A est aussi une source gamma

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Figure 2 : carte du ciel vue par H.E.S.S. en direction de Centaurus A. Le carré noir représente les dimensions de la figure 1. Crédit : Observatoire de Paris-Collaboration H.E.S.S.

L'émission de rayons gamma à très hautes énergies semble être assez répandue parmi les noyaux actifs de galaxies. Les observations de la galaxie Centaurus A entre 2004 et 2008 renforcent cette affirmation.

Des détecteurs de rayons cosmiques, comme Auger, montrent que, relativement fréquemment, des gerbes de particules secondaires dévalent depuis hauteurs de l'atmosphère jusqu'à la surface de notre planète. Elles indiquent qu'une particule douée d'une énorme énergie est entrée en collision avec un noyau d'atome. Dans certains cas, il s'agit d'un photon gamma et les astrophysiciens travaillent de concert avec les physiciens des particules pour en expliquer la provenance. Une possibilité est qu'ils soient produits par les processus hautement énergétiques au sein des noyaux actifs de galaxies.

On sait aujourd'hui que dans quasiment toutes les galaxies se trouvent en leur centre un trou noir de Kerr contenant de quelques millions à quelques milliards de masses solaires. Lorsqu'il vient à être alimenté en gaz, par une étoile passée trop près ou lors de collisions entre galaxies, ce trou noir se transforme en quasar et deux jets de matière sont émis dans lesquels les particules se déplacent à une vitesse proche de celle de la lumière. Le phénomène s'accompagne aussi d'émissions dans les domaines infrarouge, radio et X.

Lorsque les jets sont dirigés dans notre direction, on parle de blazar mais lorsqu'ils sont vus de profil, on parle plus sobrement de noyaux actifs de galaxies. Il en existe tout un bestiaire, avec des AGN, émettant ou pas des signaux radios par exemple. Il s'agit pourtant d'un seul type d'objet observé sous différent angles et dans différents environnement, qui peut se décrire comme un trou  noir supermassif en rotation alimenté en matière.

Figure 1 (cliquer pour agrandir) : Centaurus A vue en optique, en ondes submillimétriques (orange) et en rayons X (bleu). Crédits: Observatoire de Paris-ESO/WFI (optique); MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al. (submillimétrique); NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al. (rayons X)

Un émetteur de particules à très hautes énergies

Centaurus A fait partie des AGN émettant dans le domaine radio. Elle est même la source galactique la plus proche, située à 12 millions d'années-lumière dans la constellation du Centaure. C'est donc un excellent candidat pour contraindre et tester par les observations les modèles de noyaux actifs de galaxies. De plus, du fait des énergies lumineuses fabuleuses que peuvent émettre les quasars, on soupçonne que les rayons cosmiques à hautes et très hautes énergies que l'on observe sur Terre prennent probablement leur source dans les AGN. Les observations d'Auger sont plutôt favorables à cette hypothèse.

C'est pourquoi Centaurus A a été observé pendant une centaine d'heures entre 2004 et 2008 à l'aide des télescopes de Hess, sensibles à la lumière Cerenkov produite par les gerbes de particules secondaires. L'analyse de ces observations a révélé qu'effectivement, il existait une émission gamma aux très hautes énergies (supérieure à 100 GeV) en provenance de Centaurus A.

Ce résultat est d'importance car il indique que les photons gamma proviendraient de l'accélération de particules à très hautes énergies aux alentours du trou noir central. On a là une fenêtre pour étudier en détails ce qui s'y passe. Il faut dire que malgré des décennies de modélisations analytiques et numériques, on ne comprend pas encore très bien comment se forment les jets des AGN ni comment sont accélérées les particules. En plus de suggérer que les émissions gamma ne sont pas rares dans les AGN, ces observations pourraient nous donner les clés qui nous manquent encore.

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