Première localisation d’une source gamma dans un microquasar

L’observatoire H.E.S.S., qui implique le Laboratoire Leprince-Ringuet (LLR) à l’École polytechnique et l’Institut Polytechnique de Paris, a capté des photons de très haute énergie en provenance du microquasar SS 433. Cela indique que des particules y sont accélérées de façon extrême. Les scientifiques ont pu localiser précisément le lieu de cette accélération, une première qui aide à en percer les mécanismes. Les résultats viennent d’être publiés dans la revue Science.

Vue d’artiste du système SS 433, montrant les jets à grande échelle (bleu) et la nébuleuse qui l’entoure (rouge). Crédit : Science Communication Lab for MPIK/H.E.S.S.

01 fév. 2024

Recherche, LLR

A environ 18 000 années-lumière de la Terre, dans notre galaxie, se trouve SS 433. Derrière cet acronyme se cache un couple d’astres, une étoile et un trou noir. Si ce système était connu depuis longtemps des astronomes, par l’émission de lumière dans les longueurs d’onde X et radio, c’est la première fois que des photons dans le domaine dit « gamma », y sont observés.

Dans SS 433, le trou noir aspire une partie de la matière de son étoile compagnon, ce qui arrive régulièrement dans ce type de système. « Lorsque cette matière tombe progressivement sur le trou noir, elle crée un disque d'accrétion. La plus grande partie disparaît dans le trou noir, mais une petite proportion est éjectée perpendiculairement, au sein de deux jets de plasmas, dont la vitesse atteint un quart de celle de la lumière » explique Mathieu de Naurois, directeur de recherche CNRS au LLR et directeur adjoint de la collaboration H.E.S.S.

Situés en Namibie, les télescopes qui forment l’observatoire H.E.S.S. ont détectés l’émission, dans ces jets, de photons gamma de très haute énergie, de quelques dizaines de téraélectronvolts (TeV). Pour donner une idée : l’énergie d’un photon de longueur d’onde visible se situe autour de l’électronvolt, celle d’un photon X est mille fois supérieure, et un photon gamma est un mille milliards de fois plus grande. Colossal.

Mais cette découverte n’est pas seulement une nouvelle page au bestiaire de l’astronomie gamma, qui en possède déjà plusieurs centaines. Grâce à la position particulière de SS 433 dans le ciel, les scientifiques ont pu déterminer précisément, pour la première fois également, où étaient produits ces photons gamma. Contrairement à ce qu’on pourrait naïvement penser, ils ne sont pas accélérés à la base des jets, proches du trou noir, là où la vitesse est la plus grande. Au contraire, le phénomène se produit à grande distance (plus de 75 années-lumière du trou noir). A cette distance, les jets, qui avaient disparu des radars, renaissent brusquement avec des rayons X et gamma. L’hypothèse : ils rentreraient en collision avec un obstacle, sans doute un nuage de matière. Dans ce choc, il peut y avoir accélération de particules, notamment des électrons, qui ensuite transmettent leur énergie aux photons.

« Les mesures sont cohérentes avec la théorie, se réjouit Mathieu de Naurois. De plus, les photons les plus énergétiques sont émis à l’endroit du choc, et en aval les particules perdent progressivement en énergie ». Avec cette découverte, les astrophysiciens percent un peu plus à jour les mécanismes des accélérateurs de particules cosmiques, toujours plus efficaces que ceux construits sur Terre.

Vidéo : https://www.youtube.com/watch?v=gsVb96q-KRw

La publication scientifique : https://www.science.org/doi/10.1126/science.adi2048

Plus d’information : https://llr.in2p3.fr/IMG/pdf/ss433_pr_fr_edgfmdn_clean.pdf

*LLR : une unité mixte de recherche CNRS, École polytechnique, Institut Polytechnique de Paris, 91120 Palaiseau, France

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