Centre Etudes Nucléaires de Bordeaux Gradignan

La Terre est bombardée par une pluie dense et continue de particules très énergétiques, les rayons cosmiques, majoritairement composés de protons et de noyaux. Une des interrogations encore en suspens aujourd’hui est la nature des sources permettant d’accélérer ces particules. En effet, les protons et noyaux, particules chargées, sont constamment déviés par les champs magnétiques galactiques et ne fournissent donc plus aucune information sur leur source lors de leur détection sur Terre. L’un des rares messagers possibles sont les photons gamma produits par ces particules chargées de haute énergie. Ces rayons gamma se propagent en ligne droite et nous permettent de remonter à leur source.

L’Astronomie gamma permet donc de tracer les accélérateurs cosmiques.

Il existe deux techniques de détection des photons gamma :

1) Par satellite : ainsi GLAST permettra de détecter les photons gammas d’énergie comprise entre 10 MeV et 300 GeV (lancement mai 2008).

2) Au sol : aux très hautes énergies, les photons gamma sont détectés par des appareillages au sol (qui offrent de grandes surfaces de détection) à partir de la grande gerbe de particules qu’ils créent dans l’atmosphère (ex : CELESTE et H.E.S.S.).

La variété de ces nouvelles techniques nous permet, peu à peu, de dévoiler l’Univers dans le domaine gamma. Ainsi, dans les années 1970, seules 4 sources gamma étaient connues. Dans les années 90, le détecteur EGRET dénombra 271 sources gamma et nous en attendons une nouvelle pléïade avec le satellite GLAST, comme le montre la figure ci-dessous.

Le ciel vu par GLAST (simulation)

De son côté, les détecteurs au sol ne sont pas en reste : H.E.S.S. a plus que doublé le nombre de sources en 4 ans d’observation.

Nous pouvons donc dresser une liste des accélérateurs cosmiques potentiels :

1) Les restes de supernovae à coquilles : elles proviennent de l’explosion d’étoiles massives ou de systèmes binaires constitués d’une naine blanche et d’une étoile compagnon. Dans ces deux cas de figure, une onde de choc est produite lors de l’explosion. C’est l’un des processus invoqués pour l’accélération des rayons cosmiques. Ainsi, l’expérience H.E.S.S. a déjà détecté et résolu l’émission gamma de deux restes de supernovae : RX J1713.7-3946 et Vela Junior.

Le vestige de supernova RX J1713.7-3946 détecté par H.E.S.S.. Les contours de brillance en rayons X (satellite ASCA) ont été superposés en noir.

2) Les pulsars et les nébuleuses de pulsars, classe particulière de restes de supernovae ou le pulsar central est entouré d’une population dense d’électrons de haute énergie.

La nébuleuse du Crabe vue en rayons X par le satellite Chandra

3) Les noyaux actifs de galaxies, notamment des blazars. Ils constituent la plus grande classe de sources identifiées par EGRET, détecteur précédent le LAT ("Large Area Telescope") à bord du satellite GLAST.

Le noyau actif de galaxie M87 et son jet caractéristique photographié par le télescope Hubble

4) Les systèmes binaires dans lesquels un object compact (étoile à neutrons ou trou noir par exemple) accrète la matière de son étoile compagnon.

Vue d’artiste d’un système binaire

5) Les nuages moléculaires.

Un nuage moléculaire géant obscurcissant les étoiles en arrière plan

6) Les sursauts gamma qui sont tout simplement de brèves émissions de rayons gamma d’une durée comprise entre quelques millisecondes et plusieurs minutes. Etant produits dans des galaxies lointaines, l’énergie émise par leur source doit donc être prodigieuse et pourraient ainsi révéler de nouveaux processus mettant en jeu des étoiles à neutrons, des trous noirs ou des hypernovae.

Et bien d’autres sources encore...

Ainsi, l’Astronomie gamma est un domaine encore jeune mais extrêmement vaste puisqu’il couvre un domaine d’énergie pratiquement aussi grand que tout le reste de l’Astronomie (de la radio aux rayons X). Nul doute que son futur sera riche en découvertes.