Les astronomes ont découvert des rayons gamma provenant du voisinage du trou noir supermassif au cœur de la galaxie M87. Un instrument spécial appelé H.E.S.S., situé en Namibie, peut détecter quand ces rayons frappent notre atmosphère et retracer la source. Les astronomes ont déterminé qu'une région pas beaucoup plus grande que notre système solaire autour du trou noir est responsable de cette effusion de rayons gamma; le trou noir agit comme un accélérateur de particules cosmiques.
Une équipe internationale d'astrophysiciens du H.E.S.S. collaboration a annoncé la découverte d'une variabilité à court terme du flux de rayons gamma à très haute énergie (VHE) de la radio galaxie M 87. En Namibie, la collaboration a construit et exploite un système de détection, connu sous le nom de télescopes Cherenkov, qui permet de détecter ces rayons gamma depuis le sol (voir notes). Pointant ce système vers une galaxie voisine, M 87, l'équipe a détecté des rayons gamma VHE au cours des quatre dernières années. La vraie surprise, cependant, est que l'intensité de l'émission peut changer radicalement en quelques jours à l'occasion.
La radio galaxie géante M 87
Cette galaxie, située à 50 millions d'années-lumière dans la constellation de la Vierge, abrite un trou noir super massif de 3 milliards de masses solaires d'où émane un jet de particules et de champs magnétiques. Cependant, contrairement aux sources extragalactiques précédemment observées de rayons gamma VHE - connues sous le nom de Blazars - le jet dans M 87 ne pointe pas vers la Terre mais est vu sous un angle d'environ 30 °. À Blazars, les rayons gamma seraient émis dans le jet, collimatés autour de la direction du jet et stimulés dans leur énergie et leur intensité par le mouvement relativiste des particules du jet. M 87 représente donc un nouveau type de source de rayons gamma extragalactique.
Une première indication de l'émission de rayons gamma VHE par le M 87 a été observée en 1998 avec les télescopes HEGRA Cherenkov (l'une des expériences précurseurs de H.E.S.S.). Avec le H.E.S.S. résultats ces indications sont désormais confirmées avec plus de confiance. Le flux des rayons gamma VHE de M 87 est assez faible; aucune autre radio-galaxie n'a été vue jusqu'à présent dans les rayons gamma VHE, probablement parce que la plupart sont plus éloignés que le M 87 relativement proche.
Ce que la variabilité à court terme nous apprend
L'échelle de temps de la variabilité est un indicateur de la taille maximale de la région d'émission. Étant donné que les rayons gamma de l'extrémité arrière de la région d'émission voyagent plus longtemps jusqu'à ce qu'ils nous atteignent, les échelles de temps de variabilité ne peuvent pas être beaucoup plus courtes que le temps nécessaire aux rayons gamma pour traverser la région d'émission. De telles mesures de variabilité sont fréquemment utilisées pour limiter la taille du site d'émission dans des objets éloignés, souvent avec une plus grande précision qu'en mesurant la taille de l'objet en fonction de l'extension angulaire dans le ciel. L'échelle de temps de la variabilité de quelques jours vue par H.E.S.S. dans M 87 est extrêmement courte, plus courte que celle détectée à toute autre longueur d'onde. Cela nous indique que la taille de la région produisant les rayons gamma VHE est à peu près la taille de notre système solaire (1013 m, seulement environ 0,000001% de la taille de l'ensemble de la radio galaxie M 87). «Ce n'est pas beaucoup plus grand que l'horizon des événements du trou noir super-massif au centre de M 87», explique Matthias Beilicke, un H.E.S.S. scientifique travaillant à l'Université de Hambourg.
Cette observation fait du voisinage immédiat du trou noir central de M 87 l'endroit le plus probable pour la production de rayons gamma VHE; d'autres structures dans les jets de M 87 ont tendance à avoir des échelles plus grandes. La physique des processus de production reste à déterminer et des mécanismes complètement nouveaux peuvent être invoqués en raison de la proximité du trou noir que cette découverte par le H.E.S.S. l'équipe a démontré. Il est probable que nous ayons affaire à un mécanisme de production différent de celui des Blazars, dont les jets pointent vers nous. Dans cette région proche du trou noir, la matière qui s'accumule du trou noir crée également le jet de plasma relativiste - un processus qui n'est généralement pas encore complètement compris. Que les rayons gamma puissent s'échapper de cette région violente peut sembler surprenant, mais cela est possible car le trou noir dans M 87 est en train d'accréter de la matière à un taux relativement faible, par rapport aux autres trous noirs. De plus, on ne peut pas exclure que des effets relativistes tels que ceux qui se produisent dans d'autres sources extragalactiques contribuent à un certain niveau, mais étant donné que le jet ne pointe pas vers nous, de grands effets relativistes sont peu probables.
H.E.S.S. montrer la voie
Avec cela et les découvertes précédentes de sources extragalactiques, H.E.S.S. ouvre la voie dans la compréhension des processus impliqués dans la production de ces photons extraordinairement énergétiques. La radio galaxie M 87 est un excellent laboratoire pour étudier le cœur de ces galaxies, avec leurs trous noirs supermassifs qui agissent comme des moteurs pour accélérer les particules à des énergies extrêmement élevées, émettant des rayons gamma VHE dans le processus. Cet objet peut être étudié et comparé aux Blazars, plus nombreux mais plus éloignés, où le jet obscurcit notre vision de la source centrale. Pour M 87, nous savons maintenant que nous avons une vision claire du moteur central avec H.E.S.S., conduisant ainsi à une meilleure compréhension de toutes les sources de rayons gamma extragalactiques VHE.
Source originale: communiqué de presse de la société Max Planck
