L’observatoire de rayons gamma HESS révèle un processus d’accélération des particules cosmiques avec des détails sans précédent


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  • Avec l’aide de télescopes spéciaux, les chercheurs ont observé un accélérateur de particules cosmiques comme jamais auparavant. Des observations faites avec l’observatoire de rayons gamma HESS en Namibie montrent pour la première fois le déroulement d’un processus d’accélération dans un processus stellaire appelé nova, qui comprend de puissantes éruptions à la surface d’une naine blanche. Une nova crée une onde de choc qui déchire le milieu environnant, entraînant avec elle les particules et les accélérant à des énergies extrêmes. Étonnamment, la nova « RS Ophiuchi » semble provoquer une accélération des particules à des vitesses atteignant la limite théorique, correspondant à des conditions idéales. La recherche a été publiée dans la revue La science.

    Les naines blanches sont de vieilles étoiles brûlées qui se sont effondrées sur elles-mêmes et se sont transformées en objets extrêmement compacts. Les événements Novae se produisent, par exemple, lorsqu’une naine blanche se trouve dans un système binaire avec une grande étoile, et que la naine blanche recueille du matériel de son compagnon plus massif en raison de sa gravité. Une fois que le matériau recueilli dépasse un niveau critique, il provoque une explosion thermonucléaire à la surface de la naine blanche. Certaines novae sont connues pour se répéter. RS Ophiuchi est l’une de ces novae récurrentes ; il y a une explosion à sa surface tous les 15 à 20 ans. « Les étoiles formant le système sont à peu près à la même distance les unes des autres que la Terre et le Soleil », explique Alison Mitchell, chercheuse à la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg et chercheuse principale du programme HESS Nova. « Lorsque la nova a explosé en août 2021, les télescopes HESS nous ont permis d’observer pour la première fois une explosion galactique en rayons gamma de très haute énergie », poursuit-elle.

    Le groupe de recherche a observé que les particules étaient accélérées à des énergies plusieurs centaines de fois supérieures à celles précédemment observées dans les novae. De plus, l’énergie libérée à la suite de l’explosion a été transformée de manière extrêmement efficace en protons accélérés et en noyaux lourds, de sorte que l’accélération des particules a atteint les vitesses maximales calculées dans les modèles théoriques. Selon Ruslan Konno, l’un des principaux auteurs de l’étude et doctorant à DESY à Zeuthen, « L’observation selon laquelle la limite théorique de l’accélération des particules peut en fait être atteinte dans de véritables ondes de choc cosmiques a d’énormes implications pour l’astrophysique. Cela suggère que le processus d’accélération pourrait être tout aussi efficace dans leurs parents beaucoup plus extrêmes, les supernovae. »

    Lors de l’éruption de RS Ophiuchi, les chercheurs ont pu pour la première fois suivre le développement de la nova en temps réel, leur permettant d’observer et d’étudier l’accélération des particules cosmiques comme s’ils regardaient un film. Les chercheurs ont pu mesurer des rayons gamma de haute énergie jusqu’à un mois après l’explosion. « C’est la première fois que nous sommes en mesure d’effectuer des observations de ce type, et cela nous permettra d’avoir des informations futures encore plus précises sur le fonctionnement des explosions cosmiques », explique Dmitry Khangulyan, astrophysicien théoricien à l’Université Rikkyo de Tokyo. Japon. « Nous pouvons, par exemple, découvrir que les novae contribuent à la mer omniprésente des rayons cosmiques et ont donc un effet considérable sur la dynamique de leur environnement immédiat. » Les rayons cosmiques sont d’immenses pluies de particules subatomiques énergétiques qui proviennent de toutes les directions de l’espace en même temps et dont l’origine exacte n’est pas claire.

    Des télescopes spécifiques étaient nécessaires pour ces mesures. L’installation HESS (qui signifie High Energy Stereoscopic System) en Namibie se compose de cinq télescopes Cherenkov qui sont utilisés pour étudier les rayons gamma de l’espace. Une nouvelle caméra à la pointe de la technologie, très sensible, connue sous le nom de FlashCam, a récemment été installée dans le plus grand télescope. La conception FlashCam est actuellement en cours de développement pour l’observatoire à rayons gamma de prochaine génération, le réseau de télescopes Cherenkov (CTA). « La nouvelle caméra est utilisée depuis fin 2019, et cette mesure montre à quel point la dernière génération de caméras a du potentiel », explique Simon Steinmaßl, doctorant à l’Institut Max Planck de physique nucléaire à Heidelberg, qui a participé à analyser les données de la caméra.

    Les télescopes ont été pointés vers la nova dans un délai très court après que des astronomes amateurs aient signalé la nova pour la première fois à la communauté astrophysique. Le succès de l’observation était dû en grande partie à la réaction rapide des chercheurs et de la communauté astronomique au sens large, ouvrant la voie à de nombreuses observations ultérieures. Le directeur de la HESS, Stefan Wagner, professeur à l’observatoire régional de Heidelberg, explique : « Au cours des prochaines années, les recherches utilisant les télescopes CTA montreront si ce type de nova est spécial. » De plus, les chercheurs ont maintenant une idée plus claire de ce qu’il faut rechercher. Cela ouvre un certain nombre de possibilités nouvelles pour mieux comprendre et mieux expliquer les événements liés aux novae. « Cette mesure est un nouveau succès dans l’astronomie gamma et un signe encourageant que nous serons en mesure d’étudier de nombreuses autres explosions cosmiques avec HESS et les télescopes gamma du futur. »

    Source de l’histoire :

    Matériaux fourni par Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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