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Communiqués de presse

 

Paris, le 8 février 2006

 

L’expérience Hess découvre un accélérateur cosmique en pleine action au centre de la Voie Lactée

 

Les chercheurs du CNRS (laboratoires IN2P3(1) et Insu(2)) et du CEA-Dapnia(3), dans le cadre d’une collaboration internationale, ont pu observer avec précision, grâce aux télescopes Hess, des rayons gamma de très haute énergie en provenance de nuages de gaz géants, particulièrement nombreux au centre de notre galaxie. L’émission gamma, produite par collision des rayons cosmiques avec ces nuages, était prédite et attendue. Ce que Hess vient d’apporter de nouveau, c’est la mesure précise de son intensité et de sa répartition énergétique. Celle-ci montre que les rayons cosmiques sont bien plus nombreux et plus énergétiques au centre de la Voie Lactée qu’au voisinage de la Terre. Deux hypothèses sont avancées pour expliquer ce phénomène : une accélération massive de rayons cosmiques qui s’est produite il y a quelques milliers d’années et qui aurait pour origine soit un sursaut d’activité du trou noir supermassif situé au centre de la Voie Lactée, soit l’explosion d’une supernova proche de celui-ci. Ces résultats font l’objet d’une publication dans la revue Nature à paraître le 9 février.

 

Un moyen pour comprendre l’origine et la nature des rayons cosmiques (voir note) consiste à déterminer leur répartition spatiale. Diffusent-ils uniformément dans toute la galaxie ? Au contraire, leur flux et leur spectre en énergie varient-ils d’un endroit à un autre (par exemple au voisinage d’un accélérateur de rayons cosmiques) ? Les mesures directes des rayons cosmiques ne peuvent être effectuées qu’à l’intérieur du système solaire situé à 25 000 années-lumière du centre de la Voie Lactée. Les astrophysiciens parviennent cependant à étudier les rayons cosmiques dans toute la Galaxie en observant les rayons gamma émis lorsque les rayons cosmiques entrent en collision avec les molécules des nuages de gaz interstellaires. Si des rayons gamma sont détectés en provenance des nuages, la mesure de leur flux et leur distribution en énergie permettent aux astrophysiciens d’en déduire la densité et le spectre en énergie des rayons cosmiques à l’intérieur de ces nuages.

Les chercheurs du CNRS et du CEA ont ainsi détecté une émission gamma de très haute énergie en provenance d’un ensemble de nuages de gaz proches du centre de la Voie Lactée. Ces nuages d’hydrogène gazeux sont des nuages géants, atteignant une masse 50 millions de fois supérieure à celle du Soleil. C’est la très grande sensibilité des télescopes Hess qui a permis de découvrir que ces nuages émettent un rayonnement gamma de très haute énergie, dont on a pu mesurer le flux et la distribution en énergie.
Les données des télescopes Hess permettent aux astrophysiciens de conclure que les rayons cosmiques au centre de la Voie Lactée sont plus énergétiques que dans le système solaire. Par ailleurs, l’intensité du rayonnement gamma observé indique que la densité de rayons cosmiques au centre de notre galaxie dépasse significativement la densité mesurée localement. Ces deux observations suggèrent qu’il existe une source "jeune" de rayons cosmiques à proximité du cœur de notre galaxie. C’est la première fois qu’on assiste en direct à l’accélération des rayons cosmiques. L’ "accélérateur" des rayons cosmiques qui en est responsable pourrait être une gigantesque explosion d’étoile (supernova) ou le trou noir supermassif central par exemple. Les observations du centre galactique avec Hess continuent afin de rechercher activement le site d’accélération de ces particules.

 

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Rayons gamma – Le rayonnement gamma est constitué de photons, comme la lumière visible ou le rayonnement X, mais il est beaucoup plus énergétique. La lumière visible a une énergie de l’ordre de un électron-volt (1 eV). Les rayons X ont une énergie de mille à un million d’eV. Hess détecte des rayons gamma de très haute énergie, atteignant un million de millions d’eV (Tera-électron-volt). Ces gamma de très haute énergie sont peu nombreux : même pour une source astrophysique relativement intense, le flux de photons gamma pénétrant dans l’atmosphère est d’environ un par mois et par mètre-carré.

Rayons cosmiques – Les rayons cosmiques sont des particules de haute énergie circulant dans l’espace. Ils bombardent l’atmosphère terrestre en permanence dans toutes les directions, et leur énergie est largement supérieure à celle atteinte dans les accélérateurs de particules construits sur Terre. Depuis leur découverte par Victor Hess en 1912, et malgré un siècle d’étude intensive, leur origine reste mal connue. La découverte que l’onde de choc liée à l’explosion d’une supernova est un site d’accélération de particules a été l’un des résultats majeurs de l’expérience Hess (Nature 432-nov. 2004, p75).

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Plusieur prix ont déjà couronné les efforts des chercheurs de Hess. Notamment :

  • Hess a reçu une distinction accompagnée d'une prime en tant que finaliste du concours du prix Descartes de l'Union européenne, prix prestigieux attribué annuellement aux meilleurs projets scientifiques toutes disciplines confondues.
  • Le prix "Jeune physicien HEPP-EPS", un des quatre prix prestigieux de la division "Physique des hautes énergies et physique des particules" de la Société européenne de physique (HEPP-EPS) récompensant des chercheurs ou des collaborations pour leurs travaux exceptionnels en physique subatomique, a été attribué à Mathieu de Naurois (IN2P3) pour ses idées novatrices et ses contributions décisives aux expériences Celeste et Hess, en particulier pour sa méthode originale d'analyse d'images Cherenkov des gerbes atmosphériques.

 

La collaboration Hess
Les télescopes Hess (High energy stereoscopic system, système stéréoscopique de haute énergie) sont le résultat de plusieurs années d'efforts par une collaboration internationale de plus de 100 scientifiques et ingénieurs en provenance d'Allemagne, France, Grande-Bretagne, Irlande, République tchèque, Arménie, Afrique du Sud et du pays hôte, la Namibie. L'instrument a été inauguré en septembre 2004 par le Premier ministre de Namibie, Theo-Ben Gurirab, et les premières observations ont déjà permis de nombreuses découvertes importantes, dont la première image astronomique résolue d'un reste de supernova en rayons gamma de haute énergie. La France participe à son financement à hauteur d'un tiers.

Le détecteur
L'expérience Hess située en Namibie, dans le sud-ouest de l'Afrique, utilise quatre télescopes de 13 m de diamètre qui forment actuellement le détecteur de gamma de très haute énergie le plus sensible au monde. Les rayons gamma qui pénètrent dans l'atmosphère génèrent une cascade de particules. Ces particules émettent un flash de lumière bleue peu intense, appelée lumière Cherenkov et ne durant que quelques milliardièmes de seconde. Cette lumière est réfléchie par des miroirs de 107 m2 puis enregistrée par des caméras ultra-sensibles. Chaque image donne la position dans le ciel d'un photon gamma, et son énergie. Les objets célestes émettant un rayonnement gamma sont cartographiés avec Hess à partir des directions d'arrivée dans le ciel de chaque photon gamma.

 

(1) IN2P3 : Institut national de physique nucléaire et de physique des particules
(2) Insu : Institut national des sciences de l'Univers
(3) Dapnia : Département d'astrophysique, physique nucléaire et instrumentation associée

 

Pour en savoir plus

Contact chercheur

  • IN2P3 : Régis Terrier, Tél : 01 44 27 14 49
  • CEA : Loïc Rolland, Tél : 01 69 08 29 30
  • CEA : Philipppe Goret, Tél : 01 69 08 20 20

Contact communication

  • IN2P3 :  Dominique Armand, Tél : 01 44 96 47 51
  • Insu : Philippe Chauvin, Tél : 01 44 96 43 36

Contact presse

  • CNRS : Delphine Kaczmarek, Tél : 01 44 96 51 37
  • CEA : Alexandra Bender, Tél : 01 40 56 17 16
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