Les télescopes MAGIC sur l'île canarienne de La Palma sont montrés. Crédit :Robert Wagner
Jamais auparavant les astrophysiciens n'avaient mesuré une lumière d'une telle énergie provenant d'un objet céleste si éloigné. Il y a environ 7 milliards d'années, une énorme explosion s'est produite dans le trou noir au centre d'une galaxie. Cela a été suivi par une rafale de rayons gamma de haute intensité. Un certain nombre de télescopes, MAGIE incluse, ont réussi à capter cette lumière. Un bonus supplémentaire :il a ainsi été possible de reconfirmer la théorie de la relativité générale d'Einstein, car les rayons lumineux rencontraient une galaxie moins éloignée en route vers la Terre - et étaient déviés par cette soi-disant lentille gravitationnelle.
L'objet QSO B0218+357 est un blazar, un type spécifique de trou noir. Les chercheurs supposent maintenant qu'il existe un trou noir supermassif au centre de chaque galaxie. Trous noirs, dans lesquels la matière est en train de plonger sont appelés trous noirs actifs. Ils émettent des jets extrêmement brillants. Si ces sursauts pointent vers la Terre, le terme blazar est utilisé.
La pleine lune empêche la première observation MAGIC
L'événement maintenant décrit dans " Astronomie &Astrophysique " a eu lieu il y a 7 milliards d'années, quand l'univers n'avait même pas la moitié de son âge actuel. "Le blazar a été découvert initialement le 14 juillet 2014 par le Large Area Telescope (LAT) du satellite Fermi, " explique Razmik Mirzoyan, scientifique au Max Planck Institute for Physics et porte-parole de la collaboration MAGIC. "Les télescopes à rayons gamma sur Terre ont immédiatement braqué leur regard sur le blazer afin d'en savoir plus sur cet objet."
L'un de ces télescopes était MAGIC, sur l'île canarienne de La Palma, spécialisé dans les rayons gamma de haute énergie. Il peut capter des photons - des particules lumineuses - dont l'énergie est 100 milliards de fois supérieure aux photons émis par notre Soleil et mille fois supérieure à celles mesurées par Fermi-LAT. Les scientifiques de MAGIC n'ont d'abord pas eu de chance, cependant :une pleine lune signifiait que le télescope n'était pas en mesure de fonctionner pendant la période en question.
Des photons sont émis par une galaxie QSO B0218+357 en direction de la Terre. En raison de l'effet gravitationnel de la galaxie intermédiaire B0218+357G, les photons forment deux chemins qui atteignent la Terre avec un retard d'environ 11 jours. Les photons ont été observés à la fois par l'instrument Fermi-LAT et les télescopes MAGIC. Crédit :Daniel Lopez/IAC; NASA/ESA; NASA E/PO - Université d'État de Sonoma, Aurore Simonnet
La lentille gravitationnelle dévie les photons à ultra haute énergie
Onze jours plus tard, MAGIC a une seconde chance, car les rayons gamma émis par le QSO B0218+357 n'ont pas pris la route directe vers la Terre :un milliard d'années après s'être mis en route, ils ont atteint la galaxie B0218+357G. C'est là que la théorie de la relativité générale d'Einstein est entrée en jeu.
Cela indique qu'une grande masse dans l'univers, une galaxie, par exemple, dévie la lumière d'un objet derrière lui. En outre, la lumière est focalisée comme par une gigantesque lentille optique - vers un observateur distant, l'objet semble être beaucoup plus lumineux, mais aussi déformé. Les faisceaux lumineux ont également besoin de différentes durées pour traverser la lentille, selon l'angle d'observation.
Cette lentille gravitationnelle était la raison pour laquelle MAGIC a pu, après tout, pour mesurer le QSO B0218+357 - et donc l'objet le plus éloigné dans le spectre des rayons gamma de haute énergie. "Nous savions grâce aux observations effectuées par le télescope spatial Fermi et les radiotélescopes en 2012 que les photons qui empruntaient le chemin le plus long arriveraient 11 jours plus tard, " dit Julian Sitarek (Université de ?ódz, Pologne), qui a dirigé cette étude. "C'était la première fois que nous pouvions observer que des photons de haute énergie étaient déviés par une lentille gravitationnelle."
Doubler la taille de l'univers des rayons gamma
Le fait que des rayons gamma d'une énergie aussi élevée provenant d'un corps céleste éloigné atteignent l'atmosphère terrestre est tout sauf évident. "De nombreux rayons gamma sont perdus lorsqu'ils interagissent avec des photons qui proviennent de galaxies ou d'étoiles et ont une énergie plus faible, " dit Mirzoyan. " Avec l'observation MAGIC, la partie de l'univers que nous pouvons observer via les rayons gamma a doublé."
Le fait que la lumière soit arrivée sur Terre à l'heure calculée pourrait ébranler quelques théories sur la structure du vide - d'autres investigations, cependant, sont tenus de le confirmer. "L'observation indique actuellement de nouvelles possibilités pour les observatoires de rayons gamma à haute énergie - et fournit un pointeur pour la prochaine génération de télescopes du projet CTA, " dit Mirzoyan, résumer la situation.
