Une illustration du télescope spatial à rayons gamma Fermi de la NASA en orbite autour de la Terre. Crédit :Laboratoire d'images conceptuelles du Goddard Space Flight Center de la NASA
Une analyse combinée des données du télescope spatial à rayons gamma Fermi de la NASA et du système stéréoscopique à haute énergie (H.E.S.S.), un observatoire au sol en Namibie, suggère que le centre de notre Voie lactée contient un "piège" qui concentre certains des rayons cosmiques les plus énergétiques, parmi les particules les plus rapides de la galaxie.
"Nos résultats suggèrent que la plupart des rayons cosmiques peuplant la région la plus interne de notre galaxie, et surtout les plus énergiques, sont produits dans des régions actives au-delà du centre galactique et y sont ensuite ralentis par des interactions avec des nuages de gaz, ", a déclaré l'auteur principal Daniele Gaggero à l'Université d'Amsterdam. "Ces interactions produisent une grande partie de l'émission de rayons gamma observée par Fermi et H.E.S.S."
Les rayons cosmiques sont des particules de haute énergie se déplaçant dans l'espace à presque la vitesse de la lumière. Environ 90 pour cent sont des protons, avec des électrons et les noyaux de divers atomes constituant le reste. Dans leur voyage à travers la galaxie, ces particules chargées électriquement sont affectées par des champs magnétiques, qui modifient leurs chemins et rendent impossible de savoir d'où ils viennent.
Mais les astronomes peuvent en apprendre davantage sur ces rayons cosmiques lorsqu'ils interagissent avec la matière et émettent des rayons gamma, la forme de lumière la plus énergétique.
En mars 2016, scientifiques avec le H.E.S.S. La collaboration a rapporté des preuves de rayons gamma de l'activité extrême dans le centre galactique. L'équipe a découvert une lueur diffuse de rayons gamma atteignant près de 50 000 milliards d'électrons-volts (TeV). C'est environ 50 fois plus que les énergies des rayons gamma observées par le télescope à grande surface (LAT) de Fermi. Pour mettre ces chiffres en perspective, l'énergie de la lumière visible varie d'environ 2 à 3 électrons-volts.
La sonde Fermi détecte les rayons gamma lorsqu'ils pénètrent dans le LAT. Par terre, H.E.S.S. détecte l'émission lorsque l'atmosphère absorbe les rayons gamma, qui déclenche une cascade de particules résultant en un éclair de lumière bleue.
Les cinq télescopes du Système stéréoscopique à haute énergie (H.E.S.S.), situé en Namibie, capturer les faibles éclairs qui se produisent lorsque des rayons gamma de très haute énergie sont absorbés dans la haute atmosphère. Une nouvelle étude du centre galactique combine des observations à haute énergie de H.E.S.S. avec des données à plus basse énergie du télescope spatial Fermi Gamma de la NASA pour montrer que certaines des particules les plus rapides y sont piégées. Crédit :H.E.S.S., MPIK/Christian Foehr
Dans une nouvelle analyse, publié le 17 juillet dans la revue Lettres d'examen physique , une équipe internationale de scientifiques a combiné des données LAT à basse énergie avec des données H.E.S.S à haute énergie. constats. Le résultat était un spectre continu de rayons gamma décrivant l'émission du centre galactique sur une étendue d'énergie mille fois supérieure.
« Une fois que nous avons soustrait les sources ponctuelles lumineuses, nous avons trouvé un bon accord entre le LAT et le H.E.S.S. Les données, ce qui était quelque peu surprenant en raison des différentes fenêtres énergétiques et techniques d'observation utilisées, " a déclaré le co-auteur Marco Taoso de l'Institut de physique théorique de Madrid et de l'Institut national italien de physique nucléaire (INFN) de Turin.
Cet accord indique que la même population de rayons cosmiques – principalement des protons – trouvée dans le reste de la galaxie est responsable des rayons gamma observés depuis le centre galactique. Mais la part la plus énergétique de ces particules, ceux qui atteignent 1, 000 TeV, se déplacer dans la région moins efficacement que partout ailleurs dans la galaxie. Il en résulte une lueur gamma s'étendant aux énergies les plus élevées H.E.S.S. observé.
"Les rayons cosmiques les plus énergétiques passent plus de temps dans la partie centrale de la galaxie qu'on ne le pensait auparavant, donc ils font une impression plus forte dans les rayons gamma, " a déclaré le co-auteur Alfredo Urbano à l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN) à Genève et à l'INFN Trieste.
Cet effet n'est pas inclus dans les modèles conventionnels de la façon dont les rayons cosmiques se déplacent à travers la galaxie. Mais les chercheurs montrent que les simulations incorporant ce changement affichent une concordance encore meilleure avec les données de Fermi.
"Les mêmes collisions fulgurantes de particules responsables de la production de ces rayons gamma devraient également produire des neutrinos, le plus rapide, particules fondamentales les plus légères et les moins comprises, " a déclaré le co-auteur Antonio Marinelli de l'INFN Pise. Les neutrinos nous parviennent directement de leurs sources parce qu'ils interagissent à peine avec d'autres matières et parce qu'ils ne portent aucune charge électrique, donc les champs magnétiques ne les influencent pas.
"Des expériences comme IceCube en Antarctique détectent des neutrinos de haute énergie au-delà de notre système solaire, mais localiser leurs sources est beaucoup plus difficile, " a déclaré Regina Caputo, un membre de l'équipe Fermi au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, qui n'a pas participé à l'étude. "Les découvertes de Fermi et H.E.S.S. suggèrent que le centre galactique pourrait être détecté comme une forte source de neutrinos dans un proche avenir, et c'est très excitant."
