Le ciel nocturne semble serein, mais les télescopes nous disent que l'univers est rempli de collisions et d'explosions. Loin, des événements violents signalent leur présence en crachant de la lumière et des particules dans toutes les directions. Lorsque ces messagers atteignent la Terre, les scientifiques peuvent les utiliser pour cartographier le ciel bourré d'action, aider à mieux comprendre les processus volatils qui se déroulent au plus profond de l'espace.

Pour la première fois, une collaboration internationale de scientifiques a détecté une lumière hautement énergétique provenant des régions les plus éloignées d'un système stellaire inhabituel au sein de notre propre galaxie. La source est un microquasar, un trou noir qui engloutit des éléments d'une étoile compagne voisine et projette deux puissants jets de matière. Les observations de l'équipe, décrit dans le 4 octobre Numéro 2018 de la revue La nature , suggèrent fortement que l'accélération des électrons et les collisions aux extrémités des jets du microquasar ont produit les puissants rayons gamma. Les scientifiques pensent que l'étude des messagers de ce microquasar peut offrir un aperçu d'événements plus extrêmes se produisant au centre de galaxies lointaines.

L'équipe a collecté des données de l'observatoire de haute altitude Cherenkov Gamma-Ray (HAWC), qui est un détecteur conçu pour regarder l'émission de rayons gamma provenant d'objets astronomiques tels que les restes de supernova, les quasars et les étoiles denses en rotation appelées pulsars. Maintenant, l'équipe a étudié l'un des microquasars les plus connus, nommé SS 433, qui est d'environ 15, 000 années-lumière de la Terre. Les scientifiques ont vu une douzaine de microquasars dans notre galaxie et seuls quelques-uns semblent émettre des rayons gamma de haute énergie. Avec la proximité et l'orientation de la SS 433, les scientifiques ont une occasion rare d'observer une astrophysique extraordinaire.

"SS 433 est juste dans notre quartier et donc, en utilisant le large champ de vision unique de HAWC, nous avons pu résoudre les deux sites d'accélération de particules microquasar, " a déclaré Jordan Goodman, professeur émérite à l'Université du Maryland et chercheur principal et porte-parole américain de la collaboration HAWC. "En combinant nos observations avec des données multi-longueurs d'onde et multi-messagers d'autres télescopes, nous pouvons améliorer notre compréhension de l'accélération des particules dans SS 433 et son géant, cousins ​​extragalactiques, appelés quasars."

Les quasars sont des trous noirs massifs qui aspirent la matière des centres des galaxies, plutôt que de se nourrir d'une seule étoile. Ils expulsent activement les radiations, qui peut être vu à travers l'univers. Mais ils sont si loin que la plupart des quasars connus ont été détectés parce que leurs jets sont dirigés vers la Terre, comme si une lampe de poche était directement dirigée vers les yeux. En revanche, Les jets de SS 433 sont orientés loin de la Terre et HAWC a détecté une lumière tout aussi énergétique provenant du côté du microquasar.

Peu importe d'où ils proviennent, les rayons gamma voyagent en ligne droite jusqu'à leur destination. Ceux qui arrivent sur Terre entrent en collision avec des molécules dans l'atmosphère, créant de nouvelles particules et des rayons gamma de plus faible énergie. Chaque nouvelle particule se brise ensuite dans plus de choses, créant une pluie de particules lorsque le signal tombe en cascade vers le sol.

HAWC, situé à environ 13, 500 pieds au-dessus du niveau de la mer près du volcan Sierra Negra au Mexique, est parfaitement situé pour capter la pluie rapide de particules. Le détecteur est composé de plus de 300 réservoirs d'eau, dont chacun mesure environ 24 pieds de diamètre. Lorsque les particules frappent l'eau, elles se déplacent suffisamment rapidement pour produire une onde de choc de lumière bleue appelée rayonnement Cherenkov. Des caméras spéciales dans les réservoirs détectent cette lumière, permettant aux scientifiques de déterminer l'histoire d'origine des rayons gamma.

La collaboration HAWC a examiné 1, 017 jours de données et ont vu des preuves que les rayons gamma provenaient des extrémités des jets du microquasar, plutôt que la partie centrale du système stellaire. Sur la base de leur analyse, les chercheurs ont conclu que les électrons dans les jets atteignent des énergies qui sont environ mille fois plus élevées que celles pouvant être obtenues à l'aide d'accélérateurs de particules terrestres, comme le grand collisionneur de hadrons de la taille d'une ville, situé le long de la frontière entre la France et la Suisse. Les électrons des jets entrent en collision avec le rayonnement de fond micro-ondes à faible énergie qui imprègne l'espace, entraînant une émission de rayons gamma. Il s'agit d'un nouveau mécanisme pour générer des rayons gamma de haute énergie dans ce type de système et est différent de ce que les scientifiques ont observé lorsque les jets d'un objet sont dirigés vers la Terre.

Ke Fang, co-auteur de l'étude et ancien chercheur postdoctoral au Joint Space-Science Institute, un partenariat entre l'UMD et le Goddard Space Flight Center de la NASA, a déclaré que cette nouvelle mesure est essentielle pour comprendre ce qui se passe dans SS 433.

" Ne regarder qu'un seul type de lumière provenant de la SS 433, c'est comme ne voir que la queue d'un animal, " dit Croc, qui est actuellement boursier Einstein à l'Université de Stanford. "Ainsi, nous combinons tous ses signaux, de la radio basse énergie aux rayons X, avec de nouvelles observations de rayons gamma à haute énergie, pour savoir quel genre de bête est vraiment la SS 433."

Jusqu'à maintenant, les instruments n'avaient pas observé de SS 433 émettant des rayons gamma aussi hautement énergétiques. Mais HAWC est conçu pour être très sensible à cette partie extrême du spectre lumineux. Le détecteur a également un large champ de vision qui regarde tout le ciel aérien à tout moment. La collaboration a utilisé ces capacités pour résoudre les caractéristiques structurelles du microquasar.

"SS 433 est un système stellaire inhabituel et chaque année quelque chose de nouveau en sort, " a déclaré Segev BenZvi, un autre co-auteur de l'étude et professeur adjoint de physique à l'Université de Rochester. "Cette nouvelle observation des rayons gamma de haute énergie s'appuie sur près de 40 ans de mesures de l'un des objets les plus étranges de la Voie lactée. Chaque mesure nous donne une pièce différente du puzzle, et nous espérons utiliser nos connaissances pour en savoir plus sur la famille des quasars dans son ensemble."