Une équipe internationale d'astronomes a étudié l'émission à large bande variable du blazar de rayons gamma Markarian 501 pendant une période de forte activité de rayons X. La recherche, publié le 21 janvier sur le serveur de préimpression arXiv, pourrait permettre de mieux comprendre les mécanismes d'émission des blazars.

Les blazars sont des quasars très compacts associés à des trous noirs supermassifs au centre des galaxies elliptiques géantes. Ils appartiennent à un groupe plus large de galaxies actives qui hébergent des noyaux galactiques actifs (AGN), et leurs traits caractéristiques sont des jets relativistes pointés presque exactement vers la Terre. Sur la base de leurs propriétés d'émission optique, les astronomes divisent les blazars en deux classes :les quasars radio à spectre plat (FSRQ) qui présentent des lignes d'émission optique proéminentes et larges, et les objets BL Lacertae (BL Lacs), qui ne le font pas.

Situé à quelque 456 millions d'années-lumière, Markarian 501 (ou Mrk 501 en abrégé), est un blazar gamma bien connu. Il appartient aux objets BL Lacertae, et ses spectres optiques sont dominés par le continuum non thermique du jet.

Les observations de Mrk 501 menées en 1996 à l'aide de l'observatoire de Whipple ont montré qu'il émet des rayons gamma de très haute énergie (VHE) (plus de 100 GeV). Jusque là, c'est l'un des rares objets VHE détectables avec les télescopes actuellement disponibles dans un temps relativement court, même pendant les périodes de faible émission. Cela fait de Mrk 501 une excellente cible pour la surveillance à long terme de plusieurs longueurs d'onde.

Ainsi, un groupe d'astronomes dirigé par Josefa Becerra Gonzalez de l'Université de La Laguna, Espagne, a réalisé une vaste campagne d'observation multi-instruments pour caractériser et étudier l'évolution temporelle de l'émission à large bande de Mrk 501, en se concentrant sur juillet 2014, lorsque la source présentait une activité de rayons X très élevée. Dans ce but, ils ont utilisé divers télescopes spatiaux et observatoires au sol, y compris les grands télescopes Cherenkov d'imagerie gamma atmosphérique (MAGIC), Premier télescope G-APD Cherenkov (FACT), Le télescope spatial Fermi à rayons gamma et l'observatoire Neil Gehrels Swift Gamma-ray Burst.

"Nous avons présenté des résultats d'observation et théoriques dérivés des données multi-instruments de Mrk 501 collectées au cours d'une période de deux semaines en juillet 2014, lorsque l'activité des rayons X était à son plus haut niveau parmi les 14 années d'exploitation de l'observatoire Neil Gehrels Swift Gamma-ray Burst Observatory, " ont écrit les astronomes dans le journal.

En général, l'émission VHE de Mrk 501 s'est avérée élevée lors de l'explosion de rayons X de juillet 2014, avec un flux de rayons gamma supérieur à 0,15 TeV. Pendant cette période de deux semaines, les variations de flux dans la radio, optique, et les bandes GeV se sont révélées faibles, mais assez important dans les bandes de rayons X, et particulièrement important dans les bandes VHE (la variabilité VHE a été identifiée comme étant deux fois plus grande que la variabilité des rayons X).

Une étude détaillée de l'évolution temporelle de la distribution spectrale d'énergie à large bande (SED) au cours de la période d'explosion a été réalisée. Les résultats montrent que l'évolution quotidienne des bandes de rayons X et gamma pourrait être bien décrite avec un modèle d'auto-Compton synchrotron à une zone (SSC) avec des variations de l'énergie de rupture de la distribution d'énergie des électrons (EED), et avec quelques ajustements de l'intensité du champ magnétique et de la forme spectrale de l'EED.

Compte tenu de ces résultats, les astronomes ont conclu que les variations de l'émission à large bande du blazar étudié peuvent être dues à des changements dans l'accélération et le refroidissement des électrons dans le modèle de choc dans le jet.

De plus, une caractéristique étroite a été identifiée à environ 3,0 TeV dans le spectre des rayons gamma VHE des télescopes MAGIC. Les auteurs de l'article ont présenté quelques scénarios qui peuvent expliquer la nature de cette caractéristique, cependant, d'autres études sont nécessaires pour confirmer laquelle est la plus plausible.

« Nous avons étudié trois scénarios théoriques qui pourraient le reproduire :avec une région dominée par une distribution d'énergie électronique extrêmement étroite; et c) une émission produite via une cascade de paires IC [Compton inverse] induite par des électrons accélérés dans un entrefer magnétosphérique sous vide, en plus de l'émission SSC d'une région plus conventionnelle le long du jet de Mrk 501, " ont conclu les chercheurs.

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