Une collaboration internationale réunissant plus de 200 scientifiques de 13 pays a montré que les émissions de rayons gamma à très haute énergie des quasars, galaxies à noyau très énergétique, ne sont pas concentrés dans la région proche de leur trou noir central, mais en fait, s'étendent sur plusieurs milliers d'années-lumière le long de jets de plasma. Cette découverte bouscule les scénarios actuels sur le comportement de tels jets de plasma. L'oeuvre, publié dans la revue La nature le 18 juin, 2020, a été réalisée dans le cadre de la collaboration H.E.S.S, impliquant notamment le CNRS et le CEA en France, et la société Max Planck et un groupe d'instituts de recherche et d'universités en Allemagne.

Au cours des dernières années, les scientifiques ont observé l'univers à l'aide de rayons gamma, qui sont des photons de très haute énergie. Rayons gamma, parmi les rayons cosmiques qui bombardent constamment la Terre, proviennent de régions de l'univers où les particules sont accélérées à des énergies énormes inaccessibles dans les accélérateurs construits par l'homme. Les rayons gamma sont émis par un large éventail d'objets cosmiques tels que les quasars, qui sont des galaxies actives avec un noyau très énergétique.

L'intensité du rayonnement émis par ces systèmes peut varier sur des échelles de temps très courtes allant jusqu'à une minute. Les scientifiques pensaient donc que la source de ce rayonnement était très petite et située à proximité d'un trou noir supermassif, qui peut avoir une masse plusieurs milliards de fois celle du soleil. On pense que le trou noir engloutit la matière en spirale et en éjecte une petite partie sous la forme de gros jets de plasma à des vitesses relativistes, proche de la vitesse de la lumière, contribuant ainsi à la redistribution de la matière dans l'univers.

Utiliser le H.E.S.S. observatoire en Namibie, une collaboration internationale en astrophysique a observé une radiogalaxie (une galaxie très lumineuse lorsqu'elle est observée à des longueurs d'onde radio) pendant plus de 200 heures à une résolution inégalée. En tant que radiogalaxie la plus proche de la Terre, Centaurus A est favorable aux scientifiques pour une telle étude, leur permettant d'identifier la région émettant le rayonnement de très haute énergie tout en étudiant la trajectoire des jets de plasma. Ils ont pu montrer que la source de rayons gamma s'étend sur une distance de plusieurs milliers d'années-lumière.

Cette émission prolongée indique que l'accélération des particules n'a pas lieu uniquement au voisinage du trou noir, mais aussi sur toute la longueur des jets de plasma. Sur la base de ces nouveaux résultats, on pense maintenant que les particules sont réaccélérées par des processus stochastiques le long du jet. La découverte suggère que de nombreuses radiogalaxies avec des jets étendus accélèrent les électrons à des énergies extrêmes et pourraient émettre des rayons gamma, expliquant peut-être les origines d'une fraction substantielle du rayonnement de fond gamma diffus extragalactique.

Ces découvertes fournissent de nouvelles informations importantes sur les émetteurs de rayons gamma cosmiques, et en particulier sur le rôle des radiogalaxies en tant qu'accélérateurs d'électrons relativistes hautement efficaces. En raison de leur grand nombre, il semblerait que les radiogalaxies apportent collectivement une contribution très significative à la redistribution de l'énergie dans le milieu intergalactique. Les résultats de cette étude ont nécessité des observations approfondies et des techniques d'analyse optimisées avec H.E.S.S., l'observatoire aux rayons gamma le plus sensible à ce jour. Les télescopes de nouvelle génération (Cherenkov Telescope Array, ou CTA) devrait permettre d'observer ce phénomène encore plus en détail.