Avec un télescope spécialisé en Namibie, une équipe de chercheurs dirigée par DESY a prouvé qu'un certain type d'étoile binaire est un nouveau type de source de rayonnement gamma cosmique de très haute énergie. Eta Carinae est située à 7500 années-lumière dans la constellation Carina (la quille du navire) dans le ciel austral et, sur la base des données collectées, émet des rayons gamma avec des énergies allant jusqu'à 400 gigaélectronvolts (GeV), quelque 100 milliards de fois plus que l'énergie de la lumière visible. L'équipe dirigée par Stefan Ohm de DESY, Eva Leser et Matthias Füßling présente ses conclusions, réalisé à l'observatoire gamma High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.), dans la revue Astronomie &Astrophysique . Une animation multimédia d'accompagnement explique le phénomène. "Avec de telles visualisations, nous voulons rendre tangible la fascination de la recherche, " souligne le Directeur de la Physique des Astroparticules de DESY, Christian Stegmann.

Eta Carinae est un système binaire de superlatifs, composé de deux géants bleus, une environ 100 fois, l'autre environ 30 fois la masse de notre soleil. Les deux étoiles tournent l'une autour de l'autre tous les 5,5 ans sur des orbites elliptiques très excentriques, leur séparation variant approximativement entre la distance de notre Soleil à Mars et du Soleil à Uranus. Ces deux étoiles gigantesques jettent denses, vents stellaires supersoniques de particules chargées dans l'espace. Dans le processus, le plus grand des deux perd une masse équivalente à l'ensemble de notre Soleil en seulement 5 000 ans environ. Le plus petit produit un vent stellaire rapide se déplaçant à des vitesses d'environ onze millions de kilomètres par heure (environ un pour cent de la vitesse de la lumière).

Un énorme front de choc se forme dans la région où ces deux vents stellaires se heurtent, chauffer le matériau dans le vent à des températures extrêmement élevées. À environ 50 millions de degrés Celsius, cette matière rayonne brillamment dans la gamme des rayons X. Les particules du vent stellaire ne sont pas assez chaudes pour émettre un rayonnement gamma, bien que. "Toutefois, les régions de choc comme celle-ci sont généralement des sites où les particules subatomiques sont accélérées par de forts champs électromagnétiques dominants, " explique Ohm, qui est à la tête de la H.E.S.S. groupe à DESY. Lorsque les particules sont accélérées aussi rapidement, ils peuvent également émettre des rayonnements gamma. En réalité, les satellites "Fermi, " exploité par l'agence spatiale américaine NASA, et AGILE, appartenant à l'agence spatiale italienne ASI, déjà détecté des rayons gamma énergétiques allant jusqu'à environ 10 GeV provenant d'Eta Carinae en 2009.

"Différents modèles ont été proposés pour expliquer comment ce rayonnement gamma est produit, " rapporte Füßling. " Il pourrait être généré par des électrons accélérés ou par des noyaux atomiques de haute énergie. une tempête de grêle cosmique subatomique frappant la Terre constamment de toutes les directions. Malgré des recherches intenses depuis plus de 100 ans, les sources des Rayons Cosmiques ne sont pas encore exhaustivement connues. Étant donné que les noyaux atomiques chargés électriquement sont déviés par les champs magnétiques cosmiques lorsqu'ils traversent l'univers, la direction d'où ils arrivent sur Terre ne renvoie plus à leur origine. Rayons gamma cosmiques, d'autre part, ne sont pas déviés. Donc, s'il est démontré que les rayons gamma émis par une source spécifique proviennent de noyaux atomiques de haute énergie, l'un des accélérateurs de rayonnement de particules cosmiques tant recherché aura été identifié.

"Dans le cas d'Eta Carinae, les électrons ont particulièrement du mal à s'accélérer à haute énergie, car ils sont constamment déviés par les champs magnétiques lors de leur accélération, ce qui leur fait à nouveau perdre de l'énergie, " dit Leser. " Le rayonnement gamma de très haute énergie commence au-dessus de la gamme 100 GeV, ce qui est assez difficile à expliquer dans Eta Carinae pour provenir de l'accélération des électrons. et H.E.S.S. a maintenant réussi à détecter un tel rayonnement jusqu'à des énergies de 400 GeV au moment de la rencontre rapprochée des deux géantes bleues en 2014 et 2015. Cela fait de l'étoile binaire le premier exemple connu d'une source dans laquelle un rayonnement gamma de très haute énergie est généré par la collision des vents stellaires.

"L'analyse des mesures de rayonnement gamma prises par H.E.S.S. et les satellites montre que le rayonnement peut être mieux interprété comme le produit de noyaux atomiques rapidement accélérés, " dit Ruslan Konno, doctorant de DESY, qui a publié une étude complémentaire, avec des scientifiques de l'Institut Max Planck de physique nucléaire à Heidelberg. "Cela ferait des régions de choc des vents stellaires en collision un nouveau type d'accélérateur naturel de particules pour les rayons cosmiques." Avec H.E.S.S., qui porte le nom du découvreur des rayons cosmiques, Victor Franz Hess, et le prochain Cherenkov Telescope Array (CTA), l'observatoire gamma de nouvelle génération en cours de construction dans les hautes terres chiliennes, les scientifiques espèrent étudier ce phénomène plus en détail et découvrir plus de sources de ce genre.

Grâce aux observations détaillées d'Eta Carinae à toutes les longueurs d'onde, les propriétés des étoiles, leurs orbites et leurs vents stellaires ont été déterminés de manière relativement précise. Cela a donné aux astrophysiciens une meilleure image du système stellaire binaire et de son histoire. Pour illustrer les nouvelles observations d'Eta Carinae, les astrophysiciens de DESY ont réalisé une animation vidéo avec les spécialistes de l'animation du Science Communication Lab primé. Les images générées par ordinateur sont proches de la réalité car l'orbite mesurée, les paramètres stellaires et du vent ont été utilisés à cette fin. L'artiste multimédia de renommée internationale Carsten Nicolai, qui utilise le pseudonyme d'Alva Noto pour ses œuvres musicales, créé le son de l'animation.

"Je trouve la science et la recherche scientifique extrêmement importantes, " dit Nicolaï, qui voit des parallèles étroits dans le travail créatif des artistes et des scientifiques. Pour lui, l'attrait de cette œuvre réside aussi dans la médiation artistique des résultats de la recherche scientifique :« notamment le fait qu'il ne s'agit pas d'une bande originale de film, mais a une véritable référence à la réalité, " souligne le musicien et l'artiste. Avec le son exclusivement composé, cette collaboration unique de scientifiques, artistes d'animation et musiciens ont abouti à une œuvre multimédia qui emmène les spectateurs dans un voyage extraordinaire vers une étoile double superlative à quelque 7 500 années-lumière.