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    Émission de rayons gamma à très haute énergie d'une radiogalaxie

    Une image Hubble de la radiogalaxie 3C264 et de son jet (la lumière de la galaxie elle-même et de son disque interne a été soustraite pour faciliter la vision du jet). La croix rouge marque l'emplacement du trou noir supermassif AGN (la croix verte marque l'emplacement d'une caractéristique de jet). L'image fait environ mille années-lumière de diamètre. Les astronomes ont détecté des variables, émission de rayons gamma à très haute énergie du noyau du trou noir supermassique de cette galaxie. Crédit :NASA/Archer et al., 2020

    Galaxies elliptiques géantes, les plus anciennes grandes structures galactiques connues dans l'univers, n'ont pas de bras spiraux et peu ou pas d'activité actuelle de formation d'étoiles, mais leurs trous noirs supermassifs centraux sont souvent des noyaux galactiques actifs (AGN). Alors que presque toutes les galaxies hébergent un trou noir supermassif dans leur noyau, la plupart des noyaux ne sont pas des AGN. Les astronomes pensent que des elliptiques géants se sont formés dans l'univers primitif, moins d'un milliard d'années après le big bang, après une phase de formation rapide d'étoiles, puis a évolué pour devenir encore plus grand grâce aux fusions de galaxies et à l'accrétion de gaz du milieu intergalactique. La même accrétion aide à alimenter l'AGN qui entraîne l'éjection de puissants jets de particules chargées se déplaçant rapidement. Les particules émettent fortement aux fréquences radio, faire de ces objets des cibles lumineuses pour les radiotélescopes, et nombre de ces galaxies ont été découvertes pour la première fois lors de relevés radio.

    VERITAS, le système de réseau de télescopes d'imagerie à rayonnement très énergétique, est un observatoire CfA composé de quatre télescopes de 12 m situés à l'observatoire Fred L. Whipple au mont Hopkins, Arizona. VERITAS est conçu pour étudier les photons gamma, chacun contenant environ cent millions de fois l'énergie du photon de rayons X le plus énergétique vu par l'observatoire de rayons X de Chandra. les astronomes du CFA Wystan Benbow, Michel Daniel, Pascal Fortin, Gareth Hughes, et Emmet Roache, avec une grande équipe de collègues, utilisé VERITAS pour rechercher des photons gamma de l'AGN en radio-luminosité, anciennes galaxies elliptiques. Eux et d'autres astronomes ont réalisé que les mêmes jets de particules chargées produits par l'AGN qui rayonnent à des longueurs d'onde radio peuvent, car ils se déplacent à des vitesses proches de celle de la lumière, produire une émission de rayons gamma lorsque ses particules interagissent avec des photons de faible énergie. Cette émission est particulièrement brillante si ces jets sont observés presque de face.

    Les astronomes ont utilisé VERITAS pour étudier l'AGN dans la galaxie elliptique 3C264 en 2017-2019. Ils ont découvert une émission de rayons gamma à très haute énergie au début de 2018 et ont réalisé que cette émission devait être variable. L'émission a fait cet AGN, situé à environ trois cents millions d'années-lumière de la Terre, l'AGN émettant des rayons gamma à très haute énergie le plus éloigné de seulement quatre connus avec des jets qui ne sont pas observés de face. Ils ont suivi cette découverte avec une grande campagne d'observations par une variété de télescopes multi-longueurs d'onde :Swift, Fermi-LAT, Observatoire de rayons X Chandra, et Hubble dans l'espace, et des observations optiques et radio au sol à l'aide du télescope contrôlé par robot Kitt Peak, le tableau de très longues lignes de base, et le Very Large Array. Le programme complexe de données et d'analyse multi-longueurs d'onde de l'équipe leur a permis de déterminer que 3C264 est probablement similaire à la célèbre (et beaucoup plus proche) galaxie M87 et à son jet ; M87 contient le trou noir supermassif qui a été imagé l'année dernière. Seules environ deux cents sources de rayons gamma à très haute énergie ont été découvertes à ce jour, y compris les AGN et les non-AGN. Les nouveaux résultats sur 3C264, comme l'un des quatre seuls AGN connus sans face dans les galaxies elliptiques, élargir nos connaissances sur les jets AGN et leur physique sous-jacente. L'équipe continue de surveiller la source :quatre nœuds brillants sont observés dans le jet radio et deux devraient entrer en collision dans les prochaines années, avec quelques feux d'artifice attendus lorsque cela se produira.


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