samedi 14 avril 2018

H.E.S.S fournit la cartographie la plus complète du ciel gamma

La collaboration H.E.S.S fête ses 15 ans de prises de données sur les sources gamma de notre galaxie. C'est l'occasion pour les chercheurs de publier de nombreux résultats dans un numéro spécial de Astronomy&Astrophysics, concernant le relevé des sources du plan galactique, des études sur des nébuleuses de vent de pulsar et autres résidus de supernovas, ainsi que des recherches d'objets d'un nouveau genre encore jamais vus en rayons gamma de haute énergie comme ce qu'on appelle des microquasars, ou encore des chocs produits par des étoiles en mouvement rapide...




Parmi les 14 articles publiés par la collaboration H.E.S.S dans ce volume 612 d'avril 2018 du journal français Astronomy & Astrophysics, spécialement intitulé H.E.S.S. phase-I observations of the plane of the Milky Way , on retrouve également les études consacrées aux mesures de précision  effectuées sur les deux premiers objets observés lors de la mise en route de H.E.S.S (High Energy Stereoscopic System)  en 2003 : sur un résidu de supernova nommé RX J1713-3946 et l'émission gamma diffuse du cente galactique. Ces études révèlent des détails sur les propriétés des accélérateurs cosmiques qui sont à l'oeuvre pour être à l'origine de photons gamma si énergétiques via l'accélération de rayons cosmiques dans le milieu interstellaire. Elles permettent d'en savoir plus sur le mouvement de ces rayons cosmiques et sur comment ils peuvent modeler leur environnement.


Les deux premiers télescopes Cherenkov de H.E.S.S de 13 m avaient commencé à détecter leurs premières sources gamma dès les premiers jours de leur installation dans la savane Namibienne en 2003, avant même d'être rejoints par deux autres télescopes identiques. Depuis lors, les données se sont accumulées, puis démultipliées par l'ajout d'un plus grand télescope (28 m) en septembre 2012. H.ES.S n'est pas un réseau de télescopes comme les autres. Il observe de la lumière qui est produite dans l'atmosphère terrestre, des photons qui sont le résultat d'interactions de particules chargées énergétiques, elles-mêmes produites par les rayons gamma de très haute énergie qui bombardent la haute atmosphère, en provenance d'objets astrophysiques un peu extrêmes. 

Les photons gamma produisent des gerbes de particules : protons, pions, muons, électrons, positrons, neutrinos. Lorsque la vitesse de ces particules chargées est supérieure à la vitesse de la lumière dans l'air, elles émettent une lumière caractéristique (bleue) par l'effet Cherenkov. La détection de cette lumière permet de reconstruire les caractéristiques de toute la gerbe de particules, et à partir de là, de reconstruire quelle était l'énergie et la direction du photon gamma qui en était à l'origine. H.E.S.S produit ainsi des cartographies du ciel gamma photon par photon.


L'article principal de cette grosse livraison scientifique pour l'astronomie gamma est sans aucun doute l'étude consacrée à la mise à jour du grand relevé des sources du plan galactique, le HGPS (H.E.S.S Galactic Plane Survey). Ce relevé répertorie toutes les sources gamma détectées par le télescope Cherenkov dans le plan galactique et c'est la première fois qu'une si grande quantité de données est mise à disposition de la communauté dans le domaine de l'astronomie gamma. Au démarrage du programme il y a 15 ans, pour les astrophysiciens des particules, c'était un rêve de pouvoir identifier plus de 70 sources gamma de très haute énergie. Ils en ont répertorié à ce jour 78. 

Ces observations du plan galactique couvrent des longitudes comprises entre 250° et 65° et des latitudes inférieures à 3°, avec une résolution angulaire de 5 arcminutes pour des rayons gamma d'énergie comprise entre 200 GeV et 100 TeV. Parmi les 78 sources détectées, 31 sont clairement identifiées comme étant des nébuleuses de pulsar, des résidus de supernova, ou des binaires gamma. Parmi les 47 autres qui ne sont pas (encore) fermement identifiées, 36 montrent une possible association avec des objets catalogués par ailleurs, notamment des pulsars énergétiques.

Grâce aux performances exceptionnelles de H.E.S.S et des plus de 250 chercheurs européens, africains et japonais qui l'animent, la connaissance en astrophysique des hautes énergies dans notre Galaxie avance à grands pas. Et la communauté des astronomes gamma prépare d'ores et déjà le successeur de H.E.S.S,  la CTA (Cherenkov Telescope Array) un projet global qui associera deux sites dans les deux hémisphères et qui offrira à partir de la fin des années 2020 des cartes encore plus détaillées du ciel gamma.


Sources

H.E.S.S. phase-I observations of the plane of the Milky Way
Astronomy&Astrophysics special issue Volume 612, April 2018

H.E.S.S. phase-I observations of the plane of the Milky Way
Thierry Forveille, Sergio Campana and Steve Shore
A&A, 612 (2018) E1

The H.E.S.S. Galactic plane survey
H.E.S.S. Collaboration, 
A&A, 612 (2018) A1

The population of TeV pulsar wind nebulae in the H.E.S.S. Galactic Plane Survey
H.E.S.S. Collaboration, 
A&A, 612 (2018) A2

Population study of Galactic supernova remnants at very high γ-ray energies with H.E.S.S.
H.E.S.S. Collaboration, 
A&A, 612 (2018) A3

Detailed spectral and morphological analysis of the shell type supernova remnant RCW 86
H.E.S.S. Collaboration, 
A&A, 612 (2018) A4

The supernova remnant W49B as seen with H.E.S.S. and Fermi-LAT
H.E.S.S. Collaboration, 
A&A, 612 (2018) A5

H.E.S.S. observations of RX J1713.7−3946 with improved angular and spectral resolution: Evidence for gamma-ray emission extending beyond the X-ray emitting shell
H.E.S.S. Collaboration, 
A&A, 612 (2018) A6

Deeper H.E.S.S. observations of Vela Junior (RX J0852.0−4622): Morphology studies and resolved spectroscopy
H.E.S.S. Collaboration, 
A&A, 612 (2018) A7

A search for new supernova remnant shells in the Galactic plane with H.E.S.S.
H.E.S.S. Collaboration, 
A&A, 612 (2018) A8

Characterising the VHE diffuse emission in the central 200 parsecs of our Galaxy with H.E.S.S.
H.E.S.S. Collaboration, 
A&A, 612 (2018) A9

A search for very high-energy flares from the microquasars GRS 1915+105, Circinus X-1, and V4641 Sgr using contemporaneous H.E.S.S. and RXTE observations
H.E.S.S. Collaboration, 
A&A, 612 (2018) A10

Extended VHE γ-ray emission towards SGR1806−20, LBV 1806−20, and stellar cluster Cl* 1806−20
H.E.S.S. Collaboration, 
A&A, 612 (2018) A11

Systematic search for very-high-energy gamma-ray emission from bow shocks of runaway stars
H.E.S.S. Collaboration, 
A&A, 612 (2018) A12

HESS J1741−302: a hidden accelerator in the Galactic plane
H.E.S.S. Collaboration, 
A&A, 612 (2018) A13

Constraints on particle acceleration in SS433/W50 from MAGIC and H.E.S.S. observations
MAGIC Collaboration, 
A&A, 612 (2018) A14


Illustrations 

1) Carte du ciel gamma produite par H.E.S.S (Collaboration H.E.S.S)

2) Les cinq télescopes de H.E.S.S (DESY)

3) Principe de détection des rayons gamma par la lumière Cherenkov produite par les particules secondaires (MPIK)

4) Identification des sources gamma détectées par H.E.S.S, entre 27° et 341° de longitude (Collaboration H.E.S.S)