HESS J1702-420
HESS J1702-420 est une source de rayons gamma d'ultra haute énergie détectée en 2006 par le High Energy Stereoscopic System, un télescope à rayon gamma[1]. La source est l'une des émissions les plus énergétiques enregistrée en 2022, dépassant les 0,1 PeV, elle est une source importante de recherche puisqu'elle permettrait de valider l'hypothèse que les photons de hautes énergies pourraient provenir d'un type d'objet hypothétique, les PeVatrons. Sa distance est indéterminée puisqu'aucune source optique, infrarouge, ultraviolette et radio n'a été reliée à HESS J1702+420, même si des modèles 3D réalisés avec les données du H.E.S.S suggèrent une distance d'environ 3 500 pc (∼11 400 al) de la Terre. Malgré le fait qu'il s'agisse d'une source étendue[2], son centre se situe dans la constellation du Scorpion.
Intérêt modifier
Le terme « sites d'accélération de particule spatiales » est un concept très récent dans l'astronomie et l'astrophysique. Les connaissances actuelles ne sont que les flux de hautes énergies qui atteignent la Terre (souvent des protons hautement magnétisés) sont originaires de notre galaxie, la Voie lactée, bien plus loin que les frontières du système solaire, où les particules sont accélérées à de très hautes énergies.
Les accélérateurs de particules naturels sont souvent proposés pour expliquer la présence de particules hyper voire ultra énergétiques, atteignant le niveau du PeV, puis les hypothétiques accélérateurs ont été nommés PeVatrons.
Plusieurs sources astrophysiques de rayons gamma ont été proposées pour trouver les auteurs de ces rayons de hautes énergies : les premiers candidats furent les rémanents compacts de supernovas et de très jeunes amas d'étoiles. Le problème de ces hypothèses est qu'aucun de ces objets n'a été identifié comme un auteur direct de ces rayonnements.
De récentes observations par le H.E.S.S. ont révélé que la zone de gaz moléculaire autour de Sgr A* été une source des rayons de l'ordre du PeV. La plupart des sources gamma sont accompagnées d'une contrepartie visible dans un autre domaine du spectre électromagnétique, autre que les rayons gamma, mais leur origine reste un mystère total. Plusieurs se sont révélées être des nébuleuses de vent de pulsar, puisque les sources gamma ont été accompagnées de plusieurs autres sources X, optiques et infrarouges.
Il existe d'autres scénarios (comme le modèle leptonique) pour expliquer ces événements mais ils n'expliquent pas la présence de rayons dits "sombres". Dans cette partie de la physique, HESS J1702-420 est une source très intéressante pour comprendre l'origine des rayons de hautes énergies. Depuis sa découverte en novembre 2006, la source est restée en activité, rendant possible les observations pour déterminer son origine.
Malgré son activité quasi continue, la source est étendue sous la forme d'une ellipse sur 30 x 50 minutes d'arc et elle présente plusieurs composants, ce qui rend la tâche d'identification d'un auteur difficile. Sa source d'origine pourrait être soit SNR G344.7-0.1, un rémanent de supernova et PSR J1702-4128, un pulsar âgé de 3 000 ans, tous deux situés à proximité du centre de HESS J1702-420. Le télescope spatial à rayons gamma Fermi a détecté une source de rayons gamma, 2FGL J1703.4-4145, dont l'origine la plus probable est le rémanent de supernova. La diffusion de l'énergie entre ces trois objets est très similaire, ce qui pourrait être une preuve que HESS J1702-420 provient de SNR G344.7-0.1, même si la position relative des trois objets rend leurs liaisons douteuses.
Une autre hypothèse est que HESS J1702-420 provient de PSR J1702-4147. Certaines variations dans le flux de la source de rayons gamma s'accordent plutôt bien avec la rotation du pulsar, montrant que le rayonnement de haute énergie est possiblement originaire d'une nébuleuse de vent de pulsar, même si d'autres propriétés de HESS J1702-420 tendent à dire le contraire[2].
Composantes modifier
L'émission de HESS J1702-420 est accompagnée de deux autres sources gamma qui semblent avoir la même origine, surtout pour A. Elles ont été nommées HESS J1702-420A et B, et leurs caractéristiques respectives sont hautement variables. Très étrangement, la luminosité des sources gamma monte (pour A) et descend (pour B) au fur et à mesure que l'on augmente d'énergie[2].
HESS J1702-420A modifier
Cette source est probablement originaire du même objet que HESS J1702-420, et elle est aussi un candidat de source de rayons cosmiques provenant sûrement d'un PeVatron. Sa luminosité augmente au fur et à mesure que l'énergie augmente (fréquence observations)[2].
HESS J1702-420B modifier
La composante B est très particulière puisque sa luminosité décroît au fur et à mesure que l'énergie de détection augmente, son seuil maximum est atteint à 40 TeV mais elle est invisible à des énergies supérieures[2].
Provenance modifier
Le fait que A et B ne partagent pas les mêmes flux d'énergie suggère que leurs origines sont très différentes et qu'il s'agit de deux sources (la composante A venant très probablement du même objet que HESS J1702-420) de hautes énergies provenant de deux phénomènes différents et regroupées sur une même ligne de visée, faisant que, vues depuis la Terre, les deux sources semblent liées mais elles sont pourtant séparées (sûrement) de plusieurs milliers d'années lumière[2].
Gaz moléculaire modifier
La source principale (HESS J1702-420) est entourée de gaz moléculaire qui est concentré autour de Sgr A*. Des observations du radiotélescope de Parkes et le ATCA ont révélé une grande région dont la taille et la forme correspondent à HESS J1702-420. La zone s'organise comme une ellipse de 0,30 x 0,15 minute d'arc, les bords de la structure sont assez similaires à ceux de l'émission étendue de HESS J1702-420. Même si la forme de la source et la morphologie de la structure de gaz moléculaire sont semblables, aucun nuage de gaz ne correspond parfaitement à la source de rayons gamma[2].
Carbone modifier
Des mesures du Mopra montrent d'ailleurs la présence d'une importante quantité de carbone 12 autour de HESS J1702-420, ce qui pourrait tendre vers une hypothèse de provenance. Les régions de carbone s'organisent principalement autour de la source de rayons gamma, la masse des gaz va de 0,001 à 4,9 M☉, sur une zone d'environ 250 pc (∼815 al) de diamètre. D'autres zones très denses sont situées aux abords de HESS J1702-420 mais elles ne lui sont pas forcément liées. La masse de ces zones plus denses peut atteindre 60 000 M☉. Le carbone de la structure est principalement moléculaire et il est plutôt froid (quelque dizaine de kelvin)[3].
Origine modifier
Malgré l'intense effort de recherche, aucune source ou objet ne semble être l'auteur de ce rayonnement d'ultra haute énergie. Plusieurs objets pourraient être son origine mais ils présentent toujours des différences avec HESS J1702-420, ce qui rend les hypothèses de provenance des rayons similaires à HESS J1702-420 difficiles à prouver[2]. De plus, la source est aussi une source astronomique de neutrinos[4], de protons, d'électrons ainsi que d'autres particules élémentaires, ce qui fait que l'auteur de ces rayonnements est probablement un PeVatron, mais cette hypothèse reste à prouver. Elle reste malgré tout la source la plus énergétique détectée par le High Energy Stereoscopic System. D'autres observations faites avec des télescopes comme le CTA et Southern Wide-field Gamma-ray Observatory (SWGO) permettront sûrement d'identifier la nature de ce rayonnement d'ultra haute énergie, en réalisant des observations à 0,1 et 0,2 PeV[2].
Rémanent modifier
Une étude publiée en février 2011 suggère que HESS J1702-420 pourrait provenir du rémanent de supernova SNR G344.7-0.1 qui abrite un pulsar qui pourrait produire une nébuleuse de vent de pulsar, mais des observations en ondes radio et infrarouges tendent à dire le contraire. La supernova s'est produite il y a ~3 000 ans, à la suite d'un effondrement de cœur. La supernova aurait pu produire une forte émission gamma mais, si cette hypothèse est la bonne, reste à savoir comment une supernova peut produire une telle quantité de rayonnements d'ultra haute énergie[5]. D'autres observations du télescope spatial à rayons X Suzaku montrent un grand décalage (~1 minute d'arc) entre le rémanent et HESS J1702-420, mais le spectre X de HESS J1702-420 présente de très fortes raies d'atomes de fer ionisés, peut-être un signe que la source de rayons gamma provient du rémanent[6]. D'autres calculs basés sur un modèle leptonique suggèrent que le rémanent de supernova est trop petit et trop loin de la Terre pour émettre de tels rayonnements. Dans le modèle leptonique, le pulsar PSR J1702-4128 est un bon candidat pour une source PeVatron. En effet, les mécaniques du rayonnement synchrotron pourraient être poussées à des énergies bien supérieures en utilisant un champ magnétique plus puissant[6].
Trou noir stellaire en fuite modifier
L'accélérateur de particules pourrait aussi être un trou noir stellaire. Au vu de la direction de HESS J1702-420, le trou noir pourrait récupérer des particules de nuages de gaz environnant et il y aurait deux mécanismes d'accélération possible :
- Premièrement, les particules pourraient être accélérées par la même mécanique que le rayonnement synchrotron. Sous l'effet d'un champ magnétique, les particules pourraient être chargées d'une immense énergie cinétique puis elles seraient éjectées lorsque leur vitesse permettrait d'échapper à la gravité du trou noir. Si ce scénario est pris en compte, les particules sortant du champ magnétique sont chargées d'une importante énergie cinétique, qui filerait dans des directions aléatoires et pourrait possiblement atteindre la Terre par pur hasard. Le seul problème est que de telles énergies nécessitent que la particule chargée voyage sur de petites distances, car les interactions entre le rayonnement fossile micro-ondes et les particules chargées pourraient ralentir les particules et leur extraire de l'énergie. Ce phénomène fait que le trou noir doit se situer à moins d'environ 1 kpc (∼3 260 al) de la Terre.
- Un autre scénario serait un trou stellaire en rotation extrêmement rapide qui accélère les particules lorsqu'elles entrent dans son ergosphère. Pour générer des énergies d'environ 30 GeV, le trou noir stellaire doit avoir une masse d'environ 10 M☉, mais l'émission moyenne de HESS J1702-420 est de ~100 TeV, et on peut donc suggérer que la masse de l'hypothétique trou noir stellaire qui génère ce rayonnement est plus importante que ~10 M☉, ou que sa vitesse de rotation projetée est extrêmement élevée. Cette dernière hypothèse nécessite que le trou noir en question soit un trou noir de Kerr mais leurs existences reste à déterminer[7].
Références modifier
- R. Landi, L. Bassani, A. Malizia et N. Masetti, « Swift XRT Follow-up Observations of TeV Sources of the HESS Inner Galaxy Survey », The Astrophysical Journal, vol. 651, , p. 190–196 (ISSN 0004-637X, DOI 10.1086/507671, lire en ligne, consulté le )
- H. Abdalla, F. Aharonian, F. Ait Benkhali et E. O. Angüner, « Evidence of 100 TeV γ-ray emission from HESS J1702-420: A new PeVatron candidate », Astronomy and Astrophysics, vol. 653, , A152 (ISSN 0004-6361, DOI 10.1051/0004-6361/202140962, lire en ligne, consulté le )
- J. C. Lau, G. Rowell, F. Voisin et R. Blackwell, « Probing the origin of the unidentified TeV γ-ray source HESS J1702-420 via the surrounding interstellar medium », Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, vol. 483, , p. 3659–3672 (ISSN 0035-8711, DOI 10.1093/mnras/sty3326, lire en ligne, consulté le )
- Alexander Kappes, Jim Hinton, Christian Stegmann et Felix A. Aharonian, « Potential Neutrino Signals from Galactic γ-Ray Sources », The Astrophysical Journal, vol. 656, , p. 870–878 (ISSN 0004-637X, DOI 10.1086/508936, lire en ligne, consulté le )
- E. Giacani, M. J. S. Smith, G. Dubner et N. Loiseau, « A new study of the supernova remnant G344.7-0.1 located in the vicinity of the unidentified TeV source HESS J1702-420 », Astronomy and Astrophysics, vol. 531, , A138 (ISSN 0004-6361, DOI 10.1051/0004-6361/201116768, lire en ligne, consulté le )
- Takahisa Fujinaga, Aya Bamba, Tadayasu Dotani et Masanobu Ozaki, « Suzaku Observation of the Unidentified Very High Energy Gamma-Ray Source HESS J1702-420 », Publications of the Astronomical Society of Japan, vol. 63, , S857–S864 (ISSN 0004-6264, DOI 10.1093/pasj/63.sp3.S857, lire en ligne, consulté le )
- Kouichi Hirotani, Hung-Yi Pu, Sabrina Outmani et Hsinhao Huang, « High-energy and Very High Energy Emission from Stellar-mass Black Holes Moving in Gaseous Clouds », The Astrophysical Journal, vol. 867, no 2, , p. 120 (ISSN 1538-4357, DOI 10.3847/1538-4357/aae47a, lire en ligne, consulté le )
Liens externes modifier
- (en) HESS J1702-420 sur la base de données Simbad du Centre de données astronomiques de Strasbourg.
- (en) HESS J1702-420 sur la base de données NASA/IPAC Extragalactic Database
