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Nouvelles LANL:
La première détection d'un rayonnement hautement énergétique par un microquasar a amené les astrophysiciens à chercher de nouvelles théories pour expliquer l'accélération extrême des particules.
Un microquasar est un trou noir qui engloutit les débris d'une étoile voisine et projette de puissants jets de matériau.
«Ce qui est étonnant dans cette découverte, c’est que toutes les théories actuelles sur l’accélération des particules ont des difficultés à expliquer les observations», a déclaré Hui Li, théoricien de la Division théorique du Laboratoire national de Los Alamos, membre de l’équipe. "Cela appelle certainement de nouvelles idées sur l'accélération des particules dans les microquasars et les systèmes de trous noirs en général."
L’équipe a rassemblé des données provenant de l’observatoire de rayons gamma de haute altitude Tchernenkov (HAWC), un détecteur situé au sommet d’une montagne au Mexique qui observe l’émission de rayons gamma par les restes de supernova, les étoiles denses en rotation appelées pulsars et quasars. Los Alamos, financé par l’Office de la physique des hautes énergies du Département de l’énergie, a participé à la construction de HAWC, achevée en 2015.
L'équipe a maintenant étudié l'un des microquasars les plus connus, situé à environ 15 000 années-lumière.
Les quasars sont des trous noirs massifs qui aspirent des matériaux provenant des centres des galaxies, plutôt que de se nourrir d'une seule étoile. Ils émettent activement des radiations visibles à travers l'univers. Mais la plupart sont si loin que la majorité des quasars détectés doivent avoir leurs jets dirigés vers la Terre, ce qui les rend plus faciles à repérer, comme si on les regardait directement dans une lampe de poche. En revanche, les jets du SS 433 sont éloignés de la Terre, ce qui les rend plus difficiles à observer. Cependant, HAWC a pu détecter une lumière de même énergie lorsqu'il était vu de côté, permettant ainsi à toute la longueur du jet d'être visible. ”
"Les nouvelles découvertes améliorent notre compréhension de l'accélération des particules dans les jets de microquasars, ce qui éclaire également la physique des jets dans des jets extragalactiques beaucoup plus grands et plus puissants dans des quasars", a déclaré Hao Zhao, de la division de physique du Laboratoire national de Los Alamos.
HAWC, situé à environ 13 500 pieds au-dessus du niveau de la mer près du volcan Sierra Negra au Mexique, capte la pluie de particules en mouvement rapide avec un détecteur composé de plus de 300 réservoirs d'eau, chacun d'environ 24 pieds de diamètre. Lorsque les particules atteignent l’eau, elles produisent une onde de choc de lumière bleue, appelée rayonnement Tchérenkov. Les caméras installées dans les réservoirs détectent cette lumière, ce qui permet aux scientifiques de compiler l'histoire d'origine des rayons gamma.
La collaboration HAWC a examiné des données recueillies sur plus de 1 017 jours d’observation et a mis en évidence que les rayons gamma provenaient des extrémités des jets du microquasar, plutôt que de la partie centrale du système en étoile. Sur la base de leur analyse, les chercheurs ont conclu que les électrons des jets atteignent des énergies environ 1 000 fois plus élevées que celles pouvant être obtenues avec des accélérateurs de particules liés à la Terre, tels que le grand collisionneur de hadrons. Les électrons du jet entrent en collision avec le rayonnement de fond hyperfréquence à basse énergie qui pénètre dans l’espace, entraînant une émission de rayons gamma. Il s'agit d'un mécanisme récemment observé pour extraire les rayons gamma de haute énergie de ce type de système. Il diffère de ce que les scientifiques ont observé lorsque les jets sont dirigés vers la Terre.
Jusqu'à présent, les instruments n'avaient pas vu d'informations aussi détaillées sur le SS 433 car, selon les cartes du ciel existantes, ce microquasar est dissimulé dans un superbe reste de supernova qui émet également des rayons gamma. Mais le large champ de vision et la longue base de référence de HAWC examinent l’ensemble du ciel toutes les nuits. Cette fonction a permis au détecteur, à l’instar d’une caméra à longue exposition et à objectif grand angle, de résoudre les particularités du microquasar, même s’il est obscurci par l’environnement.
Référence de publication:
Financement:
Ce travail a été soutenu par: la US National Science Foundation; l'Office de la physique des hautes énergies du Département de l'énergie des États-Unis; le programme de recherche et développement dirigé par les laboratoires du laboratoire national de Los Alamos; et Conseil national de la science et de la technologie, Mexique.
A propos de la collaboration
La collaboration HAWC est financée par la US National Science Foundation (NSF); le Département américain de l’énergie de la physique des hautes énergies; le programme de recherche et développement dirigé par les laboratoires du laboratoire national de Los Alamos; Conseil national de la technologie et de la technologie, Mexique (subventions 271051, 232656, 260378, 179588, 239762, 254964, 271737, 258865, 243290, 132197 et 281653) (Cátedras 873, 1563); Laboratorio Nacional HAWC de rayons gamma; Bourse L’OREAL pour les femmes dans la science 2014; HAWC rouge, Mexique; DGAPA-UNAM (Direction générale des universités, université nationale autonome du Mexique; IG100317, IN111315, IN111716-3, IA102715, 109916, IA102917); VIEP-BUAP (Université Virtuelle Universitaire Autonome de Puebla); PIFI (Programme intégré de Fortalecimiento Institucional) 2012 et 2013; PRO-FOCIE (Programme de recherche en éducation en instituts éducatifs) 2014 et 2015; la Fondation de recherche des anciens de l'Université du Wisconsin; l'Institut de géophysique, de physique planétaire et de signatures du laboratoire national de Los Alamos; Subvention du Centre scientifique polonais DEC-2014/13 / B / ST9 / 945 et DEC-2017/27 / B / ST9 / 02272; et Coordinación de la Investigación Científca de l’Université Michoacana. Le contenu de cet article ne reflète pas nécessairement les vues de ces organisations.
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