gamma, astronomie - astronomie.

gamma, astronomie - astronomie. 1 PRÉSENTATION gamma, astronomie, branche de l'astronomie étudiant le rayonnement gamma émis par les corps célestes. Le rayonnement gamma est la forme la plus énergétique de rayonnement électromagnétique. Produits au cours de processus nucléaires (fission, fusion, désintégration radioactive) ou d'interactions entre particules, les rayons gamma sont des photons de très haute énergie, appelés photons gamma ; la limite énergétique entre les rayons gamma et les rayons X se situe aux alentours de 100 keV (kiloélectronvolts) par photon. L'astronomie gamma est également appelée l'astronomie des hautes énergies. Son objectif est l'étude des sources les plus extrêmes de l'Univers, où se déroulent les événements les plus violents tels que les explosions d'étoiles et les formations de trous noirs. 2 TECHNIQUES D'OBSERVATION ET INSTRUMENTATION 2.1 Observatoires spatiaux Les rayons gamma sont fortement absorbés par l'atmosphère terrestre. C'est pourquoi l'astronomie gamma n'a réellement commencé qu'avec l'apparition de détecteurs pouvant être embarqués à bord des satellites. La première détection de rayonnement gamma a été réalisée en 1972 par le satellite américain OSO-3, destiné à l'origine à l'étude du spectre solaire. Cette découverte a marqué le début de l'exploration intensive de l'Univers dans le domaine gamma. Une série de télescopes spatiaux, sensibles au rayonnement gamma, sont alors lancés : SAS-2 (1972), COS B (1975), HEAO-2 (1978) et HEAO-3 (1979), GRANAT (1989). En avril 1991, la navette spatiale Atlantis met en orbite le satellite Compton Gamma-Ray Observatory (CGRO) de la NASA. Ce gigantesque observatoire spatial de 17 tonnes, évoluant à une altitude de 450 km au-dessus de la Terre, produit un très grand nombre d'observations entre sa mise en service et la fin de sa vie en juin 2000. Le successeur du CGRO, INTEGRAL (International Gamma-Ray Astrophysics Laboratory), est européen. Conçu par l'Agence spatiale européenne (ESA), INTEGRAL est lancé en octobre 2002 par une fusée Proton du cosmodrome de Baïkonour. Plus petit (4 t) mais plus sensible que le CGRO, INTEGRAL s'impose comme le nouveau fleuron de l'astronomie gamma. Depuis le 20 novembre 2004, INTEGRAL est épaulé par le petit satellite international Swift (1,5 t), lancé par la NASA depuis la base de cap Canaveral par une fusée Delta. Ce satellite -- auquel des équipes britannique et italienne ont apporté leur concours --, dédié principalement à l'observation des sursauts gamma, est équipé de trois instruments permettant des observations simultanées dans les domaines des rayons gamma, des rayons X, de l'ultraviolet et du visible (gamme de sensibilité : 0,2 à 150 keV). 2.2 Observatoires terrestres Une technique différente consiste dans l'observation directe au sol de la lumière émise par les gerbes de particules élémentaires produites lorsque des photons gamma de très haute énergie (supérieure à 100 GeV, soit 100 milliards d'électronvolts) entrent en collision avec l'atmosphère : ce phénomène lumineux est connu sous le nom d'effet Tcherenkov. Ces télescopes Tcherenkov ont notamment détecté des photons de 10 TeV (dix mille milliards d'électronvolts) en provenance de différents quasars : ce sont les photons de plus haute énergie jamais observés. 3 PRINCIPALES SOURCES DE RAYONNEMENT GAMMA 3.1 Fond diffus galactique gamma Dans notre galaxie, la Voie lactée, les collisions des rayons cosmiques avec le gaz du milieu interstellaire produisent des particules instables, les pions (voir méson), qui se désintègrent ensuite en photons gamma : c'est le fond diffus galactique gamma. Une autre source de rayonnement gamma est la désintégration de noyaux radioactifs produits par l'explosion des supernovae (voir astrochimie). 3.2 Sources gamma ponctuelles Les sources gamma ponctuelles sont principalement des objets compacts, étoiles à neutrons ou trous noirs, issus de l'explosion d'étoiles massives (supernovae). Un certain nombre de pulsars ont été détectés en gamma, notamment le pulsar du Crabe, ainsi que la source Geminga, l'objet le plus brillant du ciel gamma. Il existe également des étoiles binaires dont une seule des composantes a explosé ; le reste, extrêmement compact, peut accréter la matière du compagnon stellaire, libérant une quantité énorme d'énergie sous forme de rayons X et gamma ; c'est le cas notamment de Cygnus X-3. 3.3 Sources gamma extragalactiques Les sources gamma extragalactiques sont principalement des quasars, dont l'émission intense est attribuée à un trou noir supermassif (un milliard de fois plus massif que le Soleil) accrétant la matière de la galaxie environnante. Plusieurs dizaines de ces quasars, déjà connus pour émettre des jets de matière très puissants visibles en radioastronomie, ont été également détectés en gamma. L'origine de ce rayonnement serait le processus Compton inverse, dû aux collisions d'électrons de très haute énergie du jet avec des photons ambiants de plus basse énergie (voir effet Compton). 3.4 Sursauts gamma Les phénomènes les plus extraordinaires sont les sursauts gamma, qui se manifestent par des flashs extrêmement intenses et brefs (quelques dixièmes à quelques dizaines de secondes) de rayonnement gamma, se produisant aléatoirement dans toutes les régions du ciel. Le télescope CGRO en détectait environ un par jour. Ce n'est qu'en 1997 que le satellite BeppoSAX et le télescope spatial Hubble ont pu identifier une contrepartie X et optique de l'un de ces sursauts, prouvant sans ambiguïté qu'il provenait d'une galaxie lointaine. Toutefois, l'origine des sursauts gamma reste énigmatique : ils seraient produits soit par l'effondrement d'étoiles particulièrement massives (hypernovae), produisant un trou noir, soit par la coalescence de deux étoiles à neutrons ou d'une étoile à neutrons et d'un trou noir en système binaire serré, finissant par s'effondrer l'un sur l'autre. Les scientifiques comptent notamment sur le petit satellite Swift (lancé en novembre 2004), qui devrait enregistrer plus d'une centaine de sursauts gamma par an, pour lever un peu plus le voile sur l'origine de ces phénomènes d'une exceptionnelle violence. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Tous droits réservés.