Nous avons parcouru un long chemin depuis la découverte des rayons gamma.
La fin des années 1800 et le début des années 1900 ont été une période de grands progrès scientifiques. Les scientifiques commençaient tout juste à comprendre les différents types de rayonnement. Le radium figurait en bonne place dans les expériences, dont une par le scientifique français Paul Ulrich Villard en 1900.
Le radium se désintègre facilement et les scientifiques avaient déjà identifié les rayonnements alpha et bêta provenant d’échantillons de radium. Mais Villard a pu identifier un troisième type de rayonnement pénétrant si puissant que même une couche de plomb ne pouvait l’arrêter : les rayons gamma.
Maintenant, nous avons un détecteur de rayons gamma dans l’espace, et il nous montre comment l’Univers scintille avec cette puissante énergie.
Les rayons gamma sont la forme de lumière la plus énergétique de l’Univers, et comme le montre une nouvelle animation, le ciel scintille pratiquement avec des sources de rayons gamma scintillantes. L’animation contient une année d’observations du télescope à grande surface (LAT) sur le télescope spatial à rayons gamma Fermi de la NASA. Chaque cercle jaune est une source de rayons gamma, et l’expansion et la contraction montrent comment la source s’éclaircit et s’assombrit. Le cercle jaune représente le Soleil suivant sa trajectoire apparemment sinusoïdale par rapport à la Terre.
L’animation représente une année entière d’observations. Chaque image de l’animation représente trois jours. La bande rouge-orange qui traverse le milieu de l’animation est le plan central de la Voie lactée, qui est un producteur de rayons gamma constant.
Ce que l’image nous montre vraiment, ce sont des trous noirs.
Ces lumières pulsées représentent des trous noirs supermassifs, ou la plupart d’entre eux le font. 90% de ces sources sont ce qu’on appelle des blazars. Les blazars sont des noyaux galactiques actifs, qui sont eux-mêmes essentiellement des trous noirs. Nous les appelons noyaux galactiques actifs lorsque le trou noir accrète activement de la matière et émet des jets relativistes. Lorsque les jets sont dirigés vers la Terre, nous les appelons des blazars. Les blazars sont les objets les plus lumineux et les plus énergétiques de l’Univers. Ils émettent des photons gamma et sont très variables en luminosité, ce qui explique l’expansion et la contraction des sources circulaires dans l’image.
L’animation est basée sur une bibliothèque interactive de sources de rayons gamma appelée Fermi LAT Light Curve Repository, gérée par une équipe internationale d’astronomes. Un article annonçant et expliquant le référentiel a été publié dans l’Astrophysical Journal le 15 mars, intitulé simplement “The Fermi-LAT Lightcurve Repository”.
“Nous avons été inspirés pour constituer cette base de données par des astronomes qui étudient les galaxies et voulaient comparer les courbes de lumière visible et gamma sur de longues échelles de temps”, a déclaré Daniel Kocevski, co-auteur du référentiel et astrophysicien au Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, Alabama. « Nous recevions des demandes pour traiter un objet à la fois. Désormais, la communauté scientifique a accès à toutes les données analysées pour l’ensemble du catalogue.
Le référentiel contient des données pour 1525 sources de rayons gamma, mais uniquement des sources variables. Les astrophysiciens s’intéressent aux sources variables car leur étude a conduit à de nombreuses découvertes importantes. Fermi et LAT ont aidé à trouver le lien entre les blazars et les neutrinos, par exemple. “Un cycle de service élevé et une surveillance à long terme du ciel à rayons gamma ont fait du Fermi Large Area Telescope un outil essentiel dans l’étude de l’astronomie dans le domaine temporel et multimessager”, indique le document.
L’astronomie multimessager est l’étude combinée de l’énergie, des particules et des ondes gravitationnelles dans le cosmos. En identifiant des sources variables de rayons gamma dans le cosmos, le dépôt peut jouer un rôle important dans l’astronomie multimessager. “En signalant en continu l’évolution du flux et la transition vers des états à haut flux pour de nombreuses sources variables, le LCR est une ressource précieuse pour déclencher des observations dans d’autres observatoires”, écrivent les auteurs.
Le référentiel montre 10 ans d’observations, et il y a probablement plus de découvertes qui attendent d’être découvertes dans toutes ces données. “Le fait de disposer de la base de données historique des courbes de lumière pourrait conduire à de nouvelles informations multimessagers sur les événements passés”, a déclaré la co-auteure de l’article Michela Negro, astrophysicienne à l’Université du Maryland et au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland.
Paul Villard, le scientifique français qui a découvert les rayons gamma, était un peu un intellectuel solitaire. Il était le seul auteur de la plupart de ses articles publiés et ne se souciait pas de la renommée. Villard a également eu la chance qu’un héritage le libère du besoin d’enseigner et il a construit lui-même son équipement expérimental. Ces raisons expliquent en partie pourquoi ses résultats n’ont pas suscité beaucoup d’intérêt à l’époque. Une autre raison est que les rayons gamma ne correspondaient pas vraiment à la vision établie du rayonnement et des particules.
Après que Villard eut publié ses deux articles sur les rayons gamma en 1900, il cessa de les étudier. Plusieurs années se sont écoulées avant que la découverte de Villard ne soit nommée rayons gamma, bien que Villard lui-même ne les ait jamais nommés ainsi. En 1903, le physicien néo-zélandais Ernest Rutherford les a nommés rayons gamma, et le nom est resté. Dans les années qui ont suivi, d’autres chercheurs ont fait plus de progrès dans la compréhension des rayons gamma. Le nom de Villard s’est estompé, tandis que ses collègues scientifiques de la même époque sont plus connus.
Il est intéressant d’imaginer ce que des scientifiques comme Villard penseraient de l’état actuel de la science. Aurait-il pu imaginer que nous aurions un télescope en orbite qui mesurerait les sources de rayons gamma cosmiques et les relierait à des trous noirs supermassifs dans des galaxies lointaines ? Aurait-il pu deviner dans ses rêves les plus fous que les gens seraient assis devant leurs propres ordinateurs et accéderaient aux données et aux images des télescopes spatiaux sans pause ni paiement ? Aurait-il pu imaginer le rôle que les rayons gamma joueraient en astrophysique ?
Hautement improbable.
