Le ciel en rayons gamma de hautes et très hautes énergies
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- Sylvaine Côté
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1 Le ciel en rayons gamma de hautes et très hautes énergies Lyon, 15 janvier 2011 Guillaume Dubus Institut de Planétologie et d Astrophysique de Grenoble 1
2 Le ciel en lumière visible 2
3 Newton le spectre de la lumière rayons! rayons X ultraviolet lumière visible infrarouge millimétrique radio 3
4 La lumière lumière visible rayons gamma radio mm IR UV rayons X!! HE! THE 1 m longueur d onde 10-6 m 10-9 m m m m m 100 MHz fréquence Hz Hz Hz Hz Hz Hz 10-6 ev énergie 1 ev 10 3 ev 10 6 ev 10 8 ev ev ev onde particule : le photon 4
5 L atmosphère: un filtre Ouverture de nouvelles fenêtres d observation après 1945: développement spectaculaire de l astrophysique. astronomie multi-longueur d onde. 5
6 Observatoires spatiaux 6
7 Observatoires gamma: Fermi (Enrico FERMI, prix Nobel 1938) Satellite lancé en juin 2008 Fermi radio mm IR UV rayons X!! HE! THE 10 8 ev ev 7
8 Observatoires gamma: Fermi Principe de détection: E=mc 2 rayon gamma (photon) + matière! électron + positron Fermi radio mm IR UV rayons X!! HE! THE 10 8 ev ev 8
9 Observatoires gamma: Fermi coll. Etats-Unis, France, Japon, Italie... environ 300 pers. données et outils d analyse sont publics Fermi radio mm IR UV rayons X!! HE! THE 10 8 ev ev 9
10 Observatoires gamma: HESS High Energy Stereoscopic System (Victor HESS, prix Nobel 1936) collaboration France, Allemagne pers. Observatoire au sol, situé en Namibie, en fonctionnement depuis 2003 HESS radio mm IR UV rayons X!! HE! THE ev ev 10
11 Observatoires gamma: HESS rayon gamma cascade de particules ~ 10 km lumière Tcherenkov 120 m W. Hofmann HESS radio mm IR UV rayons X!! HE! THE ev ev 11
12 Observatoires gamma: HESS rayon gamma cascade de particules ~ 10 km lumière Tcherenkov 120 m W. Hofmann HESS radio mm IR UV rayons X!! HE! THE ev ev 12
13 Observatoires gamma: HESS rayon gamma cascade de particules lumière Tcherenkov stéréoscopie W. Hofmann HESS radio mm IR UV rayons X!! HE! THE ev ev 13
14 Astronomie gamma HE et THE liens forts avec la physique des particules domaine en évolution rapide sources et processus? ciel vu par Fermi sources HESS 14
15 Accélération de particules 1. balle de tennis arrive avec une vitesse u sur une raquette ayant une vitesse V 2. la balle de tennis repart avec une vitesse u+2v V u u+2v V 3. La balle de tennis est accélérée à chaque fois que l opération est répétée (son énergie augmente). Accélération de Fermi. 15
16 Un accélérateur cosmique Reste de la supernova SN 1006 Explosion éjecte de la matière à une vitesse de 1000 à km/s : choc Bleu: rayons X Jaune: visible Rouge: radio 16
17 Un accélérateur cosmique Reste de la supernova SN 1006 accélération de particules au choc jusqu à de très hautes énergies: le rayonnement cosmique 17
18 Un accélérateur cosmique Reste de la supernova SN 1006 Emission gamma très haute énergie provenant des particules accélérées (collaboration HESS, 2010) 18
19 Le ciel en gamma hautes énergies émission des électrons et protons de haute et très haute énergie émission diffuse du rayonnement cosmique dans notre Galaxie 19
20 Le ciel en gamma hautes énergies observations satellite Fermi après 1 an prise de données (fin 2009) trous noirs supermassifs sursauts gamma pulsars restes de supernova sources non-identifiées... 20
21 Photons gamma détectés Carte OSO-3 (1970) 1 an Fermi détecte en moyenne 6 photons gamma par seconde Fermi nombre de sources ~ 20 ~ 270 ~
22 Variabilité du ciel gamma (Fermi) 22
23 Emission gamma d une nova explosion thermonucléaire à la surface d une naine blanche ds notre galaxie découverte par deux astronomes amateurs japonais 23
24 Emission gamma d une nova explosion thermonucléaire à la surface d une naine blanche ds notre galaxie éjection de matière (mini supernova), interaction avec environnement génère gamma visible X 24
25 Variabilité gamma très rapide! Variabilité détectée jusqu à des échelles de temps de quelques minutes dans des noyaux actifs de galaxies appelés blazars 28 juillet
26 Noyau actif de galaxie 26
27 Emission gamma des étoiles binaires radio Cygnus X-3: étoile binaire. émission gamma reliée aux éjections relativistes (radio) gamma Fermi observe une modulation orbitale (5h) du flux de photons! : contraint la localisation de l émission dans la binaire. 27
28 Emission gamma des étoiles binaires binaire LS 5039 observations HESS ( ) Modulation orbitale du flux gamma très haute énergie Annihilation photon photon photon gamma + photon (étoile) " électron + positron E E=mc 2 en action 28
29 Résumé La lumière visible n est qu une petite partie de la lumière émise par des sources cosmiques. L astronomie gamma est un domaine en plein essor. En gamma, on observe l émission de particules de haute énergie (rayons cosmiques). Ces particules sont produites lors d évènements violents. 29
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