Clefs n°58 Automne 2009
Clefs n°58 Automne 2009
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°58 de Automne 2009

  • Périodicité : annuel

  • Editeur : CEA

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 168

  • Taille du fichier PDF : 7,3 Mo

  • Dans ce numéro : dans les secrets de l'Univers.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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30 L’astrophysique et l’exploration de l’Univers CLEFS CEA - N°58 - AUTOMNE 2009 Figure 3. À gauche, un astre enfoui, où l'étoile à neutrons orbite près de l'étoile supergéante, constamment à l'intérieur du vent stellaire. À droite, une « transitoire rapide », où l'étoile à neutrons, sur une orbite excentrique, pénètre régulièrement dans le vent de l'étoile. formation de tels trous noirs. Les observations multi-longueurs d’onde apporteront un nouvel éclairage sur ces astres. Soit elles prouveront l’existence d’une nouvelle classe d’objets exotiques, soit il faudra revoir certaines théories admises concernant les disques d’accrétion. Des sources mystérieuses À l’intérieur même de la Voie lactée, l’observatoire INTEGRAL a lui aussi découvert, en janvier 2003, un nouveau type de sources de rayonsX. Elles sont concentrées dans le plan galactique, et principalement dans la direction des bras. Un programme intensif d'observations a alors été lancé, et les observatoires XMM-Newton, Chandra et Swift ont localisé précisément une trentaine des sources découvertes par INTEGRAL. Les informations spectrales ont révélé que beaucoup d’entre elles présentent une forte absorption intrinsèque, inhabituelle pour des astres de haute énergie. Cela constitua une première surprise, mais d'autres allaient suivre… En plus de ces observations des rayonsX, les astrophysiciens du CEA/Irfu ont entrepris un programme multi-longueurs d'onde afin de révéler la nature de ces sources. Cette étude combine, pour un échantillon de ces objets, une astrométrie précise, une photométrie et une spectroscopie en lumière visible et infrarouge (proche et moyen). Ici survint la deuxième surprise : la majorité de ces objets sont des systèmes binaires de grande masse comprenant des étoiles supergéantes – étoiles très évoluées sorties de la séquence principale – alors qu'avant le lancement d'INTEGRAL, la plupart des systèmes binaires massifs connus contenaient des étoiles Be – étoiles de la séquence principale de type spectral précoce, en rotation tellement rapide sur elles-mêmes qu'elles créent un disque de matière les entourant. De surprise en surprise Ces nouveaux astres de haute énergie semblent intrinsèquement obscurcis, c’est-à-dire qu’eux-mêmes absorbent une partie de leur rayonnement. L’astre IGR J16318-4848 en constitue un exemple extrême : il s'agit d'une étoile à neutrons orbitant autour d'une étoile supergéante d'un type spectral très rare, noté sgB[e] à cause de la présence de raies d'émission (1) Raies spectrales émises par un atome se désexcitant selon un mode très peu probable. « interdites » (1). Les observations dans l’infrarouge moyen ont montré que ces objets apparaissent obscurcis à cause de la présence de matériau absorbant (poussière et/ou gaz froid) entourant le système binaire dans son ensemble. L'étoile à neutrons orbite donc à l'intérieur d'un cocon de gaz froid formé par le vent de l'étoile supergéante. Enfin, une troisième caractéristique révélait une sous-population encore plus inhabituelle parmi ces objets. Certaines de ces sources présentent en effet des sursauts d'activité très rapides, de l'ordre de l'heure, et se produisant de manière apparemment anarchique. Ces astres ont été nommés « transitoires rapides de rayons X à supergéante ». L’archétype en est IGR J17544-2619. L'échantillon de sources étudiées s'amplifiant, il apparaît maintenant que les différences entre les astres enfouis et les transitoires rapides proviennent essentiellement de caractéristiques orbitales (figure 3). En effet, les astres enfouis s'apparentent aux systèmes binaires de grande masse classiques, contenant une supergéante avec une étoile à neutrons parcourant une orbite très proche, à 2 ou 3 rayons stellaires seulement. L'accrétion de matière – à partir du vent de l'étoile – se fait donc en permanence, et l'émission en rayons X est persistante. Les « transitoires rapides » sont des systèmes où l'étoile à neutrons se trouve loin de l'étoile compagnon, sur des orbites circulaires ou excentriques. C’est lorsque l'objet compact traverse le vent de l'étoile, inhomogène et parsemé de grumeaux, que se produisent les sursauts rapides d'activité. Quand il se trouve loin de l'étoile, en revanche, il n'y a pas ou peu d'émission de rayonsX. Finalement, il semble qu'il existe dans la nature un continuum de ces systèmes binaires de grande masse, dont les caractéristiques d’émission dépendent de la proximité entre objet compact et étoile compagnon, et de la nature de l'orbite. C’est donc l’interaction entre les deux composants du système qui régit les propriétés de ces astres de haute énergie. > Sylvain Chaty, Stéphane Corbel et Jérôme Rodriguez Service d'astrophysique (SAp) Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers (Irfu) Direction des sciences de la matière (DSM) Unité mixte de recherche astrophysique interactions multi-échelles (CEA-Université Paris 7-CNRS) CEA Centre de Saclay (Orme des Merisiers) S. Chaty/CEA
MÉMO A Sonder l'Univers sur toute la gamme lumineuse L a lumière est une onde électromagnétique qui peut être caractérisée par sa longueur d’onde ou sa fréquence. Les différents types de rayonnements se distribuent le long du spectre élec - tromagnétique en fonction de leurs longueurs d'onde, des plus courtes (les rayons gamma) aux plus longues (les ondes radio), en passant par la lumière visible (figure 1). Il est aussi possible de décrire la lumière en termes d’une particule sans masse, le photon, dont l’énergie est proportionnelle à la fréquence. Les types de rayonnements Le rayonnement radio (ou ondes radio) couvre la zone des fréquences infé ri eu res à 1 GHz, ce qui correspond à des lon - gueurs d'onde supérieures à 30 cm. Le domaine des micro-ondes s’étend sur la gamme 30 cm (1 GHz) – 1 mm (300 GHz). Les longueurs d’onde relatives au rayonnement infrarouge IR sont comprises entre 780 nm et 1 mm. Ce domaine est subdivisé en IR proche (780 nm – 2,5 m), IR moyen (2,5–27 m), IR lointain (27 – 100 m) et IR submillimétrique (100 m – 1 mm). L'infrarouge est souvent relié à la chaleur car, à température ambiante, les objets émettent spontanément ce type de lumière. La lumière visible est la partie du spectre électro ma - gnétique à laquelle l'œil humain est sensible. Ce domaine couvre un intervalle de longueurs d’onde allant de 380 nm (violet) à 780 nm (rouge). Les longueurs d'onde du rayonnement ultraviolet UV se situent entre 380 nm et 10 nm. Les 10 -13 10 -12 NASA, ESA, STScI, J. Hester and P.Scowen (Arizona State University) Les trois « Piliers de la création » dans la nébuleuse de l'Aigle, observés par le télescope spatial Hubble en visible (à gauche) et en infrarouge (à droite). Le rayonnement infrarouge permet de voir à travers les nuages. rayons X sont des ondes électroma - gnétiques de haute fréquence dont la longueur d'onde est comprise entre quelques fractions de nm (0,01 nm) et 10 nm. On distingue les rayons X mous (les plus grandes longueurs d'onde) et les rayons X durs (de petite longueur d'onde). L'énergie des photons associés aux rayons X varie entre 100 eV et 100 keV. Les rayons gamma () ont une longueur d’onde encore plus courte, inférieure à 0,01 nm et les photons correspondants ont une grande énergie, supérieure à 100 keV. Nos yeux ne perçoivent qu’une partie infime de toute la lumière émise par les objets célestes. L’exploitation de toute la gamme des longueurs d’onde a ouvert des fenêtres sur l’Univers, qui ont permis longueur d'onde (m) 10 -11 10 -10 10 -9 10 -8 10 -7 10 -6 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 2 10 3 10 4 rayons rayons infrarouge gamma X (IR) () microondes ondes radio 10 21 10 20 10 19 10 18 10 17 10 16 10 15 10 14 10 13 10 12 10 11 10 10 10 9 10 8 10 7 10 6 10 5 10 4 fréquence (Hz) ultraviolet (UV) visible région visible 380 400 450 500 550 600 650 700 750 780 (nm) de détecter de nouveaux objets ou montré des objets déjà connus sous un autre jour. Cette capacité à scruter le ciel dans toutes les longueurs d’onde doit beaucoup à la mise en orbite de satellites voués à l’observation des astres, grâce auxquels il a été possible de s'affranchir de l’absorption atmosphérique. Aujour - d’hui, tous les domai nes de longueurs d’onde sont exploités en permanence et corrélés entre eux afin de mieux cerner les mécanismes physiques mis en jeu dans les objets observés. De plus, l’optique instrumentale a elle aussi vécu une révolution avec la cons - truction de télescopes géants aptes à collecter la très faible lumière en provenance des astres les plus lointains. Suite page 32 CLEFS CEA - N°58 - AUTOMNE 2009 31 ESO Figure 1. Spectre électromagnétique. Les ondes électromagnétiques se répartissent en familles de fréquences et de longueurs d'onde diverses.



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