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Les rayons gamma dissipent le brouillard intergalactique

L’observation, au moyen des télescopes H.E.S.S. installés en Namibie, des rayons gamma(1) émis par deux quasars a permis à des chercheurs du CNRS (IN2P3/INSU) et du CEA-Dapnia, dans le cadre de la collaboration H.E.S.S., de montrer que la quantité de lumière fossile de l’Univers étoilé, brouillard de photons dans lequel baigne l’Univers, est bien plus basse que celle admise jusqu’ici. Ce résultat, publié dans la revue Nature du 20 avril, est important pour la compréhension de la formation et de l’évolution des galaxies.

La lumière émise par tous les objets de l’Univers (étoiles, galaxies, quasars...) depuis sa naissance emplit l’espace intergalactique d’un « océan » de photons appelé « fond de lumière diffuse extragalactique ». La mesure directe de cette trace fossile de l’activité lumineuse de l’Univers est difficile car d’autres sources de lumière dominent (poussières chauffées du système solaire) et éblouissent les instruments. Les rayons gamma de très haute énergie offrent une méthode alternative pour sonder et mesurer de manière indirecte cette lumière diffuse extragalactique.

Un faisceau de rayons gamma issu d’une galaxie lointaine est atténué lors de son voyage vers la Terre, du fait des interactions avec les photons de la lumière diffuse. L’effet d’absorption atténue le spectre initial des rayons gamma, dont la partie la plus énergétique est préférentiellement absorbée. La mesure spectrale permet alors de mesurer la densité des photons diffus. La sensibilité inégalée des télescopes H.E.S.S. a permis de découvrir deux quasars, les plus lointains et les plus brillants connus à ce jour en émission gamma de très haute énergie. En mesurant les spectres en rayons gamma de ces quasars, avec les télescopes H.E.S.S., les astrophysiciens ont entrepris de mesurer la densité des photons diffus de l’Univers.

Illustration de l’effet de la lumière diffuse sur les rayons gamma provenant d’un quasar lointain, avant leur arrivée sur Terre. Copyrights Photothèque CNRS IN2P3

Les spectres gamma de ces quasars comportent trop de rayons gamma aux hautes énergies par rapport à la densité de lumière intergalactique attendue. La conclusion la plus vraisemblable est donc que le niveau de lumière fossile de l’Univers étoilé est significativement plus bas que ce que l’on pensait auparavant. L’univers est donc plus transparent aux rayons gamma que prévu, ce qui ouvre de nouvelles perspectives pour l’étude des sources gamma en dehors de notre Galaxie aux chercheurs de H.E.S.S..

Ces résultats permettent de proposer que la lumière diffuse extragalactique est simplement la somme de la lumière des galaxies normales (dénombrées par des télescopes optiques tels que Hubble), et qu’on peut exclure une contribution importante des toutes premières étoiles de l’Univers.

La collaboration H.E.S.S.

L’expérience H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic Sytem, système stéréoscopique de haute énergie) située en Namibie, dans le sud-ouest de l’Afrique, utilise quatre télescopes de 13m de diamètre qui forment actuellement le détecteur de rayonnement gamma de très haute énergie le plus sensible au monde.

Les télescopes H.E.S.S. sont le résultat de plusieurs années d’efforts d’ une collaboration internationale de plus de 100 scientifiques et ingénieurs en provenance d’Allemagne, France, Grande-Bretagne, Irlande, République tchèque, Arménie, Afrique du Sud et du pays hôte, la Namibie. L’instrument a été inauguré en septembre 2004 et les premières observations ont déjà permis de nombreuses découvertes importantes, dont la première image astronomique résolue d’un reste de supernova en rayons gamma de haute énergie.

Dossiers complets sur cette découverte :

- http://cdfinfo.in2p3.fr/Experiences/HESS/EBLPress/
- http://www.mpi-hd.mpg.de/hfm/HESS/public/PressRelease/EBLPress/
Notes :
1) Le rayonnement gamma est constitué de photons, comme la lumière visible ou le rayonnement X, mais il est beaucoup plus énergétique.

Références :
A low level of extragalactic background light as revealed by g-rays from blazers” Collaboration HESS, Nature, 20 avril 2006.

Contacts :
Michael Punch
T 01 44 27 15 45
punch@in2p3.fr

Luigi Constamante
T +49 6221 516470
Luigi.Costamante@mpi-hd.mpg.de

Presse :
CNRS
Delphine Kaczmarek
T 01 44 96 51 37
Delphine.kaczmarek@cnrs-dir.fr

CEA
Pascal Newton
T 01 40 56 20 97
Pascal.newton@cea.fr


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