Les noyaux actifs sont des régions très compactes, mais extrêmement lumineuses, situées au coeur de certaines galaxies. On pense généralement qu’ils tirent leur puissance d’un trou noir central de plusieurs millions de masses solaires. De la matière constituée d’étoiles et de nuages de gaz spirale autour du trou noir en s’en approchant. Une fraction de cette matière finit par tomber dans le trou noir, une autre partie échappe à cette chute et est brutalement expulsée. Il en résulte deux jets de directions opposées, souvent plus grands que la galaxie toute entière, composés de particules se déplaçant à une vitesse proche de celle de la lumière. Les noyaux actifs, suivant l’angle sous lequel on les voit, présentent des caractéristiques très différentes. Les noyaux actifs les plus brillants aux très hautes énergies (THE), mais aussi les moins nombreux, sont ceux que l’on observe selon l’axe des jets. On appelle ces AGN des "blazars", d’après une contraction entre BL Lac et quasar. En effet, le protoype de ces objects est BL Lacertae. Les noyaux actifs, beaucoup plus nombreux, pour lesquels les jets sont vus de profil sont de puissants émetteurs d’ondes radio. C’est le cas de Centaurus A.

Figure 1 : Centaurus A vue en optique, en ondes submillimétriques (orange) et en rayons X (bleu). Crédits : ESO/WFI (optique) ; MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al. (submillimétrique) ; NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al. (rayons X). Cliquer sur l’image pour l’agrandir

Crédits : ESO/WFI (optique) ; MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al. (submillimétrique) ; NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al. (rayons X). Cliquer sur l’image pour l’agrandir

A ce jour, 25 sources situées hors de notre Galaxie sont connues pour émettre des rayons gamma THE. La grande majorité d’entre elles appartient à la classe des blazars, dont le jet pointe dans la direction de notre ligne de visée. Une forte amplification relativiste du flux observé résulte de cette orientation particulière : la source apparaît comme plus brillante et les photons émis semblent avoir une plus grande énergie qu’ils n’ont en réalité. La découverte d’une radiogalaxie par H.E.S.S. vient confirmer la possibilité de détecter des rayons gamma THE en provenance d’objets extragalactiques moins extrêmes que les blazars.

Figure 2 : Carte du ciel vue par H.E.S.S. en direction de Centaurus A. Le carré noir représente les dimensions de la figure 1 ci-dessus. Crédits : Collaboration H.E.S.S.

Crédits : Collaboration H.E.S.S.

Centaurus A, située à environ 12 millions d’années-lumière, est une des plus proches galaxies hébergeant un noyau actif. Ses jets couvrent une vaste région du ciel de dimension apparente dépassant 100 fois celle de la pleine Lune mais on ne les voit pas à l’oeil nu.

La proximité de Centaurus A en fait une cible idéale pour l’étude des propriétés des noyaux actifs : des composantes individuelles, comme les jets, peuvent être spatialement résolues et ont été cartographiées en particulier en radio, en optique et en rayons X. Centaurus A pourrait également être une source de rayons cosmiques d’ultra haute énergie, selon des observations récentes effectuées par l’Observatoire Pierre Auger. Malgré de nombreuses observations des noyaux actifs, beaucoup de leurs propriétés restent mal comprises, comme l’accélération de particules près du trou noir central ou encore la formation des jets. Leur observation en rayons gamma THE révèlent des informations cruciales sur l’accélération de la matière aux plus hautes énergies. Les rayons gamma THE se situent dans la partie extrême du spectre électromagnétique, bien au-delà des rayons X. Notre atmosphère est opaque à ces rayons gamma THE : ils sont absorbés lors de leur entrée dans l’atmosphère et créent une gerbe de particules élémentaires rapides. Lors de leur propagation dans l’atmosphère, ces particules produisent un faible flash très bref de lumière bleutée, le rayonnement Tcherenkov, que l’on sait exploiter en astronomie seulement depuis quelques années. L’expérience H.E.S.S., un réseau de télescopes situé en Namibie, a capturé de tels flashes en provenance de Centaurus A pendant plus de 100h entre 2004 et 2008, qui ont conduit à la détection de la source énergétique. L’image du cosmos vu aux très hautes énergies s’enrichit d’un nouveau type de sources extragalactiques, les radiogalaxies. Ces observations suggèrent que l’accélération de particules à de très hautes énergies (au-delà de 100 GeV, soit plus de 100 milliards d’électron-Volts), pourrait être un phénomène fréquent dans les noyaux actifs de galaxie et l’environnement des trous noirs massifs.

Référence Astrophysical Journal Letters, sous presse HESS, Aharonian et al. L’expérience H.E.S.S. | HESS-France

Contact Jean-Philippe Lenain, Catherine Boisson, María Clementina Medina, Fabrice Mottez, Hélène Sol, Andreas Zech (Observatoire de Paris, LUTH, CNRS)

Dernière modification le 22 février 2013

The active nuclei are compact regions, but extremely luminous, located in the heart of some galaxies. These objects are believed to be powered by a central supermassive black holes of several millions of solar masses. Some material is formed by stars and clouds of gas that spiral around the black hole while approaching it. A fraction of this matter eventually falls into the black hole, while another part escapes to the infall and is then brutally expelled. This outflow creates two jets of opposite directions, often larger than the whole host galaxy, and are compounded by particles traveling near the speed of light. AGN present very different properties depending on the viewing angle. The brightest active nuclei at VHE, least numerous, are seen with their jets pointing toward our line of sight. These AGN are called blazar, from a contraction of the words "BL Lac" and "quasar". Indeed, the prototype of these objects is BL Lacertae. The much more numerous active nuclei, for which the jets are viewed almost edge-on, are powerful radio emitters. Centaurus A is one of them.

Figure 1 : Centaurus A vue en optique, en ondes submillimétriques (orange) et en rayons X (bleu). Crédits : ESO/WFI (optique) ; MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al. (submillimétrique) ; NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al. (rayons X). Cliquer sur l’image pour l’agrandir

Credits : ESO/WFI (optical) ; MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al. (submillimetric) ; NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al. (X-rays). Click on the image to enlarge it

Until now, 25 sources outside our Galaxy are known to emit VHE gamma-rays. The majority of them belongs to the blazar class, which jets are closely aligned to our line of sight. This particular orientation leads to a relativistic boosting of the emission we detect : the source seems brighter and the emitted photons appear at higher energies. The H.E.S.S. discovery of this radio galaxy confirms the possibility to detect VHE gamma-rays from extragalactic objects less luminous than blazars.

Figure 2 : Carte du ciel vue par H.E.S.S. en direction de Centaurus A. Le carré noir représente les dimensions de la figure 1 ci-dessus. Crédits : Collaboration H.E.S.S.

Credits : H.E.S.S. Collaboration.

Centaurus A, which is located at 12 millions light-years, is one of the closest active galactic nuclei. Its jets cover a region of the sky larger than 100 times the size of the full moon, however they are not visible to the naked eye. Its proximity makes Centaurus A an ideal target to study the properties of active galactic nuclei : individual components, like the jet, can be spatially resolved in observations and have been particularly mapped in radio, optical, and X-rays. Centaurus A has also been discussed as a potential source for charged particles (cosmic rays) of the highest energies, which could be supported by recent observations made with the Pierre Auger Observatory. Even though a copious amount of data from active galactic nuclei exists, many of the basic processes, such as the particle acceleration near the black holes and the formation of the jets, are not yet well understood. Observations of AGNs using VHE gamma-rays yield crucial information on the acceleration of matter to the highest energies. The VHE gamma radiation lies at the most extreme part of the electromagnetic spectrum, far beyond the X-rays. Our atmosphere is opaque to those VHE gamma-rays : they get absorbed and create a short-lived shower of elementary particles. As these fast-moving particles rush through the atmosphere, they produce a faint flash of blue light, the Cherenkov radiation, which has been exploited in astronomy since only quite recently. The H.E.S.S. Experiment, an array of telescopes located in Namibia, captured these flashes from Centaurus A during more than 100 h between 2004 and 2008. The image of the cosmos as seen at VHE is becoming richer with the addition of a new type of extragalactic sources, the radiogalaxies. These observations suggest that the acceleration of particles to very high energies (above 100 GeV, i.e. more than 100 billion electron-Volts) could be a frequent phenomenon in active galactic nuclei and the environment of massive black holes.

Reference Astrophysical Journal Letters, sous presse HESS, Aharonian et al. The H.E.S.S. experiment | HESS-France

Contact Jean-Philippe Lenain, Catherine Boisson, María Clementina Medina, Fabrice Mottez, Hélène Sol, Andreas Zech (Observatoire de Paris, LUTH, CNRS)

Dernière modification le 4 mars 2013