La cartographie la plus complète du ciel à très haute énergie jamais réalisée

L’émission de rayons gamma dans l’Univers provient de l’interaction de particules très énergétiques avec leur environnement, et révèle ainsi les sites cosmiques où ces particules sont accélérées. Doté de plus de 5000 sources, 4FGL est la cartographie la plus complète du ciel en rayons gamma réalisée à ce jour. Comptant environ 60% de nouvelles sources par rapport à l’édition précédente, elle montre une diversité encore plus riche de ces sites cosmiques d'accélération. Certains appartiennent à la Voie Lactée : pulsars (étoiles à neutrons en rotation rapide dont le faisceau balaye l’espace à la manière d’un phare), nébuleuses à vent de pulsars, restes de supernova, binaires X, amas globulaires. D’autres sont de nature extragalactique :  galaxies voisines, galaxies à sursauts de formation d’étoiles ou noyaux actifs de galaxie. La nature d‘une fraction notable des sources (25%) reste indéterminée. Le 4FGL a été réalisé avec une forte contribution française de la part du CENBG de l’IN2P3, responsable de l’identification des sources d’émission, et du DAp du CEA-Irfu, responsable de l’analyse. Ce catalogue du Fermi-LAT fournira des cibles de choix pour le futur observatoire Cherenkov Telecope Array (CTA) qui opèrera à encore plus haute énergie, et à la réalisation duquel l’IN2P3 participe fortement.

Publié conjointement, le catalogue 4LAC se concentre sur les noyaux actifs de galaxie et devient également le plus important établi à très haute énergie ; il a été produit par la même équipe au CENBG, en collaboration avec des membres de l’Agence Spatiale Italienne.

Les noyaux actifs de galaxie du 4LAC sont constitués d’un trou noir géant, dont la masse peut atteindre plusieurs milliards de masse solaire, entouré d’un disque de matière, cet ensemble produisant un puissant jet s’étendant à grande distance de la galaxie. Le jet peut être fortuitement orienté vers la Terre (phénomène de « blazars »), ce qui le rend visible à des distances considérables ; si le jet est orienté différemment, on parle alors de radiogalaxies, dont seules celles relativement proches sont détectables. Les blazars dominent le ciel extragalactique avec plus de 3000 objets présents dans le 4LAC, ce qui représente presque le double d’objets par rapport au catalogue antérieur. L’émission de ces blazars est très variable dans le temps : certains ont produit des éruptions spectaculaires les rendant les objets les plus brillants du ciel en rayons gamma bien qu’étant situés aux confins de l’Univers visible. Le plus lointain détecté est situé à plus de 12 milliards d’années-lumière.

Pour Benoît Lott, directeur de recherche au CENBG, la sortie conjointe des deux catalogues constitue une étape remarquable et va servir de référence à tout le domaine : « 4FGL et 4LAC représentent des ressources importantes pour la communauté scientifique dans la compréhension du ciel à très haute énergie. La mission Fermi a apporté des résultats au-delà de nos espérances ». Ce succès n’empêche pas les équipes de regarder au-delà : une nouvelle édition basée sur 10 ans de données est déjà en préparation.