Cygnus X-3 : une source de rayons gamma de haute énergie au

COMMUNIQUE DE PRESSE Vendredi 27 novembre 2009
Un microquasar émetteur gamma découvert dans notre Galaxie
Pour la première fois, une émission de rayons gamma de haute énergie en provenance
d’un microquasar a pu être observée avec certitude grâce au satellite Fermi de la
NASA. L’observation du microquasar Cygnus X-3 par les équipes françaises (CEA-
IRFU1, CNRS-INSU2 et CNRS-IN2P33, Université Paris Diderot - Paris 7, Université
Joseph Fourier – Grenoble 1) de la collaboration Fermi permet de mieux comprendre
le fonctionnement de ces sources particulières, capables de propulser dans le milieu
interstellaire l’équivalent de la masse de la Lune à une vitesse proche de celle de la
lumière. Cette étude fait l’objet d’une publication dans la revue Science Express du 26
novembre 2009.
Les microquasars sont des couples d’étoiles composés d’un objet compact (étoile à neutrons
ou trou noir) orbitant autour d'une étoile compagnon. Ces systèmes binaires sont également
le siège de jets de matière très énergétiques, propulsés à des vitesses proches de celles de
la lumière. Par illusion d’optique, ces projections, appelées « jets relativistes », paraissent
même parfois dépasser la vitesse de la lumière. A l’échelle miniature, ils semblent la réplique
exacte des quasars, cœurs de galaxies où de puissants jets sont propulsés par un trou noir
géant, d’où leur nom de « microquasars » 4. Relativement proches de nous, ces quasars
miniatures sont de parfaits laboratoires pour essayer de comprendre les phénomènes de jets
qui affectent aussi les galaxies. Si, jusqu’ici, les astrophysiciens soupçonnaient les
microquasars d’être des sources de rayons gamma de haute énergie, jamais ils n’avaient pu
observer avec certitude une telle émission. Les observations faites grâce au télescope Fermi
du microquasar Cygnus X-3, situé dans notre Galaxie à environ 20 000 années-lumière dans
la direction de la constellation du Cygne, changent désormais la donne. La signature gamma
du microquasar est cette fois-ci sans équivoque et clôt un débat ouvert dans les années 70.
Les observations sont formelles : « Trois preuves nous ont conduit à cette conclusion : la
coïncidence parfaite entre la source gamma détectée par Fermi et la position du microquasar
Cygnus X-3, la variation dans le temps de l’émission en fonction de l’orbite du système
binaire (période de 4.8 heures) et enfin la connexion entre l’activité gamma et celle des jets
relativistes observée par les radio-télescopes», explique Stéphane Corbel, professeur à
l’Université Paris Diderot et membre de l’Unité Mixte de Recherche AIM (Astrophysique
Interactions multi-échelles).
1Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l’Univers, Service d’Astrophysique.
2 Institut National des Sciences de l’Univers du CNRS. Laboratoires INSU impliqués dans l’exploitation de Fermi :
Laboratoire Astrophysique interactions multi-échelles (CEA, CNRS, Université Paris Diderot), Laboratoire
d’Astrophysique de Grenoble (CNRS, Université Joseph Fourier, Observatoire des Sciences de l’Univers de
Grenoble), Centre d’Etude Spatiale des rayonnements (CNRS, Université Paul Sabatier, Observatoire Midi-
Pyrénées)
3 Institut national de physique nucléaire et de physique des particules du CNRS. Laboratoires IN2P3 impliqués
dans Fermi : Centre d'études nucléaires de Bordeaux-Gradignan (CNRS, Université de Bordeaux 1), Laboratoire
Leprince-Ringuet (CNRS, École Polytechnique), Laboratoire de physique théorique et astroparticules (CNRS,
Université Montpellier 2), Centre de calcul de l’IN2P3 (CNRS)
4 Le premier de ces objets a été découvert au CEA en 1992 par Félix Mirabel et ses collaborateurs.

Les chercheurs ont pu en outre montrer la variabilité de l’émission gamma : celle-ci apparaît
juste avant une forte émission radio, signe de l’allumage des jets relativistes. Ces
observations apportent donc de toutes nouvelles perspectives pour comprendre
l’accélération des particules et la formation des jets relativistes.
« L’étoile compagnon du couple Cygnus X-3 est une étoile très massive (de type Wolf-Rayet)
qui perd continuellement une fraction importante de sa masse sous la forme d’un vent
intense. Il en résulte des densités de particules importantes très proches de l’objet compact.
De là peuvent naître des processus exotiques entraînant la production de neutrinos, ce qui
fait du microquasar Cygnus X-3 un objet de choix pour la détection de ces particules »,
explique Guillaume Dubus, du Laboratoire d’astrophysique de Grenoble (UJF/CNRS). La
quête va aussi se poursuivre dans le domaine des photons gamma de très haute énergie (>
TeV) avec les réseaux de télescopes au sol présents et futurs.
Vision d’artiste de Cygnus X-3 - Un objet compact
(trou noir ou étoile à neutrons) entouré d’un disque
d’accrétion orbite autour d’une étoile massive très
chaude.
Les rayons gamma (représentés en violet)
surviennent probablement lorsque les électrons qui
se déplacent au-dessus et en-dessous du disque
entrent en collision avec les rayons ultraviolets émis
par l’étoile. L'émission gamma varie le long de
l'orbite et est maximale lorsque le disque est situé
derrière l'étoile compagnon.
Crédit : Walt Feimer, NASA/Goddard Space Flight
Center
La source Cygnus X-3 détectée par le télescope LAT
(Large Area Telescope) à bord du satellite Fermi dans le
domaine d'énergie 200 MeV – 100 GeV. La position de
Cygnus X-3 est indiquée par un cercle.
Crédit : NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration
Publication :
« Modulated High-Energy γ -ray emission from the Microquasar Cygnus X-3 »
La collaboration Fermi LAT (CEA-IRFU, CNRS-INSU et CNRS-IN2P3, Université Paris Diderot -
Paris 7, Université Joseph Fourier)
Pour plus d’informations (images et animations)
http://irfu.cea.fr/Sap/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast.php?t=actu&id_ast=2695
http://www.nasa.gov/mission_pages/GLAST/news/fermi-cygnus.html
Contact chercheur : Guillaume Dubus, chargé de recherche CNRS au Laboratoire d’Astrophysique de
Grenoble (LAOG – CNRS/UJF) - [email protected] – 04 76 51 47 87