Dans une fusion étonnante de techniques anciennes et modernes, des chercheurs de l’Université de Kobe ont réussi à capturer l’image la plus précise jamais réalisée d’un faisceau de rayons gamma d’une étoile à neutrons, grâce à un ballon transportant une pile de films sensibles à la radioactivité. Cette découverte pourrait ouvrir de nouvelles perspectives dans l’étude des phénomènes stellaires.
Une méthode innovante pour capturer les rayons gamma
Les étoiles nous inondent de leur lumière à travers tout le spectre lumineux, de l’infrarouge aux rayons gamma. Pour chaque bande de ce spectre, un équipement de détection différent est nécessaire. Les rayons gamma, produits à haute énergie de la fission nucléaire, sont particulièrement difficiles à détecter en raison de leur très courte longueur d’onde qui ne leur permet pas d’interagir avec la matière de la même manière que les autres formes de lumière.
Face à ce défi, l’astrophysicien de l’Université de Kobe, AOKI Shigeki, et son équipe ont eu recours au tout premier matériau utilisé pour détecter la radioactivité : le film photographique.
« Notre groupe a mis l’accent sur l’excellente capacité du film émulsion à tracer les rayons gamma avec une grande précision et a proposé qu’il pourrait devenir un excellent télescope à rayons gamma en introduisant plusieurs caractéristiques modernes de capture et d’analyse de données », explique l’astrophysicien.
Des films, un ballon et un dispositif d’enregistrement du temps
Les chercheurs ont empilé plusieurs films photographiques pour capturer avec précision la trajectoire des particules produites par l’impact des rayons gamma. Pour réduire les interférences atmosphériques, ils ont monté cette pile de films sur un ballon d’observation scientifique, le hissant à une hauteur entre 35 et 40 kilomètres.
Cependant, le ballon étant soumis aux mouvements du vent, l’orientation du «télescope» n’est pas stable. Les chercheurs ont donc ajouté un ensemble de caméras pour enregistrer l’orientation de la nacelle par rapport aux étoiles à tout moment. Pour surmonter le problème de l’enregistrement du temps, ils ont fait bouger les trois couches inférieures de film à des vitesses régulières mais différentes, à la manière des aiguilles d’une horloge.
Une image inédite du pulsar de Vela
Les chercheurs ont publié la première image obtenue grâce à ce dispositif dans la revue The Astrophysical Journal. Il s’agit de l’image la plus précise jamais produite du pulsar de Vela, une étoile à neutrons en rotation rapide qui projette un faisceau de rayons gamma dans le ciel comme un phare dans la nuit.
« Nous avons capturé un total de plusieurs billions de traces avec une précision de 1/10 000 millimètres. En ajoutant des informations temporelles et en les combinant avec des informations de surveillance de l’attitude, nous avons pu déterminer ‘quand’ et ‘où’ les événements ont eu lieu avec une telle précision que la résolution obtenue était plus de 40 fois supérieure à celle des télescopes à rayons gamma conventionnels », résume Aoki Shigeki.
En synthèse
Cette nouvelle technique offre la possibilité de capturer plus de détails dans cette bande de fréquence de lumière que jamais auparavant.
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« Grâce à des expériences réalisées avec des ballons scientifiques, nous pouvons tenter de contribuer à de nombreux domaines de l’astrophysique, et en particulier à ouvrir la télescopie à rayons gamma à l’astronomie ‘multi-messager’ où des mesures simultanées du même événement capturées par différentes techniques sont requises », explique le chercheur de l’Université de Kobe.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce qu’un rayon gamma ?
Un rayon gamma est une forme de lumière ou de rayonnement électromagnétique de très haute énergie. Ils sont produits par des processus nucléaires et subatomiques tels que la fission nucléaire.
Qu’est-ce qu’une étoile à neutrons ?
Une étoile à neutrons est le résidu compact d’une étoile massive qui a explosé en supernova. Elle est principalement composée de neutrons, d’où son nom.
Qu’est-ce que le pulsar de Vela ?
Le pulsar de Vela est une étoile à neutrons qui a été découverte pour la première fois en 1968. Elle est connue pour sa rotation rapide et son faisceau de rayons gamma intense.
Comment les rayons gamma sont-ils détectés ?
Les rayons gamma sont généralement détectés à l’aide de détecteurs spécifiques qui peuvent mesurer leur énergie très élevée. Dans cette étude, les chercheurs ont utilisé une méthode innovante impliquant des films photographiques sensibles à la radioactivité.
Quelles sont les implications de cette découverte ?
Cette découverte pourrait ouvrir de nouvelles perspectives dans l’étude des phénomènes stellaires, en particulier dans le domaine de l’astronomie des rayons gamma.
Références
Article : « First emulsion γ-ray telescope imaging of the Vela pulsar by the GRAINE 2018 balloon-borne experiment » – DOI: 10.3847/1538-4357/ad0973
