La mission Fermi crée un time-lapse de 14 ans du ciel à rayons gamma

Le cosmos prend vie dans un film accéléré entièrement réalisé à partir de 14 années de données acquises par le télescope spatial Fermi Gamma-ray de la NASA. Notre soleil, s'élevant occasionnellement, trace sereinement son chemin dans le ciel sur fond de sources de haute énergie au sein de notre galaxie et au-delà.

“La lueur brillante et constante des rayons gamma de la Voie lactée est ponctuée par des éruptions intenses, qui durent plusieurs jours, de jets à vitesse proche de la lumière propulsés par des trous noirs supermassifs au cœur de galaxies lointaines”, a déclaré Seth Digel, scientifique principal. au SLAC National Accelerator Laboratory à Menlo Park, en Californie, qui a créé les images. “Ces éruptions spectaculaires, qui peuvent apparaître n'importe où dans le ciel, se sont produites il y a des millions, voire des milliards d'années, et leur lumière atteint à peine Fermi sous nos yeux.”

Les rayons gamma sont la forme de lumière la plus énergétique. Le film montre l'intensité des rayons gamma avec des énergies supérieures à 200 millions d'électrons-volts détectés par le télescope à grande surface (LAT) de Fermi entre août 2008 et août 2022. À titre de comparaison, la lumière visible a des énergies comprises entre 2 et 3 électrons-volts. Des couleurs plus vives marquent les emplacements des sources de rayons gamma les plus intenses.

“L'une des premières choses qui frappe votre attention dans le film est une source qui trace un arc de cercle constant à travers l'écran. C'est notre soleil, dont le mouvement apparent reflète le mouvement orbital annuel de la Terre autour de lui”, a déclaré Judy Racusin, scientifique adjointe du projet Fermi, qui raconte un visite du film, au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland.

La plupart du temps, le LAT détecte faiblement le soleil grâce à des particules accélérées appelées rayons cosmiques, des noyaux atomiques se déplaçant à une vitesse proche de la vitesse de la lumière. Lorsqu'ils frappent le gaz solaire ou même la lumière qu'il émet, des rayons gamma en résultent. Parfois, cependant, le soleil s'éclaire soudainement grâce à de puissantes éruptions appelées éruptions solaires, qui peuvent brièvement faire de notre étoile l'une des sources de rayons gamma les plus brillantes du ciel.

Le film montre le ciel sous deux vues différentes. La vue rectangulaire montre le ciel entier avec le centre de notre galaxie au milieu. Cela met en évidence le plan central de la Voie lactée, qui brille sous les rayons gamma produits par les rayons cosmiques frappant les gaz interstellaires et la lumière des étoiles. Il est également parsemé de nombreuses autres sources, notamment des étoiles à neutrons et des restes de supernova. Au-dessus et au-dessous de cette bande centrale, nous regardons hors de notre galaxie et vers l'univers plus vaste, parsemé de sources lumineuses et changeant rapidement.

La plupart d’entre elles sont en réalité des galaxies lointaines, et elles sont mieux vues dans une vue différente centrée sur les pôles nord et sud de notre galaxie. Chacune de ces galaxies, appelées blazars, héberge un trou noir central d’une masse d’un million de soleils ou plus.

D'une manière ou d'une autre, les trous noirs produisent des jets de matière extrêmement rapides, et avec les blazars, nous regardons presque directement l'un de ces jets, une vue qui améliore leur luminosité et leur variabilité.

“Les variations nous indiquent que quelque chose a changé dans ces avions”, a déclaré Racusin. “Nous surveillons régulièrement ces sources et alertons d'autres télescopes, dans l'espace et au sol, lorsque quelque chose d'intéressant se produit. Nous devons être rapides pour capter ces éruptions avant qu'elles ne disparaissent, et plus nous pouvons collecter d'observations, mieux nous pourrons.” Je serai capable de comprendre ces événements.

Fermi joue un rôle clé dans le réseau croissant de missions travaillant ensemble pour capturer ces changements dans l'univers à mesure qu'ils se déroulent.

Beaucoup de ces galaxies sont extrêmement éloignées. Par exemple, la lumière d’un blazar connu sous le nom de 4C +21,35 voyage depuis 4,6 milliards d’années, ce qui signifie qu’une éruption que nous observons aujourd’hui s’est réellement produite alors que notre soleil et notre système solaire commençaient à se former. D’autres blazars brillants sont plus de deux fois plus éloignés et fournissent ensemble des instantanés saisissants de l’activité des trous noirs tout au long du temps cosmique.

De nombreux événements de courte durée étudiés par Fermi, tels que les sursauts gamma, les explosions cosmiques les plus puissantes, ne sont pas visibles dans le time-lapse. Ceci est le résultat du traitement des données sur plusieurs jours pour affiner les images.

Le concept du LAT a été inventé au SLAC, l'instrument a été assemblé et testé au SLAC, qui était également responsable de l'électronique et du logiciel de vol, et le SLAC continue de traiter les données nouvellement transmises plusieurs fois par jour.

Le télescope spatial Fermi Gamma-ray est un partenariat d'astrophysique et de physique des particules géré par Goddard. Fermi a été développé en collaboration avec le ministère américain de l'Énergie, avec d'importantes contributions d'institutions universitaires et de partenaires en France, en Allemagne, en Italie, au Japon, en Suède et aux États-Unis.