Astronomie multimessager

L'astronomie multimessager est l'astronomie basée sur l'enregistrement et l'interprétation simultanés de divers signaux en provenance de l'espace. Les quatre signaux messagers sont : les rayonnements électromagnétiques, les ondes gravitationnelles, les rayonnements cosmiques et les particules, notamment les neutrinos, ainsi que les électrons, les protons, les neutrons, entre autres. Ils sont créés par différents processus astrophysiques, et permettent d'acquérir différentes informations sur les sources où ils se produisent.

On s'attend à ce que les principales sources multimessager, hors l'héliosphère, soient les paires binaires de trous-noirs et d'étoiles à neutron, les supernovas, les étoiles à neutron irrégulières, les sursauts gamma, les noyaux galactiques actifs et les jets relativistes[1],[2],[3]. Le Soleil est une importante source multimessager, envoyant en permanence des photons lumineux et des neutrinos, mais aussi de nombreuses particules énergétiques lors des éruptions solaires.

La détection d'un messager et l’absence de détection d'un autre peut aussi être utile[4].

Certains phénomènes sont plus faciles à observer au moyen d'un messager ou d'un autre, ainsi il est suspecté que les blazars tels que TXS0506+056 (qui représenteraient environ 5 % de tous les blazars) sont plus faciles à observer par les neutrinos émis que par les émissions de rayons gamma[5].

Réseaux


Le réseau d'observation astrophysique multimessager (AMON en anglais)[6] créé en 2013[7], est un ambitieux projet destiné à faciliter le partage des observations préliminaires et à encourager la recherche d'événements astrophysiques à la limite du bruit qui ne sont pas perceptibles par un instrument unique. Il est basé à l'Université d’État de Pennsylvanie.

Jalons
  • Années 1940: des rayons cosmiques sont identifiés comme provenant des éruptions solaires[8].
  • 1987 : la Supernova SN 1987A, qui est détectée pour la première fois avec un télescope optique, a également émis des neutrinos détectés par les observatoires de neutrinos Kamiokande-II, de la CSI et de Baksan.
  • En août 2017 : une collision d'étoiles à neutrons qui s'est produite dans la galaxie NGC 4993 donne lieu au signal d'onde gravitationnelle GW170817, qui a été observé par la collaboration LIGO/Virgo. Après 1,7 seconde, le sursaut gamma BSG 170817A a été observé par le Fermi Gamma-ray Space Telescope et INTEGRALE, et son homologue optique SSS17a a, lui, été détecté 11 heures plus tard, à l'Observatoire de Las campanas. Cette observation a été complétée par d'autres observations en optique par le télescope spatial Hubble et le Dark Energy Survey, en rayons ultraviolets et par le Swift Gamma-Ray Burst Mission, en rayons X par le Chandra X-ray Observatory et en radio par le Karl G. Jansky very large array. Ce fut le premier exemple d'une détection simultanée d'un évènement gravitationnel et de signaux électromagnétiques, marquant ainsi une avancée significative de l'astronomie multimessager[9]. L’absence d'observation de neutrinos est attribuée à la position fortement hors d'axe des jets[10]. Le 9 décembre 2017, les astronomes ont signalé un renfort des émissions de rayon X de GW170817/BSG 170817A/SSS17a[11],[12].
  • Septembre 2017: le 22 septembre, l'émission de neutrinos à très haute énergie (> 100 TeV) IceCube-170922A[13] a été enregistrée par la collaboration IceCube. Des détections de rayons gamma au-dessus de 100 MeV par le Fermi-LAT[14] et au-dessus de 100 GeV par le MAGIC[15] par la source blazar TXS 0506+056, compatible en position avec le signal d'IceCube, ont été annoncées. Le signal est compatible avec l'accélération à ultra-haute énergie de protons dans des blazar jets, produisant des pions neutres se décomposant en rayons gamma et des pions chargés se décomposant en neutrinos[16],[17].
  • Mars 2019 : une étude propose d'étudier les fusions d'étoiles à neutrons au moyen des photons ayant une énergie de 511 keV (résultant de la rencontre entre électron et positron), phénomène déjà observable grâce aux ondes gravitationnelles[18].

Références
  1. Imre Bartos et Marek Kowalski, Multimessenger Astronomy, IOP Publishing, (DOI 10.1088/978-0-7503-1369-8)
  2. Anna Franckowiak, « Multimessenger Astronomy with Neutrinos », Journal of Physics: Conference Series, vol. 888, no 012009,‎ (DOI 10.1088/1742-6596/888/1/012009)
  3. Marica Branchesi, « Multi-messenger astronomy: gravitational waves, neutrinos, photons, and cosmic rays », Journal of Physics: Conference Series, vol. 718, no 022004,‎ (DOI 10.1088/1742-6596/718/2/022004)
  4. J. Abadie, « Implications for the origins of GRB 051103 from the LIGO observations », The Astrophysical Journal, vol. 755, no 1,‎ (DOI 10.1088/0004-637X/755/1/2).
  5. (en) Francis Halzen, Ali Kheirandish, Thomas Weisgarber et Scott P. Wakely, « On the Neutrino Flares from the Direction of TXS 0506+056 », The Astrophysical Journal Letters, vol. 874, no 1,‎ (lire en ligne).
  6. AMON home page
  7. M.W.E. Smith et al., « The Astrophysical Multimessenger Observatory Network (AMON) », Astroparticle Physics, vol. 45,‎ , p. 56–70 (DOI 10.1016/j.astropartphys.2013.03.003, lire en ligne)
  8. Maurizio Spurio, Particles and Astrophysics : A Multi-Messenger Approach, Springer, , 491 p. (ISBN 978-3-319-08050-5, DOI 10.1007/978-3-319-08051-2), p. 46.
  9. Elizabeth Landau, Felicia Chou, Dewayne Washington et Molly Porter, « NASA Missions Catch First Light from a Gravitational-Wave Event », NASA,‎ (lire en ligne, consulté le )
  10. (en) A. Albert « Search for high-energy neutrinos from binary neutron star merger GW170817 with ANTARES, IceCube, and the Pierre Auger Observatory », {{{year}}}.
  11. Daryl Haggard, John J. Ruan, Melania Nynka, Vicky Kalogera et Phil Evans, « LIGO/Virgo GW170817: Brightening X-ray Emission from GW170817/GRB170817A/SSS17a - ATel #11041 », The Astronomer's Telegram,‎ (lire en ligne, consulté le )
  12. R. Margutti, W. Fong, T. Eftekharl, E. Alexander et R. Chornock, « LIGO/Virgo GW170817: Chandra X-ray brightening of the counterpart 108 days since merger - ATel #11037 », The Astronomer's Telegram,‎ (lire en ligne, consulté le )
  13. https://gcn.gsfc.nasa.gov/gcn/gcn3/21916.gcn3
  14. http://www.astronomerstelegram.org/?read=10791
  15. http://www.astronomerstelegram.org/?read=10817
  16. Alessandro De Angelis et Mario Pimenta, Introduction to particle and astroparticle physics : Multimessenger astronomy and its particle physics foundations, Second edition, Springer,
  17. (en) Francis Halzen, Ali Kheirandish, Thomas Weisgarber et Scott P. Wakely, « On the Neutrino Flares from the Direction of TXS 0506+056 », The Astrophysical Journal Letters, vol. 874, no 1,‎ (lire en ligne).
  18. (en) George M. Fuller, Alexander Kusenko, David Radice et Volodymyr Takhistov, « Positrons and 511 keV Radiation as Tracers of Recent Binary Neutron Star Mergers », Physical Review Letters, vol. 122,‎ (lire en ligne).

Liens externes
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