Une source au TeV

Sur la carte en significativité de la figure 3.1 obtenue avec plus de 250 h de données de H.E.S.S. (Abramowski et al., 2017), sont visibles les deux sources les plus brillantes au TeV du centre Galac-tique : la source centrale HESS J1745-290 et HESS J1747-281 qui est en coïncidence avec la source G0.9+0.1 (Aharonian et al., 2005), qui est un reste de supernova composite (c’est une nébuleuse jeune de Pulsar auquelle est associé un reste de supernova).

(a)

Figure 3.1 – Image de la région du Centre Galactique en coordonnées Galactiques de l’émission γ de très haute énergie observée avec le télescope H.E.S.S., dont le lissage est effectuée avec la PSF de H.E.S.S. Crédit : Abramowski et al. (2017)

La région du centre Galactique a été observée à de multiples reprises par H.E.S.S. depuis 2004. Dès 2004, une source ponctuelle HESS J1745-290 a été détectée à une position compatible avec Sgr A^? et Sgr A Est (Aharonian et al., 2004a). L’analyse spectrale montre rapidement une incompa-tibilité avec les modèles de matière noire (Aharonian et al., 2004a). D’autre part malgré un suivi sur plusieurs années et en utilisant plus de 90 heures de données, aucune variabilité n’a été dé-tectée (Aharonian et al., 2009). Aucun changement significatif de l’indice spectral avec le temps sur l’ensemble des observations n’a été observé. De plus contrairement aux contreparties radiatives

3.1. UNE SOURCE PONCTUELLE AU CENTRE GALACTIQUE

en rayon X et infrarouge de Sgr A? pour lesquelles des éruptions ainsi que des oscillations quasi périodiques de l’émission sont observées (chapitre 1), l’émissionγ de très haute énergie ne présente aucune variation temporelle significative.

Depuis, Acero et al. (2010) ont évalué une nouvelle mesure de la position de HESS J1745-290 en améliorant l’erreur sur la précision du pointé (cercle blanc continu sur la figure 3.2.a). L’erreur est maintenant de 13 secondes d’arc. Cette source n’est pas résolue pas H.E.S.S. et est donc compatible avec une source ponctuelle. En supposant une morphologie gaussienne pour sa dimension spatiale, il est possible de poser une limite supérieure sur son extension estimée à 1.3 minute d’arc par Acero et al. (2010) (le cercle pointillé blanc donne l’intervalle de confiance à 95 %). Cette mesure exclue Sgr A Est (dont l’émission radio est représentée par un contour noir) comme contrepartie possible pour HESS J1745-290. La question de son extension reste une question majeure afin de comprendre son origine mais elle est difficile à extraire en raison de l’émission diffuse sous-jacente. Deux candidats sont toujours en coïncidence spatiale avec cette source : le trou noir central Sgr A^? (grande croix noire) à 8 secondes d’arc de la source et la Nébuleuse de Pulsar G359.95-0.04 (triangle noir) (Wang et al., 2006). Le spectre de cette source présente une coupure exponentielle significative. En supposant cette forme spectrale, Aharonian et al. (2009) en déduisent un indice spectral Γ = 2.10±0.04stat±0.10systet un flux à 1 TeV deφ₀ = (2.55±0.07stat±0.40syst)×10⁻¹²TeV⁻¹cm⁻²s⁻¹. L’énergie de coupure exponentielle est trouvée à 15.7± 3.4stat± 2.5syst TeV et elle est toujours présente dans le spectre plus récent présenté par Abramowski et al. (2016) obtenu avec environ 220 heures d’observation (points verts de la figure 3.2.b). Cette coupure dans le spectreγ peut être liée par exemple à une énergie maximale des particules accélérées dans l’environnement proche de la source, à un effet de propagation des particules dû à la compétition entre l’injection et l’échappement dépendant de l’énergie ou à l’absorption des photonsγ par un champ de rayonnement autour de la source comme proposé par Abramowski et al. (2016) avec un champ de rayonnement infrarouge.

Pour les deux autres instruments actuels observant le ciel à très haute énergie, le centre Galac-tique est situé beaucoup plus bas sur l’horizon. Les observations de cette région sont donc assez difficiles. Le nombre d’heures d’observation dont ils disposent actuellement est équivalent à celui dont nous disposions avec H.E.S.S. en 2006. Avec seulement 24 heures de données l’instrument MA-GIC confirmait dès 2006 les résultats de H.E.S.S. (Albert et al., 2006) et en particulier le spectre assez dur de la source présentant un indice spectral Γ = 2.2. L’instrument VERITAS révélait en 2011 (Beilicke et al., 2011) avec 15 heures de données une détection à plus de 10σ. En utilisant 3 ans d’observation entre 2010 et 2012 équivalent à environ 45 heures de données, Archer et al. (2014) confirment cette détection et extraient un spectre compatible avec celui de H.E.S.S (figure 3.2.b). Avec deux ans de données supplémentaires, ils confirment une coupure spectrale significative autour de 12.1 TeV. Depuis leur première confirmation d’un excès en direction du GC, avec environ 70 heures d’observations entre les années 2012 et 2015, la collaboration MAGIC trouvent des résultats compatibles avec ceux de H.E.S.S. et VERITAS dans un intervalle de confiance à 1σ (Ahnen et al., 2016) (figure 3.2.b). Ces deux instruments ne détectent par ailleurs aucune variabilité de l’émission. L’ajout d’un cinquième télescope au centre du réseau H.E.S.S. (chapitre 5) a permis de des-cendre le seuil en énergie de l’instrument à 50 GeV (points bleus de la figure 3.2.c) et d’avoir un recouvrement avec les données de Fermi présenté dans la section suivante. La pente extraite pour le spectre de HESS J1745-290 à plus basse énergie est continue, aucune cassure n’est observée. De plus, il est en bon raccord avec la source 3FGL J1745.6-2859c du troisième catalogue du Fermi/LAT associée à Sgr A^? mais au regard de la complexité de l’étude de l’émission au GeV de cette région, il n’est pas possible de conclure sur la forme exacte de la distribution en énergie de cette source centrale.

(a)

3.1. UNE SOURCE PONCTUELLE AU CENTRE GALACTIQUE

H.E.S.S. Preliminary

(c)

Figure 3.2 – (a) Carte des 20 pc centraux autour du Centre Galactique en radio à 90 cm par le télescope VLA. L’émission radio de Sgr A Est est représentée par les niveaux de gris et les contours noirs. La croix noire représente la position de Sgr A^?et le triangle noir la position du pulsar G359.95-0.04. Le cercle blanc en trait plein représente la nouvelle position de HESS J1745-290 et le cercle pointillé son ancienne. Le cercle pointillé blanc extérieur donne l’intervalle de confiance à 95% sur la limite supérieure de son extension. Crédits : Acero et al. (2010) (b) Spectre de la source ponctuelle à très haute énergie au GC observée par H.E.S.S., VERITAS et MAGIC. Crédits : Ahnen et al. (2016) (c) Spectre combiné de la source au centre avec les données du Fermi/LAT (Malyshev et al., 2015) (points violets) et (Acero et al., 2015) (points rouges) et de H.E.S.S. en utilisant uniquement les données du réseau H.E.S.S. I par Abramowski et al. (2016) et en utilisant les données de la phase H.E.S.S. II avec l’ajout d’un cinquième télescope au centre (points bleus). Crédits : Parsons et al. (2016).