Le télescope LST-1 découvre le noyau actif de galaxie à très haute énergie le plus lointain

OP 313 est ce que l’on appelle un quasar radio à spectre plat (FSRQ en anglais), un type de noyau actif de galaxie (AGN). Il s’agit d’objets très lumineux que l’on trouve au centre de certaines galaxies, où un trou noir supermassif dévore la matière de son environnement, créant de puissants disques d’accrétion et des jets de particules relativistes.

Le LST-1 a observé cette source entre le 10 et le 14 décembre. Ces observations sont le fruit d’un suivi journalier par les équipes du LAPP des données du satellite Fermi-LAT. Les outils mis en place par le groupe du LAPP ont permis de détecter une activité inhabituellement élevée dans le domaine des rayons gamma de haute énergie, confirmée également dans le domaine optique par différents instruments. Avec seulement quatre jours de données, la collaboration LST a pu détecter la source au-dessus de 100 gigaélectronvolts (GeV), un niveau d’énergie un milliard de fois plus élevé que la lumière visible que l’homme peut percevoir.

Seuls neuf quasars sont connus à très haute énergie, et OP 313 est maintenant le dixième et c’est surtout la première détection par les LST-1. En général, les quasars sont plus difficiles à détecter à très haute énergie que les autres types d’AGN. Cela s’explique non seulement par le fait que la luminosité de leur disque d’accrétion affaiblit l’émission de rayons gamma, mais aussi par le fait qu’ils sont plus éloignés. Dans le cas présent, OP 313 est situé à un décalage vers le rouge de 0,997, soit à environ 8 milliards d’années-lumière, ce qui en fait l’AGN le plus lointain et la deuxième source la plus éloignée jamais détectée à de très hautes énergies.

Plus la source est éloignée, plus il est difficile de l’observer à de très hautes énergies en raison de ce que l’on appelle la lumière de fond extragalactique ou EBL (Extragalactic Background Light). Le bruit de fond extragalactique est la lumière collective émise par tous les objets situés en dehors de la Voie lactée, qui s’étend du visible à l’ultraviolet en passant par l’infrarouge. L’EBL interagit avec les rayons gamma de très haute énergie, atténuant leur flux et rendant ainsi leur observation difficile. Les caractéristiques du LST-1, avec une sensibilité optimisée pour la gamme des basses énergies de l’Observatoire CTA, entre 20 et 150 GeV, où les rayons gamma sont moins affectés par l’EBL, ont permis à la collaboration LST d’étendre l’étude de cette source à des dizaines de GeV pour la première fois.

La collaboration LST analysera les données prise avec le LST-1 et élargira l’analyse à différentes longueurs d’onde pour obtenir une analyse plus précise qui permettra aux scientifiques d’améliorer leur compréhension de l’EBL, d’étudier les champs magnétiques à l’intérieur de ce type de source ou d’approfondir nos connaissances de la physique intergalactique fondamentale.

Le groupe du LAPP, fortement impliqué dans cette découverte, continuera son travail sur les différentes alertes et les nouvelles possibilités de détections d’encore plus d’objets intéressants.

Le LST-1 est un prototype du télescope de grande taille pour l’Observatoire CTA, situé sur l’île de La Palma, en Espagne. La conception du télescope est optimisée pour l’observation des rayons gamma dans la plage de 20 GeV à 3 TeV. Le LAPP participe à la construction, mise en service et l’exploitation de ce télescope, ainsi qu’à l’observatoire CTA.