La collaboration LST publie son premier article scientifique avec les données du LST-1

Le 6 mars, la collaboration LST (pour Large-Size Telescope) a publié son premier article scientifique dans la revue Astronomy & Astrophysics. Il porte sur une étude multi-longueur d'onde de la source non identifiée de rayons gamma de très haute énergie connue sous le nom de LHAASO J2108+5157. Pour cette analyse, la collaboration LST a utilisé 49 heures de données obtenues avec le LST-1, le prototype du télescope de grande taille (LST) en cours de mise en service au CTAO-Nord à La Palma (Espagne). Bien que l'analyse n'ait abouti à aucune détection significative, l'approche multi-longueur d'onde, combinant les données du LST-1 et d'autres instruments, a permis à l'équipe de fixer des limites supérieures strictes sur l'émission de la source, ce qui contribue à éclaircir sa nature. 

En 2021, plusieurs nouvelles sources de rayons gamma d'ultra-haute énergie (UHE), capables d'émettre des rayons gamma à des énergies supérieures au pétaélectronvolt (PeV ; des milliers de billions de fois l'énergie de la lumière visible), ont été découvertes dans la Voie lactée par le « Large High Altitude Air Shower Observatory » (LHAASO). Il s'agit d'une avancée dans la recherche des PeVatrons, des sources énigmatiques de notre galaxie qui peuvent accélérer les rayons cosmiques jusqu'à des énergies de l'ordre du PeV et donner naissance à des rayons gamma aux énergies les plus élevées. Dans ce nouveau contexte, la collaboration LST a utilisé le LST-1 pour observer la source LHAASO J2108+5157, l'un des PeVatrons vus par LHAASO, de juin à septembre 2021 pour un total de 49 nuits. 

« Lorsque la collaboration LHAASO a découvert que notre galaxie hébergeait plusieurs PeVatrons, cela a été une énorme surprise - nous avons immédiatement décidé d'explorer ces sources et avons observé l'une d'entre elles avec le LST-1 pour trouver une contrepartie à des énergies plus basses », explique Jakub Jurysek, chercheur à l'institut de physique de l'Académie tchèque des sciences (FZU) et à l'Université de Genève, et chercheur principal de cette étude. « Nous n'avons pas pu confirmer une détection, mais nous avons pu fixer des limites strictes à l'émission de la source et, par conséquent, améliorer la compréhension de la nature de cet objet par rapport au scénario initialement supposé par la communauté scientifique ».

Même si une détection confirmée de l'émission de très haute énergie nécessiterait des observations plus approfondies, les données de LST-1, complétées par une étude multi-longueur d'onde utilisant les données publiques des satellites XMM-Newton et Fermi-LAT, fournissent déjà des informations importantes sur la source. Contrairement aux hypothèses précédentes, le faible champ magnétique et les propriétés spectrales obtenues par la collaboration LST sont compatibles avec l'hypothèse que la source est une nébuleuse de vent de pulsar ou un halo TeV qui peut accélérer les électrons à des énergies relativistes. Néanmoins, ce scénario est remis en cause par l'absence de pulsar connu dans les environs. Une autre hypothèse qui pourrait expliquer cette source non identifiée de rayons gamma à ultra haut énergie est que son émission est due à l'interaction entre le gaz des nuages moléculaires proches et les protons accélérés dans le passé par un reste de supernova, un vestige de la mort d'une étoile massive.

Malgré l'absence de détection significative, les résultats montrent l'extraordinaire niveau de performance du LST-1 et sa capacité à fournir des contraintes d'observation robustes pour tester les cadres théoriques, ce qui laisse présager les excellents résultats qui seront obtenus lorsque l'ensemble du réseau CTAO sera opérationnel.

En apprendre plus  propos du LST sur le site du CTAO (EN).