Revisiting the XMM-Newton Observations of the Galactic Microquasar SS 433: Implications for the Origin of the Ultrahigh-Energy Emission Detected by LHAASO
Cet article réanalyse les observations d'XMM-Newton de la microquasare SS 433 pour étudier son potentiel en tant que PeVatron galactique, concluant que bien qu'une composante électronique dure à proximité de la base des jets puisse expliquer l'émission à ultra-haute énergie de LHAASO sous des conditions de champ magnétique spécifiques, l'évolution spectrale observée et le rééclatissement en aval nécessitent une injection ou une réaccélération de particules supplémentaire au sein des jets.
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Imaginez l'univers comme un immense chantier de construction chaotique où des géants invisibles fracassent constamment des choses les unes contre les autres. Dans cet atelier cosmique, il existe des machines spéciales appelées « PeVatrons » qui agissent comme des accélérateurs de particules surpuissants. Leur travail consiste à prendre de minuscules particules invisibles et à les percuter jusqu'à ce qu'elles atteignent des énergies si élevées qu'elles font passer nos machines terrestres les plus puissantes pour des jouets. Les scientifiques traquent ces machines cosmiques depuis des décennies, car elles pourraient détenir le secret de l'origine des mystérieux « rayons cosmiques » qui pleuvent constamment sur nous. Habituellement, les scientifiques cherchent ces machines dans les décombres d'étoiles explosées, mais récemment, une nouvelle classe de suspects a émergé : les microquasars. Ce sont des paires d'étoiles (dont l'une est un trou noir) qui sont si affamées qu'elles dévorent leur voisine et recrachent deux jets de matière à grande vitesse, comme un tuyau d'arrosage de jardin cosmique poussé à la pression maximale. L'un des plus célèbres de ces systèmes est SS 433, un système qui intrigue les astronomes depuis des années. Récemment, un détecteur géant sur Terre appelé LHASO a repéré quelque chose d'incroyable provenant de SS 433 : des particules avec des énergies dépassant les 100 TeV. C'est la zone de l'« ultra-haute énergie », le genre d'énergie qui suggère que SS 433 pourrait être l'un de ces évanescents PeVatrons. Mais voici le hic : voir l'énergie est facile ; comprendre comment elle arrive est comme essayer de deviner la recette d'un gâteau rien qu'en goûtant les miettes.
Une équipe d'astronomes a décidé d'examiner de plus près SS 433 à l'aide d'un puissant télescope spatial appelé XMM-Newton, qui voit l'univers en rayons X. Considérez les rayons X comme la « signature thermique » de l'univers ; ils montrent où les électrons les plus énergiques s'agitent. L'équipe a cartographié les deux jets géants projetés hors du trou noir et la coque de gaz chaude et en expansion au nord du système. Ils voulaient voir si les électrons dans les jets étaient ceux qui créaient ces particules massives de 100 TeV, ou si autre chose se passait.
Ce qu'ils ont trouvé est une histoire de mystère cosmique avec un rebondissement. Lorsqu'ils ont examiné les jets, ils ont vu que les particules deviennent plus « froides » et moins énergétiques à mesure qu'elles s'éloignent du centre, ce qui est exactement ce que l'on attend si elles perdent simplement de l'énergie en s'envolant. Cependant, juste près de la base des jets, ils ont repéré un groupe d'électrons qui étaient incroyablement énergétiques — assez pour potentiellement créer ces particules de 100 TeV si les champs magnétiques dans les jets étaient parfaitement uniformes, comme une rivière calme et droite.
Mais l'univers fait rarement du « parfait ». L'équipe a lancé des simulations pour voir ce qui se passe si les champs magnétiques se comportent de manière plus réaliste, comme une rivière qui s'élargit et ralentit au fur et à mesure qu'elle coule. Dans ce scénario plus réaliste, le champ magnétique près de la base du jet serait beaucoup plus fort. Paradoxalement, ce champ fort agit comme un frein, faisant perdre leur énergie aux électrons de haute énergie si rapidement qu'ils ne peuvent pas produire les signaux massifs de 100 TeV que nous observons. C'est comme essayer de pousser une voiture en montée avec un pneu crevé ; le moteur (les électrons) est là, mais les conditions (le champ magnétique) empêchent d'atteindre le sommet.
L'équipe a également essayé d'expliquer les « nœuds » brillants ou les points de ré-éclatissement vus le long des jets. Ils ont testé une théorie où le champ magnétique devient soudainement plus fort à ces endroits, espérant que cela expliquerait la lumière supplémentaire. Mais les calculs ont montré que, bien que cela puisse rendre le point plus brillant pendant un instant, cela rendrait en réalité le reste du jet trop faible et les particules trop molles pour correspondre à ce que nous voyons. Cela suggère que les électrons ne sont pas seulement projetés depuis la base et laissés à refroidir ; ils doivent recevoir un second souffle, ou être « ré-accélérés », quelque part en cours de route.
Enfin, ils ont regardé la coque de gaz située au nord, un candidat potentiel pour un autre type d'accélérateur de particules. Ils ont vérifié si les ondes de choc de cette coque pouvaient être la source des particules de haute énergie. Cependant, leurs calculs ont montré que les électrons dans cette coque n'ont tout simplement pas le temps ou la puissance nécessaires pour atteindre les vitesses requises. Cela élimine efficacement la coque en tant que principal coupable des signaux de 100 TeV.
Alors, quel est le verdict ? L'article suggère que, bien que les jets de SS 433 fassent certainement quelque chose d'extraordinaire, l'idée simple selon laquelle ils sont la seule source des particules de 100 TeV est fragile. Les données actuelles en rayons X ne prouvent pas que les électrons dans les jets peuvent atteindre les énergies nécessaires, et les champs magnétiques font probablement obstacle. Les auteurs concluent qu'il y a probablement un ingrédient supplémentaire et caché dans le mélange — peut-être une seconde source d'accélération ou un type différent d'interaction de particules — que nous n'avons pas encore totalement élucidé. Jusqu'à ce que nous ayons des yeux plus aiguisés sur le ciel, SS 433 reste un puzzle fascinant et non résolu dans la recherche des accélérateurs les plus puissants de l'univers.
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