Etude de l’Aluminium 26 Galactique avec INTEGRAL

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1 Etude de l’Aluminium 26 Galactique avec INTEGRAL
Patrick Sizun Service d’Astrophysique, CEA

2 L’astronomie  nucléaire
Objectif : étudier la production de noyaux radioactifs émetteurs  dans les étoiles, les novae, les supernovae et le milieu interstellaire = un des buts majeurs d’INTEGRAL Les raies  résultent de la désexcitation de niveaux nucléaires excités peuplés par collision noyau-noyau dans le MIS (LiBeB) par désintégration d’un noyau radioactif fraîchement synthétisé et éjecté Processus non-thermiques (collisions en milieu de basse densité) VS processus thermiques (nucléosynthèse hydrostatique ou explosive). Etude de l’Aluminium 26 avec INTEGRAL

3 Emetteurs  d’intérêt astrophysique
Isotope  Chaîne de désintégration Energie raie [keV] Site astro-physique 7Be 77 j 7Be  7Li* 478 novae 56Ni 111 j 56Ni  56Co  56Fe + e+ 847, 1238 SN 57Co 390 j 57Co  57Fe* 14, 122 22Na 3,8 a 22Na  22Ne* + e+ 1275 44Ti 89 a 44Ti  44Sc*  44Ca* + e+ 68, 78, 1157 26Al 1,04 Ma 26Al  26Mg* + e+ 1809 SN, novae, WR, AGB 60Fe 2,0 Ma 60Fe  60Co* 1173, 1332 SN, WR, AGB e+ … 105 a e+ + e-  Ps  … 511, < 511 divers Un des objectifs majeurs de l’observatoire INTEGRAL est l’étude de la signature gamma des isotopes radioactifs synthétisés au sein des divers sites de nucléosynthèse et qui décroissent avec des demi-vies très variables. La cartographie des différentes raies et les rapports entre ces raies devraient permettre de mieux comprendre les mécanismes de nucléosynthèse dans les environnements concernés. Etude de l’Aluminium 26 avec INTEGRAL

4 Décroissance de l’Aluminium 26
+ 1,1297 MeV 1,04 Ma 2,938 MeV + , EC 1,8086 MeV La raie gamma principale de l’Al26 résulte de la décroissance de l’état fondamental de l’Al26 vers un état excité du Mg 26 qui se désexcite ensuite n émettant un photon à 1, 8086 MeV. Cette décroissance se produit majoritairement par désintégration beta +, avec une demie-vie de 1,04 million d’années. Elle est cependant concurrencée par la décroissance directe d’un état isomérique de l’Al 26 vers l’état fondamental du Mg 26. 6,36 s + Etude de l’Aluminium 26 avec INTEGRAL

5 Signature radioactive de la nucléosynthèse
Production d’éléments radioactifs dans des environnements souvent opaques Dissémination (vents ou explosion) des éléments et/ou dilution de la région d’émission Désintégration : émission ponctuelle ou diffuse Observation des  retardés (Galaxie transparente aux ) Pourquoi l’Aluminium 26 ?  ~ 1Ma  26Al trace une nucléosynthèse encore active un des seuls isotopes, avec 7Li, d’origine a priori plurielle Historique 1976, anomalie météorite d’Allende 1977, Ramaty et Lingenfelter 1984, HEAO-3 : 26Al = 1e détection de la radioactivité cosmique 1976 : observation d’un excès de Mg 26 dans la météorite d’Allende : Ramaty et Lingenfelter prédisent importance de la rai à 1,8 MeV. 1984, Mahoney et al. : indice clair présence Al 26 dans Galaxie. Etude de l’Aluminium 26 avec INTEGRAL

6 Synthèse de l’Aluminium 26
+ (p,) Le mécanisme principal de production d’Aluminium 26 en environnement astrophysique est la capture de proton par le Magnésium 25 : Mg25(p,g)Al26. Une production importante nécessite donc un environnement riche en protons et en Magnésium. (p,) Etude de l’Aluminium 26 avec INTEGRAL

7 Sites de production d’Aluminium 26 (1 / 2)
Mécanisme principal : Environnements riches en protons de T suffisante combustion hydrostatique de l’H noyau convectif d’H des étoiles massives couche/enveloppe d’H des étoiles de masse moyenne combustion explosive de l’H novae; intérêt d’une C.I. enrichie en 24Mg supernovae Environnements riches en Mg : couches C et Ne des étoiles massives, production hydrostatique ou explosive à T ~ 109 K rapide malgré faible abondance en protons mais production importante de neutrons  destruction et destruction favorisée par T Novae : ignition éphémère réactions de fusion à la surface d’une NB accrétante SN : Mg24(p,g)Al25(beta+)Mg25 favorisée par T  intérêt d’une CI enrichie en Mg24 Destruction par neutrons : Al26(n,p) et Al26(n,alpha) Etude de l’Aluminium 26 avec INTEGRAL

8 Sites de production d’Aluminium 26 (2 / 2)
Observation implique éjection 26Al avant destruction sites explosifs : novae supernovae objets à mélange interne (d’où milieu riche en protons et en Mg) et perte de masse importants étoiles Wolf-Rayet Luminous Blue Variables étoiles AGB Estimation théorique de la production dans les divers sites WR : étoiles massives à vent stellaire important ayant perdu leur atmosphère AGB : étoiles branche asymptotique des géantes Etude de l’Aluminium 26 avec INTEGRAL

9 Rappel : structure spirale de la Galaxie
longitude Galactique Soleil C.G. Etude de l’Aluminium 26 avec INTEGRAL

10 Etude de l’Aluminium 26 avec INTEGRAL
Compton GRO ( ) COMPTEL OSSE BATSE EGRET Etude de l’Aluminium 26 avec INTEGRAL

11 Carte COMPTEL de l’Aluminium 26 Galactique
bras d’Equi-Croix bras d’Ecu b l Voiles Carène Cygne Oberlack 1998 Etude de l’Aluminium 26 avec INTEGRAL

12 Conclusions de COMPTEL (1/2)
1,7 à 3 masses solaires Emission prononcée à 1,8 MeV le long du plan Galactique, ~ modèle de disque exponentiel 8 points chauds Exclut population vieille (novae et AGB de faible masse) comme source majeure (trop faible contribution individuelle) Point chaud  central décalé (l=2,0°, b=-1,5°)  étoiles massives SNII, WR et AGB massives Etude de l’Aluminium 26 avec INTEGRAL

13 Conclusions de COMPTEL (2/2)
3 points chauds = directions tangentes aux bras spiraux source d’26Al = régions de formation d’étoiles 4 autres points chauds 2nde composante ? -74° -50° 32° Etude de l’Aluminium 26 avec INTEGRAL

14 INTEGRAL, successeur de COMPTEL
Sensibilité (photons s-1cm-2) Energie (keV) T=10 3s 10 -6 -5 -4 100 1000 4 SPI IBIS OSSE COMPTEL 6 s Etude de l’Aluminium 26 avec INTEGRAL

15 Perspectives et conclusion
COMPTEL SPI IBIS résolution spectrale à 1,8 MeV 8 % 1,7 ‰ 9 % ? résolution angulaire 3,8  2,5  12 ’ Carte plus précise de la Galaxie Contribution relative des différents sites 60Fe/26Al  discrimination entre WR, SNII et AGB Décalage Doppler de la raie à 1,809 MeV ? Distance des « points chauds » Carte 3D du bras de la Carène Développement de nouvelles méthodes de traitement de l’émission diffuse adaptées à SPI en cours… Etude de l’Aluminium 26 avec INTEGRAL