Une douzaine d’accélérateurs de particules à ultra haute énergie découverts dans la Voie lactée

Un mystère céleste vieux d’un siècle est sur le point d’être résolu alors que les chercheurs découvrent une douzaine d’accélérateurs de particules naturels ultra-puissants dans notre galaxie.

Les découvertes aident les astronomes à comprendre l’origine des rayons cosmiques – des particules chargées et des noyaux atomiques volant dans l’espace à une vitesse proche de la lumière et imprégnés de quantités d’énergie ahurissantes.

Découverts en 1912, les rayons cosmiques arrivent de presque toutes les directions de la Voie lactée, bien que les scientifiques n’aient pas encore déterminé exactement comment ils atteignent leurs vitesses ultra-rapides, selon la NASA.

De nombreux chercheurs soupçonnent que les rayons cosmiques sont projetés loin d’étoiles massives alors qu’elles meurent dans des explosions de supernova, a déclaré Siming Liu, un astrophysicien de l’Université Southwest Jiaotong à Chengdu, à 45Secondes.fr. Lors de tels événements, « les étoiles libèrent la même quantité d’énergie en deux mois que pendant toute leur vie », a-t-il ajouté.

En rapport: Les 12 objets les plus étranges de l’univers

Mais même une puissante explosion comme celle-ci est seulement capable de transmettre moins d’un péta-électron-volt (PeV), ou un quadrillion d’électrons-volts, aux rayons cosmiques, a déclaré Liu. Les observatoires ont capturé des rayons cosmiques à très haute énergie avec des énergies qui dépassent cela et, jusqu’à présent, personne n’a été en mesure de déterminer d’où ils proviennent dans l’univers.

La découverte des sources de rayons cosmiques a été difficile, car en tant qu’entités chargées, elles sont déviées par champs magnétiques, qui sont abondantes dans la Voie lactée, a déclaré Liu. Cela signifie un rayon cosmique capturé sur Terre ne pointera pas directement vers son point d’origine, a-t-il ajouté.

Mais en s’éloignant de leurs sources, les rayons cosmiques peuvent interagir avec les gaz environnants et générer rayons gamma avec un 10e de l’énergie du rayon cosmique. Ces rayons ne sont pas chargés et voyagent donc en ligne droite, offrant un moyen de découvrir d’où ils viennent.

Avec ses collègues, Liu a utilisé le grand observatoire chinois des douches d’air à haute altitude (LHAASO), une installation en construction au sommet de la montagne Haizi au bord du plateau tibétain dans la province du Sichuan, pour regarder indirectement la lumière gamma. Lorsque les rayons gamma frappent l’atmosphère terrestre, ils génèrent une pluie de particules qui peuvent être capturées dans les milliers de détecteurs de LHAASO, qui finiront par se propager sur une superficie de 0,4 mile carré (1 kilomètre carré), selon un communiqué de presse.

Bien que les données aient été prises avec seulement la moitié du réseau opérationnel, elles ont pu révéler une douzaine de sources – surnommées PeVatrons pour leur capacité à imprégner des particules subatomiques avec une énergie équivalant à des péta-électron-volts – partout dans la Voie lactée. Ces entités sont au moins 100 fois plus puissantes que le plus grand accélérateur de particules sur Terre, le grand collisionneur de hadrons.

L’équipe a également détecté le photon gamma le plus puissant, ou particule lumineuse jamais vu – un objet avec 1,4 PeV. Ils ont rapporté leurs découvertes le 17 mai dans le journal Nature.

Parmi les PeVatrons se trouvent des objets familiers, tels que la nébuleuse du crabe, qui est connue pour contenir une étoile morte connue sous le nom de pulsar qui est un suspect potentiel en tant qu’accélérateur des rayons cosmiques. Mais la liste comprend également une région active de formation d’étoiles dans la constellation du Cygne, laissant les chercheurs se gratter la tête sur ce qui y projette des particules aussi puissantes.

LHAASO n’est capable de localiser les sources PeVatron qu’à quelques dizaines ou centaines de Années lumière, Liu a dit, il est donc difficile de savoir exactement quels objets dans chaque région provoquent l’accélération.

Néanmoins, « c’est une étape majeure », a déclaré Razmik Mirzoyan, physicien des astroparticules à l’Institut Max Planck de physique en Allemagne, à 45Secondes.fr. LHAASO sera bientôt quatre fois plus grand que n’importe quel télescope précédent de ce type, ce qui lui permettra de débloquer une nouvelle ère d’observations à ultra haute énergie, a ajouté Mirzoyan.

Mirzoyan fait partie d’une collaboration qui construit une installation similaire dans l’hémisphère sud pour se concentrer sur des sources de rayons cosmiques à très haute énergie. En combinant les informations de cette installation avec les données des télescopes qui observent dans le spectre électromagnétique et ceux qui regardent neutrinos, il est possible que le domaine sache enfin d’où proviennent ces entités mystérieuses d’ici environ 10 ans, a-t-il déclaré.

Liu a convenu que les futures observations avec LHASSO et d’autres instruments devraient un jour aider à déterminer comment les rayons cosmiques atteignent des vitesses et des énergies aussi prodigieuses. « Nous espérons pouvoir résoudre ce problème », a-t-il déclaré. « Ces observations ouvrent la possibilité de répondre à cette question. »

Publié à l’origine sur 45Secondes.fr.

Note de l’éditeur: cette histoire a été mise à jour pour corriger l’affiliation de Liu; il travaille à l’Université Southwest Jiaotong de Chengdu, et non à l’Observatoire Purple Mountain à Nanjing.

Un mystère céleste vieux d’un siècle est sur le point d’être résolu alors que les chercheurs découvrent une douzaine d’accélérateurs de particules naturels ultra-puissants dans notre galaxie.

Les découvertes aident les astronomes à comprendre l’origine des rayons cosmiques – des particules chargées et des noyaux atomiques volant dans l’espace à une vitesse proche de la lumière et imprégnés de quantités d’énergie ahurissantes.

Découverts en 1912, les rayons cosmiques arrivent de presque toutes les directions de la Voie lactée, bien que les scientifiques n’aient pas encore déterminé exactement comment ils atteignent leurs vitesses ultra-rapides, selon la NASA.

De nombreux chercheurs soupçonnent que les rayons cosmiques sont projetés loin d’étoiles massives alors qu’elles meurent dans des explosions de supernova, a déclaré Siming Liu, un astrophysicien de l’Université Southwest Jiaotong à Chengdu, à 45Secondes.fr. Lors de tels événements, « les étoiles libèrent la même quantité d’énergie en deux mois que pendant toute leur vie », a-t-il ajouté.

En rapport: Les 12 objets les plus étranges de l’univers

Mais même une puissante explosion comme celle-ci est seulement capable de transmettre moins d’un péta-électron-volt (PeV), ou un quadrillion d’électrons-volts, aux rayons cosmiques, a déclaré Liu. Les observatoires ont capturé des rayons cosmiques à très haute énergie avec des énergies qui dépassent cela et, jusqu’à présent, personne n’a été en mesure de déterminer d’où ils proviennent dans l’univers.

La découverte des sources de rayons cosmiques a été difficile, car en tant qu’entités chargées, elles sont déviées par champs magnétiques, qui sont abondantes dans la Voie lactée, a déclaré Liu. Cela signifie un rayon cosmique capturé sur Terre ne pointera pas directement vers son point d’origine, a-t-il ajouté.

Mais en s’éloignant de leurs sources, les rayons cosmiques peuvent interagir avec les gaz environnants et générer rayons gamma avec un 10e de l’énergie du rayon cosmique. Ces rayons ne sont pas chargés et voyagent donc en ligne droite, offrant un moyen de découvrir d’où ils viennent.

Avec ses collègues, Liu a utilisé le grand observatoire chinois des douches d’air à haute altitude (LHAASO), une installation en construction au sommet de la montagne Haizi au bord du plateau tibétain dans la province du Sichuan, pour regarder indirectement la lumière gamma. Lorsque les rayons gamma frappent l’atmosphère terrestre, ils génèrent une pluie de particules qui peuvent être capturées dans les milliers de détecteurs de LHAASO, qui finiront par se propager sur une superficie de 0,4 mile carré (1 kilomètre carré), selon un communiqué de presse.

Bien que les données aient été prises avec seulement la moitié du réseau opérationnel, elles ont pu révéler une douzaine de sources – surnommées PeVatrons pour leur capacité à imprégner des particules subatomiques avec une énergie équivalant à des péta-électron-volts – partout dans la Voie lactée. Ces entités sont au moins 100 fois plus puissantes que le plus grand accélérateur de particules sur Terre, le grand collisionneur de hadrons.

L’équipe a également détecté le photon gamma le plus puissant, ou particule lumineuse jamais vu – un objet avec 1,4 PeV. Ils ont rapporté leurs découvertes le 17 mai dans le journal Nature.

Parmi les PeVatrons se trouvent des objets familiers, tels que la nébuleuse du crabe, qui est connue pour contenir une étoile morte connue sous le nom de pulsar qui est un suspect potentiel en tant qu’accélérateur des rayons cosmiques. Mais la liste comprend également une région active de formation d’étoiles dans la constellation du Cygne, laissant les chercheurs se gratter la tête sur ce qui y projette des particules aussi puissantes.

LHAASO n’est capable de localiser les sources PeVatron qu’à quelques dizaines ou centaines de Années lumière, Liu a dit, il est donc difficile de savoir exactement quels objets dans chaque région provoquent l’accélération.

Néanmoins, « c’est une étape majeure », a déclaré Razmik Mirzoyan, physicien des astroparticules à l’Institut Max Planck de physique en Allemagne, à 45Secondes.fr. LHAASO sera bientôt quatre fois plus grand que n’importe quel télescope précédent de ce type, ce qui lui permettra de débloquer une nouvelle ère d’observations à ultra haute énergie, a ajouté Mirzoyan.

Mirzoyan fait partie d’une collaboration qui construit une installation similaire dans l’hémisphère sud pour se concentrer sur des sources de rayons cosmiques à très haute énergie. En combinant les informations de cette installation avec les données des télescopes qui observent dans le spectre électromagnétique et ceux qui regardent neutrinos, il est possible que le domaine sache enfin d’où proviennent ces entités mystérieuses d’ici environ 10 ans, a-t-il déclaré.

Liu a convenu que les futures observations avec LHASSO et d’autres instruments devraient un jour aider à déterminer comment les rayons cosmiques atteignent des vitesses et des énergies aussi prodigieuses. « Nous espérons pouvoir résoudre ce problème », a-t-il déclaré. « Ces observations ouvrent la possibilité de répondre à cette question. »

Publié à l’origine sur 45Secondes.fr.

Note de l’éditeur: cette histoire a été mise à jour pour corriger l’affiliation de Liu; il travaille à l’Université Southwest Jiaotong de Chengdu, et non à l’Observatoire Purple Mountain à Nanjing.