Le rayon gamma hautement énergétique était plus puissant que n’importe quel accélérateur de particules sur Terre, ce qui laisse supposer l’existence de super-accélérateurs cosmiques appelés PeVatrons.

AUTEUR

BECKY FERREIRA

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POSTÉ LE

9 avril 2021

SOURCE

Vice

Quelque chose dans la Voie lactée émet des rafales d’énergie inexpliquées qui sont des centaines de fois plus puissantes que n’importe quel accélérateur de particules construit par l’homme sur Terre.

Aujourd’hui, à l’aide d’un énorme télescope situé à haute altitude au Tibet, les scientifiques ont découvert les exemples les plus énergétiques de ces rafales jamais détectés, ce qui pourrait aider à résoudre un mystère cosmique de longue date. Le rayon le plus énergétique détecté par l’équipe constitue un record mondial (enfin, techniquement, un record dans la galaxie) et représente le plus puissant accélérateur de particules jamais observé, qu’il soit naturel ou créé par des scientifiques.

Depuis des décennies, les scientifiques sont impressionnés par les traînées diffuses de rayons gamma énergétiques aux origines mystérieuses. Les théories suggèrent que ces rafales sont causées par des événements cataclysmiques, tels que l’explosion d’étoiles ou de matériaux éjectés par les forces de marée des trous noirs supermassifs. Ces explosions tumultueuses crachent des rayons cosmiques, qui sont des flux de protons et d’autres débris atomiques. Lorsque les rayons cosmiques à très haute énergie interagissent avec le gaz interstellaire d’une galaxie, ils déclenchent des réactions nucléaires qui produisent les sursauts gamma que les scientifiques observent depuis longtemps.

Grâce à l’amélioration constante des observatoires qui se concentrent sur l’univers à haute énergie, ces sursauts gamma diffus ont été détectés à des énergies de plus en plus élevées. Cette semaine a marqué un nouveau record dans cet effort : Des scientifiques ont rapporté « pour la première fois la détection tant attendue de rayons gamma diffus d’une énergie comprise entre 100 TeV et 1 PeV dans le disque galactique », selon une étude publiée lundi dans Physical Review Letters.

Pour mettre cela en perspective, l’accélérateur de particules le plus puissant de la planète, le Grand collisionneur de hadrons du CERN à Genève, émet des faisceaux de 6,5 téraélectronvolts (TeV). L’explosion de rayons gamma la plus énergique observée dans la nouvelle étude a atteint le chiffre étonnant de 957 TeV. Ces résultats laissent entrevoir l’existence de ce que l’on appelle les « PeVatrons », des super-accélérateurs de particules cosmiques d’origine inconnue qui pourraient produire des sursauts énergétiques dépassant 1 PeV, une valeur 1 000 fois plus énergétique qu’un TeV.

La nouvelle étude décrit les rayons gamma de très haute énergie observés avec l’expérience Tibet ASγ, un réseau sur le plateau tibétain qui couvre près d’un kilomètre carré et qui comprend des détecteurs de particules souterrains. Vingt-trois des rayons gamma diffus étaient supérieurs à 398 TeV et celui qui a approché 1 PeV était plus de deux fois plus énergétique que le précédent détenteur du record.

La collaboration ASγ du Tibet est parvenue à retrouver la source de ce rayon gamma désormais disparu dans la nébuleuse du Crabe, qui est le vestige gazeux d’une supernova. Cependant, ce cas était exceptionnel ; en général, il est difficile de déterminer la cause exacte de ces sources lumineuses énergétiques.

Les rayons cosmiques à ultra-haute énergie sont chargés, ce qui les rend vulnérables à l’influence des différents champs magnétiques de la galaxie. Une fois que les rayons cosmiques se transforment en rayons gamma, leur parcours à travers la Voie lactée devient plus direct, mais à ce stade, il est difficile de suivre leurs traces jusqu’à une source.

Pour compliquer encore les choses, il est probable que de nombreux PeVatrons spéculatifs n’existent même plus. La collaboration Tibet ASγ prévoit de poursuivre cette étude en cherchant à savoir si l’un des accélérateurs recherchés depuis longtemps et à l’origine des sursauts observés est toujours en vie et émet des rayons cosmiques, ou si ses traces se sont définitivement effacées.

« Des PeVatrons morts, qui ont disparu comme les dinosaures, nous ne pouvons voir que l’empreinte – les rayons cosmiques qu’ils ont produits pendant quelques millions d’années, répartis sur le disque galactique », a déclaré dans un communiqué Masato Takita, coauteur de l’étude et professeur à l’Institut de recherche sur les rayons cosmiques de l’Université de Tokyo.

« Mais si nous pouvons localiser de vrais PeVatrons actifs, nous pourrons étudier beaucoup plus de questions », a-t-il ajouté.