Rayons cosmiques d'ultra-haute énergie : l'étau se resserre autour de leur source, encore non-identifée

DESY/Science Communication Lab

En 2017, l'identification d'un neutrino en provenance d'un blazar, trou noir supermassif au centre d'une galaxie très active, avait marqué un tournant dans l'astrophysique des hautes énergies. Aujourd'hui, les chercheurs à l'origine de ce précédent résultat confirment avec de nouveaux travaux que les noyaux actifs de galaxies sont bien des accélérateurs de particules naturels à l'origine de neutrinos. De quoi marquer une avancée vers la compréhension des rayons cosmiques de haute énergie.

Les , ces particules chargées qui voyagent à une vitesse proche de celle de la lumière depuis l'espace lointain, bombardent constamment la Terre. Depuis leur toute première observation en 1912 par le physicien Victor Franz Hess, effectuée depuis un ballon, nos connaissances sur ces particules extrêmement énergétiques se sont renforcées. Nous savons par exemple qu’on les trouve en très grande majorité sous la forme de noyaux d’hydrogène, l’élément le plus léger et le plus courant dans l’atmosphère. Mais aussi, moins fréquemment, sous forme de noyaux d’hélium et, plus rarement encore, de noyaux d’éléments plus lourds comme l’uranium.

Des monstres d'énergie à l'origine énigmatique

Nous savons également que l’énergie des rayons cosmiques va d’environ 1 GeV - l’équivalent de l’énergie produite par un accélérateur de particules relativement petit - à 108 TeV, autrement dit un million de fois l’énergie générée par les faisceaux du du Cern, le plus puissant accélérateur au monde. La source des rayons les moins énergétiques, aussi appelés rayons cosmiques primaires, nous est plus que familière : ils sont produits par le Soleil, et amenés sur Terre sous forme de vents solaires. Les rayons cosmiques de basse énergie sont de leur côté essentiellement associés aux supernovas et bulles de gaz. Mais l’origine des rayons les plus puissants, elle, reste à ce jour une énigme.

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Ces rayons cosmiques dits d'ultra-haute énergie posent en réalité tout un lot de questions aux astrophysiciens : comment en viennent-ils à atteindre de telles énergies ? Quels peuvent bien être les accélérateurs naturels qui les génèrent ? Et surtout, comment parvenir à remonter à leur source ? Malheureusement, il est impossible de simplement "retracer leur parcours" : faits de particules chargées, les champs magnétiques turbulents de notre galaxie n’ont eu de cesse de les dévier au cours de leur voyage jusqu’à nous.

Toutefois, une équipe de chercheurs menée par Sara Buson de la[...]

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