Rencontrez « Amaterasu » : les astronomes détectent le rayon cosmique le plus énergétique depuis 1991

Les astronomes impliqués dans l’expérience Telescope Array dans le désert occidental de l’Utah ont détecté un rayon cosmique à ultra haute énergie (UHECR) avec un niveau d’énergie énorme de 244 EeV, selon un nouvel article publié dans la revue Science. Il s’agit du rayon cosmique le plus énergétique détecté depuis 1991, lorsque les astronomes ont détecté la particule dite « Oh-My-God », avec des énergies encore plus impressionnantes de 320 EeV. Les astronomes ont surnommé ce dernier événement la particule « Amaterasu », d’après le On dit que la déesse du soleil shinto a créé le Japon. On pourrait même l’appeler la particule « Oh-ma-déesse ».

Les rayons cosmiques sont des particules subatomiques hautement énergétiques qui voyagent dans l’espace à une vitesse proche de celle de la lumière. Techniquement, un rayon cosmique n’est qu’un noyau atomique constitué d’un proton ou d’un amas de protons et de neutrons. La plupart proviennent du Soleil, mais d’autres proviennent d’objets extérieurs à notre système solaire. Lorsque ces rayons frappent l’atmosphère terrestre, ils se décomposent en gerbes d’autres particules (chargées positivement et négativement).

Ils ont été découverts pour la première fois en 1912 par le physicien autrichien Victor Hess via une série d’ascensions dans un ballon à hydrogène pour mesurer le rayonnement dans l’atmosphère avec un électroscope. Il a découvert que le taux d’ionisation était trois fois supérieur à celui du niveau de la mer, réfutant ainsi une théorie concurrente selon laquelle ce rayonnement provenait des roches de la Terre. Si vous avez déjà vu une chambre à nuages ​​dans un musée scientifique, les traces des rayons cosmiques ressemblent à de fines petites lignes blanches, semblables à de minuscules traînées de condensation.

Les rayons cosmiques existent dans une large gamme d’énergies, la moins énergétique étant la plus courante. Ce sont les rayons cosmiques détectés par Hess et ce sont les plus susceptibles d’apparaître dans une chambre à nuages ​​de musée. Il existe une limite théorique, proposée en 1965, à l’énergie d’un rayon cosmique : pas plus de 50 EeV provenant de plus de 300 millions d’années-lumière de la Terre. Cela est dû au rayonnement cosmique de fond micro-ondes, la rémanence du Big Bang qui imprègne l’univers, découvert en 1964. Tout rayon cosmique voyageant plus loin que cela serait détruit via des interactions avec le CMB avant d’atteindre les détecteurs de la Terre. Il est connu sous le nom de seuil GZK en hommage aux scientifiques qui l’ont proposé (Kenneth Greisin, Georgiy Zatsepin et Vadim Kuzmin).

La découverte en 1991 de la particule « Oh-My-God » a remis en question cette théorie dominante, frappant l’atmosphère terrestre à une vitesse très proche de celle de la lumière et se déplaçant apparemment depuis la direction de la constellation de Persée dans l’hémisphère Nord. Il transportait l’équivalent énergétique d’une boule de bowling lâchée à hauteur d’épaule, étroitement emballée dans une particule subatomique. Les astronomes n’ont pas vu d’équivalent depuis, bien qu’ils aient détecté des dizaines d’événements qualifiés d’UHECR au cours des décennies suivantes.

Mais quelle pourrait être la source de tels UHECR, capables d’accélérer les particules subatomiques à des vitesses aussi impressionnantes ? Même une supernova ne serait pas capable de faire cela. Une source possible est une onde de choc en expansion provenant d’une explosion à l’échelle cosmique (par exemple, un trou noir déchirant une étoile et produisant un jet massif de plasma) dans laquelle les particules traversent des champs magnétiques encore et encore et captent de l’énergie lorsqu’elles voyagent dans l’espace. . Un autre candidat est celui des noyaux galactiques actifs (AGN) généralement trouvés au centre des galaxies et supposés contenir un trou noir supermassif. Les AGN produisent de puissants jets de plasma surchauffé accompagnés d’ondes de choc.

D’autres suggestions incluent les sursauts gamma (eux-mêmes provenant d’une source inconnue) ou des régions intenses de formation d’étoiles connues sous le nom de galaxies à explosion. Le fait que les trajectoires des UHECR soient courbées par des champs magnétiques en route vers nos détecteurs sur Terre n’aide pas, ce qui rend difficile la reconstruction de l’itinéraire qu’ils ont parcouru et ainsi la localisation d’un point d’origine dans le ciel. Les astronomes pensaient avoir identifié quelques points chauds intrigants en 2017, l’un dans Centaurus A et l’autre dans une galaxie appelée M82 dans la constellation de la Grande Ourse. Mais la confiance dans l’ancien hotspot s’est affaiblie depuis 2019, car le nombre d’UHCER détectés à partir de là semble diminuer.