les supernovae seraient des PeVatrons!

Comme on peut s’en rendre compte à la lecture du précédent article de Futura ci-dessous, cela fait un siècle que la noosphère a découvert l’existence des rayons cosmiques. Cela a permis de faire progresser notre connaissance des particules élémentaires et au passage de démontrer l’existence de l ‘antimatière avant que les particules exotiqueset à l’existence fugace mise en évidence dans les rayons cosmiques, ne soient fabriquées par des collisions de particules à des énergies de plus en plus hautes.

L’étude des rayons cosmiques se poursuit, déjà parce que certaines des particules présentes ont été accélérées à des énergies impossibles à attindre même avec de nos jours le LHC, mais aussi parce qu’elles nous renseignent sur des phénomènes astrophysiques. L’étude des neutrinos cosmiquespar exemple, peut nous aider à comprendre les noyaux actifs de galaxiesalimentés en energies par des trous noirs supermassifs en rotation accrétant de la matière.

Mais il ya un hic, comme l’expliquait déjà Futura. Les rayons cosmiques sont très majoritairement des particules chargées, ce qui veut dire que dans les champs magnétiques turbulents à intérieur des galaxies elles sont déviées par ces champs et s’y déplacent en effectuant un mouvement brownien et donc stochastique. En clair, the direction dont semble provir sur la voûte céleste un proton très énergétique, créant une gerbe de particules secondaires en entrant en collision avec un noyau de la haute atmosphèrepeut ne rien avoir à faire avec son lieu of origin sur la même voûte céleste.

Heureusement, les astrophysiciens sont malins et ils se sont dotés d’un outil et d’une stratégie leur permant de remonter à l’igine de certains de ces protons à haute énergie dans la Voie lactée. Ils viennent de publier à ce sujet un article dont on peut trouver une version en accès libre sur arXiv.

Des protons plus de 100 fois plus énergétiques qu’au LHC

Cet outil, c’est le télescope range in the space of the NASA baptisé Fermi, en l’honneur du célèbre physicien italien qui a proposé the premier des mécanismes d’accélération des rayons cosmiques, mécanismes que l’on trouve associés aux ondes de choc des explosions de supernovae dans le milieu interstellaire.

Il ya quelques années, comme l’expliquait en détail the article de Futura ci-dessous, les observations de Fermi concernant des restes de supernovae avaient déjà permis de conforter l’existence des mécanismes avancés pour les protons cosmiques, qui sont d’ailleurs the composer majeure des rayons cosmiques, même si on peut trouver des positrons et des noyaux.

Aujourd’hui, les astrophysiciens expliquent donc qu’ils ont mis à contribution de façon similaire environ 12 ans de mesures du flux range par Fermi concernant un reste de supernova et que ces mesures confirmaient qu’au moins ce reste-là était bien un accélérateur de protons permant de leur donner des énergies au moins égales au PeV, c’est-à-dire au moins 100 fois l’énergie d’un proton accéléré dans le LHC.

Ce reste de supernova, nommé G106.3 + 2.7, est donc un authentique PeVatrons et il se trouve dans la constellation de Céphée, une constellation circumpolaire de l ‘north hémisphèreà environ 2.600 années-lumière du Système solaire. Il contient en son cœur un pulsar dénommé J2229 + 6114 dont on a toutes les raisons de penser que comme tous les autres pulsars, il est une étoile à neutrons laissée par l’explosion d’une étoile à the origin du reste de supernova G106.3 + 2.7.

Les chercheurs ont établi le specter en énergie des photons range entre 100 GeV et 100 TeV in étudiant les women collectedées par Fermi. Ce specter n’est pas compatible with celui de photons range qui seraient majoritairement produits par des électrons de hautes énergies entrant en collision avec des photons du fossil rayonnement en leur cédant une partie de son énergie selon un effet Compton inverse (on sait que les pulsars sont des accélérateurs d’électrons et de positrons). S’il s’agissait d’électrons, cela entrerait en contradiction avec la forme du specter dans le domaine radio et X associé à G106.3 + 2.7.

Comme il ya quelques années, on aboutit donc à la conclusion que les photons gamma observés par Fermi proviennent de la désintégration de mésons π neutres, mésons π produits par des collisions faisant intervenir des protons à des énergies pouvant attindre et dépasser le PeV.

Origine des rayons cosmiques: Fermi confirms la piste des supernovae

Article de Laurrent Sacco, published on 18/02/2013

On le suppose depuis des décennies: au moins une partie des rayons cosmiques provient de mécanismes d’accélération des protons dans les restes de supernovae. Après des années d’observations dans le domaine des gamma rayons avec le télescope Fermi, les astrophysiciens viennent de confirmer l’existence de protons accélérés à de grandes vitesses dans deux restes de supernovae, IC 443 et W44.

In 1912, the physicien autrichien Victor Franz Hess découvre l’existence des rayons cosmiques. À l’aide d’expériences réalisées en balloonthe constate que le taux d ‘ions présents dans l’atmosphère augmente avec l’altitude alors que l’on imaginait jusque-là the inverse, puisque c’est la terrestrial croûte here abrite les éléments radioactifs. Ces mesures en altitude démontrent donc qu’il existe un rayonnement ionisant en provenance de l’Espace et frappant les hautes couches de l’atmosphère.

Dans les décennies qui suivirent, l’étude des rayons cosmiques permit de découvrir de nouvelles particules élémentaires, comme les pions et les muonsavant que l’on ne construise après the second world wars des accélérateurs suffisamment puissants pour les produire directement en laboratoire.

The doit exister des accélérateurs à particules dans d’espace

The question of the origin of ces rayons s’est bien sûr posée et, dès 1949, le grand physicien Enrico Fermi a proposé des mécanismes d’accélération des particules chargées dans des nuages ​​interstellaires magnétisés. Par la suite, on a généralement admis que les rayons cosmiques doivent probablement leur existence aux explosions de supernovae et que les mécanismes de Fermi, rassemblés sous le nom d’accélération de Fermi, doivent être à l’œuvre dans les restes de supernovae. En gros, des passages successifs des particules chargées à travers le front de l’onde de choc causée par l’explosion d’une supernova, en raison de mouvements browniens, peuvent parfois conduire à une nette accélération pour certaines d’entre elles.

Malheureusement, ces hypothèses sont difficulties à tester. Les rayons cosmiques sont constitués à 90% de protons, le reste étant des électrons et des noyaux. Ils subissent l’effet des champs magnétiques parfois turbulents lors de leurs déplacements dans la Voie lactée, ce qui a pour effet de rendre leurs trajectoires très complexes, un peu comme cells, there aussi, d’une particule suivant un mouvement brownien. Il est donc difficile d’associer une source précise sur la voûte céleste à des gerbes de particules secondaires, produites par des rayons cosmiques heurtant des noyaux de la haute atmosphère.

Deux restes de supernovae sous l’œil gamma de Fermi

An article récemment publié sur arxiv par les members of the Fermi collaboration, utilisant le télescope range portant le nom du grand physicien italien, vient pourtant d’apporter a significant contribution to the elucidation of the enigme of the origin of the rayons cosmiques. Pour cela, les chercheurs ont mis à profit le fait que les rayons range ne sont pas déviés par les champs magnétiques galactiques. En conséquence de quoi ils ont observé, sur une période de 4 ans, deux restes de supernovae, IC 443 et W44.

Cette vidéo explique pourquoi les observations de Fermi aident à percer the mystery of the origin of the rayons cosmiques. Pour obtenir une traduction en français asz fidèle, cliquez sur le rectangle avec deux barres horizontales en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître, si ce n’est pas déjà le cas. En passant simplement la souris sur le rectangle, vous devriez voir l’expression «Traduire les sous-titres». Cliquez pour faire apparaître le menu du choix de la langue, choisissez «français», puis cliquez sur «OK». © Nasa Explorer

Les ondes de choc associées aux explosions des deux supernovae ayant produit ces restes se propagent dans des nuages ​​moléculaires froids. The en résulte que des rayons range sont émis par ces nuages, visiblement bombardés par des particules énergétiques en provenance des restes de supernovae. Mais, problème, a priori, électrons et protons peuvent tous deux être responsables de ces émissions range. Yes elles sont dues à des électrons accélérés alors il ne faut pas chercher dans les restes de supernova les accélérateurs naturels de protons, lesquels constituent 90% des rayons cosmique comme on a dit.

The tests de la désintégration gamma des pions

Il ya toutefois un moyen de départager les hypothèses. Si les protons sont bien à l’igine des émissions gamma, une partie de leur specter doit être légèrement différente de celui que causeraient des électrons. La raison en est que les protons suffisamment énergétiques, lors de chocs avec des noyaux, produisent des pions neutres qui se désintègrent en photons gamma, alors que des électrons très rapides émettent directement ces photons. Les mesures précises réalisées avec Fermi ont fine par montrer que la trace des pions produisant les émissions range était bel et bien there. Les protons accélérés à de très grandes vitesses dans les restes de supernovae sont bien responsables du rayonnement gamma observée.

La thèse expliquant the origin of au moins une partie non négligeable des rayons cosmiques par des explosions de supernovae en sort donc très renforcée. L’énigme n’est malgré tout pas complètement résolue car il existe des rayons cosmiques à très hautes énergies qui ne peuvent pas s’expliquer en invoquant des restes de supernovae. On a tenté de faire intervenir des trous noirs supermassifs au cœur des galaxies, mais cette explication reste à ce jour problématique.