Un deuxième rayon cosmique de très haute énergie a été capturé, mais sa source reste un mystère
Un puissant télescope conçu pour détecter les rayons cosmiques a réussi à étonner les scientifiques pour la deuxième fois, en capturant un autre des phénomènes les plus énergétiques jamais observés. Découvrons-en plus.
Telescope Array capte un autre super faisceau cosmique
telescopearray
Telescope Array est un projet issu de la collaboration entre différents organismes et universités aux États-Unis, en Russie, en Corée, au Japon et en Belgique. Comme indiqué sur le site web, « l'expérience est conçue pour observer les gerbes atmosphériques induites par les rayons cosmiques d'une énergie extrêmement élevée. Elle le fait en utilisant une combinaison de techniques de fluorescence aérienne et de réseaux de scintillateurs de surface. Le réseau de détecteurs de scintillations en surface échantillonne l'empreinte de la gerbe d'air lorsqu'elle atteint la surface terrestre, tandis que les télescopes à fluorescence mesurent la lumière scintillante générée lorsque la gerbe traverse le gaz de l'atmosphère ». Depuis 2007, le télescope collecte des données dans le désert du comté de Millard, dans l'Utah, aux États-Unis.
TALE, l'extension Telescope Array Low Energy, permet d'observer les rayons cosmiques avec des énergies plus élevées grâce à dix nouveaux télescopes « à grand angle d'élévation, avec une vision jusqu'à 72°, à l'une des stations des télescopes et en ajoutant une série de détecteurs de scintillations en surface gradués ».
Après plus de trente ans depuis la découverte d'Oh-My-God, la particule d'une énergie extrêmement élevée détectée le 15 octobre 1991 qui a stupéfié les astronomes, les scientifiques ont observé un nouveau rayon cosmique extrêmement puissant dont ils ne parviennent pas à comprendre l'origine. La provenance de la particule venue de l'espace reste une énorme question, mais selon certains, elle pourrait résulter de phénomènes liés à la physique encore inconnus.
Amaterasu, le deuxième rayon cosmique le plus puissant enregistré
G. Pérez, IAC/Wikimedia commons - CC BY-SA 3.0
L'énergie du mystérieux rayon cosmique était de 240 exaélectronvolts, tout à fait similaire au seul rayon cosmique de cette puissance jamais enregistré, celui qui a été rebaptisé Oh-My-God, d'environ 320 EeV, supérieur à toute source d'énergie possible produite dans notre galaxie. Depuis lors, le Telescope Array a observé plus de trente rayons cosmiques d'une énergie extrêmement élevée, mais aucun n'approchant de sa puissance. Du moins jusqu'à présent. Clancy James, astronome à l'Université Curtin en Australie, a déclaré : « C'est étonnant, car nous devons réfléchir à ce qui pourrait produire une telle énergie. »
Il n'y a pas encore de réponse à cette question. Le terme "rayon cosmique" fait référence à une particule subatomique à haute énergie, généralement un proton, capable de voyager dans l'espace à la même vitesse que la lumière, ou presque. Leurs niveaux d'énergie dépassent un EeV, ce qui signifie qu'ils sont environ un million de fois plus intenses que ceux atteignables par les accélérateurs de particules créés par l'homme. C'est pourquoi les rayons dépassant 100 EeV sont rarement observables, moins d'un rayon atteignant chaque kilomètre carré de notre planète en un siècle.
Le 27 mai 2021, Toshihiro Fujii, astronome à l'Université métropolitaine d'Osaka, au Japon, a détecté des signaux inhabituels lors d'une vérification de routine des données sur le détecteur de rayons cosmiques du Telescope Array. Ces signaux semblaient indiquer que les détecteurs des structures avaient été perturbés par une énergie incroyablement puissante, au point de faire croire à Fujii qu'il s'agissait d'une erreur. « Je pensais qu'il y avait une sorte d'erreur ou de bug dans le logiciel. J'ai été vraiment surpris », a-t-il déclaré, lorsqu'il a réalisé que les mesures étaient compatibles avec celles produites par les rayons cosmiques. La nouvelle particule, sœur de Oh-My-God, a été baptisée Amaterasu, empruntant son nom à une déesse japonaise du soleil.
D'où vient ce rayon cosmique de très haute énergie ?
OSAKA METROPOLITAN UNIVERSITY/L-INSIGHT, KYOTO UNIVERSITY/RYUUNOSUKE TAKESHIGE
Cependant, en essayant d'identifier la source de la particule, Fujii et ses collègues n'ont pas réussi à comprendre son origine. Ces rayons cosmiques de haute énergie ont généralement tendance à voyager dans l'espace de manière relativement fluide, sans rebondir violemment sur les champs magnétiques comme le font ceux de basse énergie. Si cela avait été le cas, il aurait été beaucoup plus facile de remonter à la source, que ce soit un trou noir, une galaxie ou une explosion stellaire.
L'équipe a calculé que la source d'Amaterasu est probablement une région vide de l'espace, où se trouvent peu de galaxies. Ainsi, ils ont essayé de la relier aux galaxies et aux corps célestes situés le long de son trajet d'arrivée, mais n'ont rien trouvé. « Il n'y avait rien », a expliqué Fujii. Une possibilité est que les modèles de calcul nécessitent des ajustements, ou que de tels rayons cosmiques puissants sont générés par des phénomènes physiques encore inconnus : dans ce cas, ils pourraient couvrir des distances beaucoup plus grandes que ce qui était précédemment pensé.
La prochaine étape pour Fujii et ses collègues sera de rendre le réseau de télescopes Telescope Array quatre fois plus sensible que sa conception initiale, afin d'observer un plus grand nombre de rayons cosmiques de très haute énergie et de réussir à identifier leurs sources. John Matthews, co-auteur de l'étude, a déclaré : « Les particules ont une énergie tellement élevée qu'elles ne devraient pas être influencées par les champs magnétiques galactiques et extragalactiques. Nous devrions être en mesure d'indiquer d'où elles proviennent dans le ciel, mais dans le cas de la particule Oh-My-God et de cette nouvelle particule, en traçant leur trajectoire jusqu'à la source, il n'y a rien d'assez énergétique pour les avoir produites. C'est le mystère : qu'est-ce qui se passe ? »
La mise à nibeau de Telescope Array pourrait peut-être enfin fournir une réponse.
