Les photons de la plus haute énergie jamais détectés ont été retracés jusqu’à une source énigmatique

Elle a peut-être explosé il y a près de mille ans, mais la nébuleuse du Crabe continue de cracher des radiations à des énergies incroyablement élevées. En fait, les astronomes ont détecté des photons d’une énergie record provenant de l’objet, atteignant jusqu’à 450 billions d’électrons-volts.

Auparavant, le photon à la plus haute énergie jamais détectée était de 75 trillions d’électrons-volts, ou téraélectronvolts (TeV). C’est la première fois que les astronomes détectent des photons à haute énergie – appelés rayons gamma – de plus de 100 TeV.

La détection a été effectuée à ASgamma, une installation gérée conjointement par la Chine et le Japon au Tibet. En 2014, elle a été modernisée pour y ajouter des détecteurs Tcherenkov de muons dans les eaux souterraines ; depuis lors, ils ont effectué 24 détections de rayons gamma entre 100 et 450 TeV.

Pour le contexte, les particules du Soleil sont généralement inférieures à 1 milliard d’électronvolts, ou GeV.

“C’est le tout premier mais un grand pas en avant”, a déclaré le physicien Jing Huang de l’Académie chinoise des sciences. “Cela prouve que nos techniques ont bien fonctionné, et que les rayons gamma avec des énergies allant jusqu’à quelques centaines de TeV existent vraiment.”

Une fois retracés jusqu’à leur source, ces rayons gamma semblent pointer directement vers la nébuleuse du Crabe, un reste de supernova à 6 500 années-lumière de distance, avec les restes pulsés d’une étoile morte en son centre, le pulsar du Crabe.

Cet objet est l’une des étoiles mortes les plus célèbres de la Voie Lactée, car c’est la première fois qu’un reste de supernova – la nébuleuse elle-même – a été retracé aux observations historiques d’une supernova. En 1054 de notre ère, des astronomes chinois ont observé et enregistré l’étoile qui explosait et qui était assez brillante pour être vue pendant la journée.

Les astronomes ont également émis l’hypothèse que l’objet agit comme un accélérateur de particules beaucoup plus puissant que tout ce que nous pouvons construire sur Terre. Ces photons gamma récemment découverts pourraient en être la preuve.

Les astronomes croient que, lorsque le pulsar tourne à son incroyable vitesse d’une fois toutes les 33 millisecondes, il émet un vent stellaire de particules chargées, y compris d’électrons accélérés jusqu’à la plage de Petaelectronvolt (PeV) – c’est-à-dire mille billions d’électronvolts.

Selon les nouvelles recherches, ces électrons pourraient interagir avec le rayonnement de fond des micro-ondes cosmiques (CMB), le rayonnement résiduel du Big Bang qui imprègne l’Univers. En retour, les électrons PeV pourraient accélérer les photons CMB jusqu’à la gamme TeV, les envoyant caréner à travers l’Univers.

L’accélérateur de particules terrestre appelé Tevatron avait une énergie de collision pouvant atteindre 1 TeV (le LHC atteint 14 TeV). Le nom non officiel d’un accélérateur de la gamme PeV est donc PeVatron.

Lorsque les rayons gamma cosmiques arrivent sur Terre et entrent en collision avec l’atmosphère, ils créent une pluie de particules inoffensives. Ce sont ces particules que le détecteur de muons capte ; en analysant cette pluie de particules, les physiciens peuvent déterminer quel type de photon en est la cause et combien d’énergie il transporte.

Les résultats de ces 24 détections, selon les chercheurs, indiquent que la nébuleuse du Crabe pourrait être l’accélérateur naturel de particules le plus puissant de la Voie lactée.

Et cela pourrait améliorer notre compréhension des particules cosmiques à haute énergie et de leurs sources, et de leur puissance.

“Notre but”, dit Jing Huang, “est d’identifier un grand nombre de PeVatrons qui n’ont pas encore été découverts et qui sont censés produire les rayons cosmiques les plus énergétiques de notre galaxie.”

La recherche a été acceptée dans la revue Physical Review Letters et est disponible sur arXiv.

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Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche

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