Les astronomes se demandent depuis longtemps d'où proviennent les rayons cosmiques de haute énergie dans notre galaxie ? De nouvelles observations avec l'aide de l'observatoire Expérience Cherenkov sur l'eau à haute altitude (HAWC) a découvert un candidat presque impossible : sinon, un nuage moléculaire géant est un phénomène courant.
Les rayons cosmiques ne sont pas du tout des rayons, mais plutôt de minuscules particules qui traversent l'univers presque à la vitesse de la lumière. Ils peuvent être constitués d'électrons, de protons ou même d'ions d'éléments plus lourds. Ils sont créés dans toutes sortes de processus à haute énergie à travers le cosmos, des explosions de supernova aux fusions stellaires et même lorsqu'un trou noir aspire du gaz. Les rayons cosmiques se présentent sous une grande variété d'énergies et, d'une manière générale, les rayons cosmiques à haute énergie sont moins courants que leurs cousins à basse énergie. Ce rapport change très légèrement à une certaine énergie - 10 ^ 15 électron volts - qui s'appelle un "coude". L'électronvolt, ou eV, est simplement la façon dont les physiciens des particules aiment mesurer les niveaux d'énergie. À titre de comparaison, le collisionneur de particules le plus puissant sur Terre, le Large Hadron Collider, peut atteindre 13 × 10 ^ 12 eV, ce qui est souvent désigné par 13 téraélectron volts ou 13 TeV.
Les rayons cosmiques d'énergie supérieure à 10-15 eV sont beaucoup plus rares qu'on pourrait le penser. Cela a conduit les astronomes à croire que tous les rayons cosmiques à ce niveau d'énergie et au-dessus proviennent de l'extérieur de la galaxie, tandis que les processus de la Voie lactée sont capables de produire des rayons cosmiques jusqu'à 10-15 eV inclus. Tout ce qui crée ces rayons cosmiques sera dans la gamme "peta" et donc plus de 1000 XNUMX fois plus puissant que nos meilleurs accélérateurs de particules - les "pevatrons" naturels qui parcourent la galaxie.
La mission est simple : trouver la source des rayons cosmiques à l'échelle du PEV dans la Voie Lactée. Mais malgré leur énergie, il est difficile de déterminer leur origine. En effet, les rayons cosmiques sont constitués de particules chargées et les particules chargées voyageant dans l'espace interstellaire réagissent au champ magnétique de notre galaxie. Ainsi, lorsque vous voyez un rayon cosmique de haute énergie provenant d'une certaine direction dans le ciel, vous n'avez vraiment aucune idée d'où il vient réellement - sa trajectoire a été tordue et tordue lors de son voyage vers la Terre. Mais au lieu de rechercher directement les rayons cosmiques, nous pouvons rechercher leurs proches.
Lorsque les rayons cosmiques frappent accidentellement un nuage de gaz interstellaire, ils peuvent émettre des rayons gamma, une forme de rayonnement à haute énergie. Ces rayons gamma traversent la galaxie en ligne droite, ce qui nous permet de déterminer directement leur origine. Par conséquent, si nous voyons une forte source de rayons gamma, nous pouvons rechercher des sources proches de rayons cosmiques PEV.
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Cette méthode a été utilisée par un groupe de chercheurs utilisant le HAWC, qui est situé sur le volcan Sierra Negra dans le centre-sud du Mexique. HAWC "regarde" le ciel à côté de réservoirs remplis d'eau ultra-pure. Lorsque des particules ou des radiations à haute énergie frappent les réservoirs, elles émettent un flash de lumière bleue, permettant aux astronomes de suivre la source dans le ciel.
En détail dans un article récemment publié dans la revue arXiv, des astronomes ont identifié une source de rayons gamma dépassant 200 TeV qui ne peut être produite que par des rayons cosmiques encore plus puissants - le type de rayons cosmiques qui atteignent l'échelle PEV. La source, nommée HAWC J1825-134, est située approximativement vers le centre de la Galaxie. HAWC J1825-134 nous apparaît comme une tache lumineuse de rayons gamma éclairée par une source de rayons cosmiques inconnue - peut-être la source de rayons cosmiques connue la plus puissante de la Voie lactée.
Plusieurs suspects courants de sources de rayons cosmiques à haute énergie se trouvent à quelques milliers d'années-lumière de HAWC J1825-134, mais aucun d'entre eux ne peut facilement expliquer le signal. Par exemple, le centre galactique lui-même est un générateur connu de rayons cosmiques intenses, mais il est trop éloigné de HAWC J1825-134 pour être pertinent pour ces mesures. Il y a quelques restes de supernova, et les supernova sont sans aucun doute très puissantes. Mais toutes les supernovae dans la région de HAWC J1825-134 ont explosé il y a longtemps – il y a trop longtemps pour produire ces rayons cosmiques de haute énergie maintenant.
Les pulsars - les restes denses et en rotation rapide des noyaux d'étoiles massives - produisent également de grandes quantités de rayons cosmiques. Mais eux aussi sont trop éloignés de la source du rayonnement gamma - l'énergie des électrons et des protons provenant du pulsar - ils ne sont tout simplement pas assez élevés pour parcourir des milliers d'années-lumière jusqu'à l'endroit où le rayonnement gamma est émis.
Étonnamment, la source de ces rayons cosmiques record s'est avérée n'être autre qu'un nuage moléculaire géant. Ces nuages sont des créatures géantes et maladroites remplies de poussière et de gaz qui parcourent la galaxie. Parfois, ils se contractent et deviennent des étoiles, mais sinon, ils peuvent rester immobiles et lâches pendant des milliards d'années.
À l'intérieur du complexe nuageux se trouve un amas d'étoiles naissantes, mais même les jeunes étoiles les plus fantaisistes et les plus bruyantes ne sont pas considérées comme suffisamment puissantes pour lancer de tels rayons cosmiques. Les chercheurs eux-mêmes admettent qu'ils ne savent pas comment ce nuage le fait, mais d'une manière ou d'une autre, quand personne n'y prêtait attention, il a généré certaines des particules les plus puissantes de toute la galaxie.
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