Qu'est-ce qui accélère les rayons cosmiques à presque la vitesse de la lumière? Les astronomes ont réfléchi à cette question pendant près de 100 ans, et maintenant de nouvelles preuves soutiennent une théorie tenue depuis deux décennies selon laquelle les rayons cosmiques sont probablement alimentés par des étoiles explosives et des vents stellaires. «Cette découverte est prévue depuis près de 20 ans, mais jusqu'à présent, aucun instrument n'était suffisamment sensible pour la voir», a déclaré Wystan Benbow, astrophysicien au Smithsonian Astrophysical Observatory, qui a coordonné ce projet pour le système de réseau de télescopes d'imagerie par rayonnement très énergétique (VERITAS). ) collaboration.
Il y a près de 100 ans, les scientifiques ont détecté les premiers signes de rayons cosmiques, qui ne sont en fait pas des rayons ou des faisceaux, mais des particules subatomiques (principalement des protons) qui traversent l'espace à presque la vitesse de la lumière. Les rayons cosmiques les plus énergiques frappent avec le coup de poing d'une balle rapide de 98 mph, même s'ils sont plus petits qu'un atome. Les astronomes se sont demandé quelle force naturelle pouvait accélérer les particules à une telle vitesse.
Les rayons cosmiques les plus rares transportent plus de 100 milliards de fois plus d'énergie que n'importe quel accélérateur de particules sur Terre. Les astronomes ont mis au point des méthodes ingénieuses pour détecter les rayons cosmiques qui frappent l'atmosphère terrestre. Cependant, la détection des rayons cosmiques à distance nécessite beaucoup plus d'efforts.
VERITAS a trouvé de nouvelles preuves de rayons cosmiques dans la «galaxie des cigares», également connue sous le nom de Messier 82 (M82), qui est située à 12 millions d'années-lumière de la Terre en direction de la constellation de la Grande Ourse, qui soutiennent fortement la longue tenue théorie selon laquelle les supernovae et les vents stellaires des étoiles massives sont les accélérateurs dominants des particules de rayons cosmiques.
Les galaxies avec des niveaux élevés de formation d'étoiles comme M82, également connues sous le nom de galaxies "starburst", ont un grand nombre de supernovae et d'étoiles massives. Si la théorie est vraie, les galaxies à explosion d'étoiles devraient contenir plus de rayons cosmiques que les galaxies normales. La découverte de VERITAS confirme cette attente, indiquant que la densité des rayons cosmiques dans M82 est environ 500 fois la densité moyenne de notre Galaxie, la Voie lactée.
"Cette découverte fournit un aperçu fondamental de l'origine des rayons cosmiques", a déclaré René Ong, professeur de physique à l'Université de Californie à Los Angeles et porte-parole de la collaboration VERITAS.
Utiliser les rayons gamma pour déduire les rayons cosmiques
VERITAS n'a pas pu détecter directement les rayons cosmiques du M82 car ils sont piégés dans la galaxie des cigares. Au lieu de cela, VERITAS a cherché des indices sur la présence de rayons cosmiques: les rayons gamma. Les rayons gamma sont la forme de lumière la plus énergétique, beaucoup plus puissante que la lumière ultraviolette ou même les rayons X. Lorsque les rayons cosmiques interagissent avec le gaz interstellaire et le rayonnement à l'intérieur du M82, ils produisent des rayons gamma, qui peuvent ensuite s'échapper de leur galaxie d'origine et atteindre des détecteurs liés à la Terre.
Il a fallu deux ans de collecte de données dédiées pour démêler le faible signal provenant du M82.
«Nous savions que la détection du M82 aurait d'importantes implications scientifiques. En conséquence, nous avons programmé une exposition exceptionnellement longue immédiatement après que l'expérience soit devenue pleinement opérationnelle », a déclaré Benbow. «Les données devaient être méticuleusement analysées pour extraire le signal gamma, qui est plus d'un million de fois plus petit que le bruit de fond. Bien que le signal ne représente qu'une infime fraction des données, nous avons effectué de nombreuses vérifications pour détecter d'éventuels biais et nous sommes convaincus que le signal est authentique. »
"La détection de M82 indique que l'univers est plein d'accélérateurs de particules naturelles, et que les observatoires terrestres de rayons gamma continuent de s'améliorer, de nouvelles découvertes sont inévitables." a déclaré Martin Pohl, professeur de physique à l'Iowa State University, qui a aidé à diriger l'étude. Un observatoire des rayons gamma VHE de nouvelle génération, le système d'imagerie par rayons gamma avancé (AGIS), est déjà en cours de développement.
VERITAS est géré par une collaboration de plus de 100 scientifiques de 22 institutions différentes aux États-Unis, en Irlande, en Angleterre et au Canada. Cliquez ici pour plus d'informations sur VERITAS.
Légende de l'image principale: Un composite d'images multi-longueurs d'onde de la galaxie active M82 de Hubble, Chandra et Spitzer. Crédit: NASA, ESA, CXC et JPL-Caltech
Source: Centre Harvard Smithsonian d'astrophysique
