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Un cadavre stellaire met en lumière l’origine des rayons cosmiques

Crédits : NASA / ESA / NRAO / AUI / NSF and G. Dubner - Université de Buenos Aires

Une étude publiée dans les Monthly Notices de la Royal Astronomical Society nous éclaire un peu plus sur l’origine des rayons cosmiques, les particules les plus énergétiques de l’Univers.

L’origine des rayons cosmiques, ces particules à haute énergie provenant de l’espace extra-atmosphérique, est l’une des questions les plus débattues en astrophysique. Découverts il y a plus de cent ans et considérés comme un risque potentiel pour la santé des astronautes, les rayons cosmiques sont censés être produits par des ondes de choc, celles résultant par exemple d’explosions de supernovae. La nébuleuse du crabe, résidu d’une explosion de supernova observée il y a près de mille ans en 1054, est l’un des objets les mieux étudiés du ciel nocturne. Elle présente également l’avantage d’être une source connue de rayons cosmiques émettant sur l’ensemble du spectre électromagnétique des rayons gamma, ultraviolets et visibles, aux ondes infrarouges et radio.

La plupart de ces rayons se composent de particules très énergétiques (des électrons). Une nouvelle étude, menée par les astrophysiciens Federico Fraschetti de l’Université de l’Arizona, aux États-Unis, et Martin Pohl de l’Université de Potsdam, en Allemagne, révèle en revanche que les rayonnements électromagnétiques provenant de la nébuleuse du crabe proviennent d’une seule et même population d’électrons dérivant ainsi des modèles traditionnels. C’était une hypothèse jugée auparavant impossible.

Selon le modèle généralement accepté, proposé en 1949 par le célèbre physicien Enrico Fermi, une fois que les particules atteignent une limite de choc, celles-ci se retrouvent alors prises au piège dans une sorte de « confinement magnétique ». Au cours de ce processus, elles gagnent alors en énergie (de manière similaire à une balle de tennis qui rebondit entre deux raquettes qui se rapprochent de plus en plus l’une de l’autre) et se rapprochent de la vitesse de la lumière. Sauf qu’ici, les particules qui deviennent suffisamment énergiques pour quitter le système et devenir des rayonnements cosmiques dépassent les limites des modèles traditionnellement utilisés pour expliquer l’origine du rayonnement cosmique.

« Si nous incluons un processus d’accélération différent dans lequel le nombre de particules d’énergie plus élevées diminue plus rapidement qu’avec une énergie plus faible, il est alors possible d’expliquer l’ensemble du spectre électromagnétique observé de ces rayons cosmiques », explique Federico Fraschetti. « Cela signifie que bien que les supernovae sont encore une source de rayons cosmiques, les mécanismes de ce rayonnement à haute énergie doivent avoir un caractère quelque peu différent ».

« Ce nouveau résultat représente un progrès important pour notre compréhension de l’accélération des particules dans les objets cosmiques », ajoute Martin Pohl, coauteur de l’étude. Il faudra néanmoins encore beaucoup de travail avant de pouvoir déchiffrer les processus en cours. Plusieurs missions de la NASA consacrées à l’étude des explosions de plasma à la surface du soleil pourraient nous permettre d’en apprendre davantage dans les prochains mois.

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