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De l’antimatière propulsée vers la surface au cœur d’un ouragan !

ouragan
Crédits : Pxhere.

Lors d’une mission de reconnaissance dédiée au suivi de l’ouragan Patricia en 2015, un instrument embarqué à bord d’un avion de l’Agence américaine d’observation océanique et atmosphérique (NOAA) a détecté un faisceau d’antimatière propulsée vers la surface à la suite d’une décharge de foudre. Une première dont l’analyse a été publiée dans la revue Journal of Geophysical Research ce mois-ci.

Alors qu’un avion de reconnaissance météorologique de la NOAA volait à l’intérieur de l’ouragan Patricia – un phénomène particulièrement violent qui a touché la côte ouest du Mexique en 2015 -, leur instrument a détecté un phénomène qui n’avait jamais été mesuré jusqu’alors. En arrivant dans la région de l’œil du cyclone au moment où celui-ci était le plus intense, un faisceau de positrons dirigé vers la surface a fait réagir les détecteurs de l’instrument ADELE (acronyme anglais pour Airborne Detector for Energetic Lightning Emissions). Le positron étant l’antiparticule de l’électron, il s’agissait donc d’antimatière qui venait d’être produite dans l’antre d’un des plus puissants cyclones observés dans l’hémisphère ouest.

Bien que d’un point de vue théorique ce flux de positrons ne soit pas une surprise, c’était la première fois que l’on en faisait une observation in situ. C’est en fait la composante inférieure d’un flash de rayon gamma terrestre. Ce dernier consiste en une émission intense, mais très brève (environ quelques millisecondes) de rayons X et de rayons gamma en réponse à une avalanche d’électrons relativistes. Cette dernière est elle-même initiée par l’intermédiaire des champs électriques que l’on retrouve dans les phénomènes orageux. Dans les faits, la plupart des flashs de rayons gamma surviennent à la suite d’un certain type d’éclair que l’on appelle intra-nuageux positif : une décharge particulièrement puissante qui se produit à l’intérieur du nuage. L’observation de la partie supérieure de ces rayons gamma terrestres – dirigée vers l’espace – est devenue une routine grâce aux instruments spécifiques embarqués sur les satellites. On estime qu’en moyenne, il s’en produit de l’ordre d’un millier par jour, essentiellement localisés au niveau des systèmes convectifs pour les raisons énoncées précédemment.

A contrario, la partie inférieure du phénomène n’avait jamais été observée jusqu’à présent. C’était la théorie qui prédisait son existence : des particules d’antimatière* propulsées vers la surface générant à leur tour leurs propres rayons X et gamma. On conceptualisait un flash gamma comme un phénomène à deux branches, une ascendante vers les hautes couches de l’atmosphère et l’autre descendante vers la surface. L’observation faite en 2015 et dont l’analyse vient d’être publiée en ce début de mois de mai confirme donc la théorie.

L’instrument spécialisé a fait cette détection à une altitude de 2,5 kilomètres. La question des effets potentiellement néfastes de ce rayonnement de très haute énergie pouvant se propager sur une très vaste tranche d’altitude est ainsi posée – essentiellement pour l’aviation. Même si la fréquence du phénomène est faible, la dose de radiations que peuvent recevoir les passagers d’un vol passant très près d’un de ces flashs peut présenter des risques. Les effets sur les instruments à bord sont aussi potentiellement significatifs. Ces questions, en plus de celles liées à notre compréhension encore parcellaire des phénomènes atmosphériques à haute énergie, sont une source de motivation pour la poursuite des recherches dans ce domaine.

* La formation d’un positron (ou anti-électron) résulte du phénomène dit de « création de paires » où un rayon gamma interagit avec un noyau d’atome. Dans le même temps, un électron est également formé.

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