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Les rayons cosmiques à haute énergie ne proviennent pas de la Voie lactée

Les rayons cosmiques les plus énergétiques qui atteignent la Terre ne proviennent pas de la Voie lactée, mais de galaxies situées à des dizaines, voire des centaines de millions d'années-lumière. Explications.

Un texte d'Alain Labelle

Cette découverte de physiciens français, réalisée à partir d’informations recueillies grâce à l’observatoire Pierre Auger situé en Argentine, clôt un débat vieux de 50 ans.

Les rayons cosmiques sont des noyaux atomiques qui voyagent dans l’Univers à une vitesse proche de celle de la lumière.

Les scientifiques savaient que les rayons de basse énergie proviennent du Soleil ou de notre galaxie, mais l’origine des particules les plus énergétiques était encore débattue.

La réponse

La question vient d’être tranchée grâce à l’étude de 30 000 particules cosmiques d’une énergie un million de fois supérieure à celle des protons accélérés au Grand Collisionneur de hadrons situé dans la région frontalière entre la France et la Suisse.

Les particules étudiées dans ces travaux ont été détectées entre 2004 et 2016.

L’étude des directions d’arrivée de ces particules montre qu’à ces énergies de haute intensité, le flux de rayons cosmiques en provenance d’une zone du ciel pointant à 120 degrés du centre galactique est environ 6 % plus élevé que si le flux était parfaitement uniforme.

Selon les auteurs de ces travaux publiés dans la revue Science, cette direction ne peut pas être associée à des sources de notre galaxie, la Voie lactée. C’est la première preuve convaincante de l'origine extragalactique de ces rayons cosmiques.

Si cette étude indique clairement une origine extragalactique pour ces particules cosmiques, elle ne permet pas encore d’établir précisément les sources d’origine. C’est que la région la plus brillante en rayons cosmiques dans le ciel s’étend sur une vaste portion où le nombre de galaxies est relativement élevé. En outre, le champ magnétique de la Voie lactée dévie les trajectoires de ces particules chargées et brouille les pistes.

Encore plus énergétiques

Il existe d’autres rayons cosmiques encore plus énergétiques que ceux qui ont été analysés dans ces travaux. Ils sont cependant plus rares, mais ils présentent l’avantage d’être moins déviés par le champ magnétique de notre propre galaxie. Ainsi, leur direction d'arrivée pourrait donc indiquer plus précisément leur lieu de production.

Des scientifiques de l’Institut de physique nucléaire d'Orsay (Université Paris-Sud), du Laboratoire de physique nucléaire et des hautes énergies (Université Paris Diderot), et du Laboratoire de physique subatomique et de cosmologie (Université Grenoble Alpes) ont participé à ces travaux.

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