Le trou noir de la Voie lactée pourrait rejeter des rayons cosmiques

Des chercheurs avancent l’hypothèse que le trou noir dans notre Voie lactée pourrait rejeter des rayons cosmiques. Les rayons cosmiques sont composés de particules à haute énergie dont on ignore précisément l’origine.


Le trou noir dans notre Voie lactée pourrait avoir une source qui émet des rayons cosmiques

Les rayons cosmiques sont des flux de particules à haute énergie qui traversent l’espace. Ces rayons cosmiques sont parfois des millions de fois plus puissants que ceux qu’on peut produire dans le plus puissant des accélérateurs de particules. Les scientifiques pensaient que les rayons cosmiques dans notre galaxie provenaient d’explosions de supernova, mais une nouvelle étude pointe vers une autre source. Le supermassif au coeur de notre . Avec ce nouveau résultat, la recherche des origines des rayons cosmiques, qui frustrent les scientifiques depuis 100 ans, vient de prendre un tournant inattendu.

C’est très excitant selon l’astrophysicien Andrew Taylor du Dublin Institute for Advanced Studies. Cela va bouleverser ce champ d’études et on devra reformuler tous nos modèles existants. Les rayons cosmiques posent un problème pour les astronomes, car ils ne suivent pas une trajectoire directe dans l’espace. Ils sont poussés et déviés par les champs magnétiques et il est donc impossible de déterminer leur origine. Au lieu, les chercheurs analysent les rayons gamma qui sont des protons à haute énergie dont on pense qui sont produits à côté ou directement à partir des rayons cosmiques. Trouvez l’origine des rayons gamma et vous trouverez l’origine des rayons cosmiques.

Même si de nombreux rayons cosmiques dans notre galaxie semblent provenir d’explosions de supernova, ces explosions n’expliquent pas l’énergie phénoménale des rayons cosmiques. On mesure les rayons cosmiques en pétaélectronvolts (PeV ou 1015 eV). Sur Terre, le Grand collisionneur de Hadron peut produire une énergie qui ne dépasse pas 1 PeV. On ne sait pas trop ce qui se passe selon Werner Hofmann de l’institut Max Planck.

La difficulté d’étudier les rayons cosmiques et leur compagnon de rayons gamma est qu’ils sont détruits lorsqu’ils percutent des atomes dans l’atmosphère et ils n’atteignent jamais la surface terrestre. Cependant, ces collisions envoient une pléthore d’autres particules sur la surface. Les astronomes mesurent la propagation de ces particules avec des détecteurs au sol ou ils capturent des flashs de lumière qu’on connait comme la radiation Cherenkov. C’est une radiation émise par des particules lorsqu’elles ralentissent dans l’atmosphère.

Dans la nouvelle étude, Hofmann et ses collègues ont utilisé le High Energy Stereoscopic System (HESS). C’est un ensemble de 5 télescopes en Namibie qui peut détecter ce type de radiation. HESS étudie le centre de la Voie lactée depuis une décennie selon Hofmann parce que c’est une source intéressante de rayons gamma. Ces dernières années, l’équipe a effectué plus d’observations. Et ils rapportent dans la revue Nature que la distribution des rayons gamma (Lien vers le papier complet en PDF de Nature via Sci-Hub), provenant du centre de la galaxie, est exactement le même que si une source, proche du trou noir, émettait des protons d’une énergie en PeV.

De nombreux de ces protons arrivent sur Terre en tant que rayons cosmiques PeV, mais certains percutent des molécules de gaz proche de leur source en produisant des rayons gamma. Ce sont ces rayons gamma qui ont été détectés par le détecteur HESS révélant l’origine de ces protons super rapides. Cela démontre qu’il y a une source centrale de protons selon Hofmann.

C’est un superbe résultat et c’est vraiment fascinant selon Pasquale Blasi de l’Arcetri Astrophysical Observatory à Florence en Italie. Pour la première fois, nous avons quasiment une preuve directe de l’accélération des protons avec ces énergies. Mais ce chercheur prévient qu’on n’a pas encore prouvé que ce sont ces mêmes protons qui arrivent sur Terre comme des rayons cosmiques. Sur une telle distance, il y a une forte probabilité qu’ils peuvent se propager au-delà du halo de la galaxie et s’échapper dans l’espace. On a besoin de moyens pour détecter la route des rayons cosmiques entre le centre de la galaxie et la Terre selon ce chercheur.

Selon Hofmann, on a très peu d’indices sur l’identité de cet accélérateur. Une possibilité est que c’est très proche du trou noir quand le gaz et la poussière sont engloutis par la gravité. À ce moment, le chaos des champs électriques et magnétiques dans ces matières d’une température extrême produit des protons à très haute énergie. Les changements sur la luminosité au fil des jours, des mois et des années fourniront plus d’indices ainsi que la distribution des rayons gamma autour du trou noir.

La réponse devra peut-être attendre la construction d’un nouveau détecteur. Le Cherenkov Telescope Array (CTA) aura plus de 100 miroirs répartis entre l’hémisphère sud et nord et il produira des images avec une meilleure résolution que ce qu’on peut imaginer aujourd’hui. Le CTA va résoudre la taille de la source. Est-ce que c’est une source (donc un point central) ou est-ce quelque chose de plus étendu selon Hofmann.

Taylor pointe que ce résultat soutient une théorie actuelle sur des sources de rayons cosmiques plus rares qui nous parviennent depuis des galaxies distantes. Les théoriciens pensent que ces rayons cosmiques lointains proviennent de noyaux galactiques actifs (NGA). Les NGA sont des trous noirs supermassifs qui consomment la matière à une fréquence tellement rapide qu’ils réchauffent le gaz et la poussière à des températures colossales. Et le processus donne une luminosité tellement brillante qu’on peut la voir à travers tout l’univers. Si on confirme que le trou noir de notre Voie lactée peut produire des rayons cosmiques, alors cela renforce l’hypothèse que les NGA sont la source des rayons cosmiques extra-galactiques.

 

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Jacqueline Charpentier

Ayant fait une formation en chimie, il est normal que je me sois retrouvée dans une entreprise d'emballage. Désormais, je publie sur des médias, des blogs et des magazines pour vulgariser l'actualité scientifique et celle de la santé.

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