En novembre 1572, une explosion de supernova est observée en direction de la constellation de Cassiopée, et son observateur le plus célèbre était Tycho Brahe, l'un des fondateurs de l'astronomie d'observation moderne. L'explosion a produit un nuage en expansion de gaz super chaud, un vestige de supernova redécouvert en 1952 par des radioastronomes britanniques, confirmé par des photographies visibles de l'observatoire du mont Palomar, Californie, dans les années 1960, et une image spectaculaire a été prise en rayons X par l'observatoire satellite Chandra en 2002. Les astronomes utilisent des restes de supernova pour explorer la physique des hautes énergies dans l'espace interstellaire.

Dans un article à paraître dans le Journal d'astrophysique une équipe de 7 pays, y compris des chercheurs de l'Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), a observé le résidu de supernova Tycho avec GHaFaS, un instrument sophistiqué de l'IAC, monté sur le télescope William Herschel de 4,2 m (WHT) à l'observatoire Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma, Les îles Canaries). Leur objectif était d'explorer l'hypothèse que les rayons cosmiques, particules subatomiques de haute énergie qui bombardent continuellement l'atmosphère extérieure de la Terre, proviennent de ces nuages ​​de gaz hautement énergétiques. GHaFaS permet aux astronomes d'observer l'émission d'hydrogène ionisé à travers de larges champs, donnant une carte de la structure de la vitesse dans un objet dans les moindres détails.

Ils ont cartographié une partie importante du nuage résiduel de Tycho, comprenant un filament brillant proéminent, et a montré que la raie d'hydrogène émise par le filament montre un étalement des vitesses beaucoup plus grand que ne peut l'expliquer la température du gaz. En fait, ils ont mesuré deux composantes d'émission, un avec un grand écart de vitesse, et un autre avec un écart encore plus grand. Ils ont montré que la seule façon pour l'émission de montrer ces caractéristiques est s'il y a un mécanisme mécanique dans le nuage produisant des particules de haute énergie. Les restes de supernova ont longtemps été considérés comme une source probable des rayons cosmiques qui se déversent sur l'atmosphère extérieure de la Terre, mais c'est la première fois que des preuves claires d'un mécanisme d'accélération ont été produites. Les rayons cosmiques ont des énergies bien supérieures à celles produites même dans les plus grands accélérateurs de particules sur Terre (comme le CERN), et leur étude est importante non seulement pour l'astrophysique mais aussi pour la physique des particules.

"Ces résultats n'auraient pu être produits par aucun des autres spectrographes des principaux télescopes du monde", déclare Joan Font, l'un des auteurs de l'article, et la personne responsable des opérations de GHaFaS. "Notre instrument a une combinaison unique de résolution à haute vitesse, grand champ, et une bonne résolution angulaire, et cette combinaison était nécessaire pour le projet Tycho". Ces observations sont un premier pas vers une meilleure compréhension du mécanisme d'accélération des rayons cosmiques dans les restes de supernova. "Nous devrions pouvoir combiner ces résultats avec des observations déjà prises à l'aide de l'imageur à bande étroite OSIRIS sur le Gran Telescopio CANARIAS (GTC) de 10,4 m pour déterminer l'efficacité de l'accélération des rayons cosmiques », explique John Beckman, un autre chercheur de l'IAC et co-auteur de l'article.