Cette image composite de la nébuleuse du Crabe a été assemblée avec une mise à l'échelle des couleurs arbitraire en combinant les données de cinq télescopes couvrant presque tout le spectre électromagnétique :l'émission radio représentant le vent des particules chargées de l'étoile à neutrons centrale en rouge (de Karl G. Jansky Very grand tableau), l'infrarouge comprenant la lueur des particules de poussière absorbant la lumière ultraviolette et visible en jaune (du télescope spatial Spitzer), l'image en lumière visible présentant les structures filamenteuses chaudes en vert (du télescope spatial Hubble), l'image ultraviolette en bleu et l'image radiographique en violet montrant l'effet d'un nuage énergétique d'électrons (provenant de l'observatoire XMM-Newton et de l'observatoire Chandra X-ray). Crédit :NASA/ESA/NRAO/AUI/NSF et G. Dubner (Université de Buenos Aires)
L'origine des rayons cosmiques, particules de haute énergie provenant de l'espace extra-atmosphérique ayant un impact constant sur la Terre, est l'une des questions ouvertes les plus difficiles en astrophysique. Maintenant de nouvelles recherches publiées dans la revue Avis mensuels de la Royal Astronomical Society apporte un nouvel éclairage sur l'origine de ces particules énergétiques.
Découvert il y a plus de 100 ans et considéré comme un risque potentiel pour la santé des équipages d'avion et des astronautes, les rayons cosmiques sont censés être produits par des ondes de choc, par exemple, ceux résultant d'explosions de supernova. Les rayons cosmiques les plus énergétiques qui traversent l'univers transportent 10 à 100 millions de fois l'énergie générée par les collisionneurs de particules tels que le Grand collisionneur de hadrons du CERN.
La nébuleuse du Crabe, le reste d'une explosion de supernova qui a été observée près de 1, Il y a 000 ans en 1054 après JC, est l'un des objets les mieux étudiés de l'histoire de l'astronomie et une source connue de rayons cosmiques. Il émet un rayonnement sur tout le spectre électromagnétique, des rayons gamma, lumière ultraviolette et visible, aux ondes infrarouges et radio. La plupart de ce que nous voyons provient de particules très énergétiques (électrons), et les astrophysiciens peuvent construire des modèles détaillés pour essayer de reproduire le rayonnement émis par ces particules.
La nouvelle étude, par Federico Fraschetti à l'Université d'Arizona, ETATS-UNIS, et Martin Pohl à l'Université de Potsdam, Allemagne, révèle que le rayonnement électromagnétique provenant de la nébuleuse du Crabe peut provenir d'une manière différente de ce que les scientifiques ont traditionnellement pensé :l'ensemble du zoo de rayonnement peut potentiellement être unifié et provenir d'une seule population d'électrons, une hypothèse jugée auparavant impossible.
Selon le modèle généralement admis, une fois que les particules atteignent une limite de choc, ils rebondissent plusieurs fois en raison de la turbulence magnétique. Au cours de ce processus, ils gagnent de l'énergie, de la même manière qu'une balle de tennis rebondit entre deux raquettes qui se rapprochent régulièrement l'une de l'autre, et sont poussés de plus en plus près de la vitesse de la lumière. Un tel modèle suit une idée introduite par le physicien italien Enrico Fermi en 1949.
"Les modèles actuels n'incluent pas ce qui se passe lorsque les particules atteignent leur plus haute énergie, " dit Federico, un scientifique du département des sciences planétaires de l'Université de l'Arizona, Astronomie et physique. "Seulement si nous incluons un processus d'accélération différent, dans lequel le nombre de particules à plus haute énergie décroît plus vite qu'à plus basse énergie, pouvons-nous expliquer tout le spectre électromagnétique que nous voyons. Cela nous dit que si l'onde de choc est la source de l'accélération des particules, les mécanismes doivent être différents.
Le co-auteur Martin Pohl a ajouté :« Le nouveau résultat représente une avancée importante pour notre compréhension de l'accélération des particules dans les objets cosmiques, et aide à déchiffrer l'origine des particules énergétiques que l'on trouve presque partout dans l'univers."
Les auteurs concluent qu'une meilleure compréhension est nécessaire de la façon dont les particules sont accélérées dans les sources cosmiques, et comment fonctionne l'accélération lorsque l'énergie des particules devient très grande. Plusieurs missions de la NASA, dont ACE, STÉRÉO et VENT, se consacrent à l'étude des propriétés similaires des chocs provoqués par les explosions de plasma à la surface du soleil lors de leur voyage vers la Terre, et peut donc ajouter des informations vitales sur ces effets dans un proche avenir.
