Cassiopée A est un célèbre vestige de supernova, le produit d'une gigantesque explosion d'une étoile massive il y a environ 350 ans. Bien que découvert dans des observations radio il y a 50 ans, nous savons maintenant que son rayonnement émis s'étend de la radio aux rayons gamma de haute énergie. C'est aussi l'un des rares vestiges dont la date de naissance et le type de supernova sont connus. C'était un type IIb, le résultat d'une explosion de supernova avec effondrement du cœur. La connaissance précise de sa nature fait de Cassiopée A l'un des objets les plus intéressants et étudiés dans le ciel, et en particulier, l'étude de sa relation avec les rayons cosmiques, particules subatomiques qui remplissent la galaxie d'énergies supérieures à tout ce qui peut être atteint dans les laboratoires sur Terre.

La partie à très haute énergie du spectre de Cassiopée A résulte des rayons cosmiques (soit des électrons, soit des protons) à l'intérieur du reste. Jusqu'à maintenant, cette gamme d'énergie n'a pas pu être mesurée avec une précision suffisante pour identifier son origine. Des observations sensibles au-dessus de 1 téra-électronvolts (TeV) étaient nécessaires, mais les atteindre était intimidant. Une équipe internationale dirigée par des scientifiques de l'Institut des sciences spatiales et des collaborateurs a finalement réalisé de telles observations avec le télescope Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov (MAGIC). Les chercheurs ont enregistré plus de 160 heures de données entre décembre 2014 et octobre 2016, révélant que Cassiopée A est un accélérateur de particules massives, principalement des noyaux d'hydrogène (protons). Cependant, même lorsque ces particules sont 100 fois plus énergétiques que celles des accélérateurs artificiels, leur énergie n'est pas assez élevée pour expliquer les rayons cosmiques qui remplissent notre galaxie.

"Cassiopée A est l'objet parfait pour être un PeVatron, C'est, un accélérateur de particules jusqu'à des énergies PeV (1 PeV =1.000 TeV). C'est jeune, brillant, avec une onde de choc s'étendant à grande vitesse et avec des champs magnétiques très importants qui peuvent accélérer les rayons cosmiques jusqu'à au moins 100 ou 200 téraélectronvolts, " dit Emma de Oña Wilhelmi, scientifique du CSIC à l'Institut des sciences spatiales, "Mais contrairement à ce que nous attendions, dans Cassiopée A, les énergies des particules n'atteignent pas plus de quelques dizaines de téra-électronvolts. A ces énergies, le rayonnement chute soudainement et l'émission s'arrête brusquement. Soit le reste ne peut pas accélérer les particules vers des énergies plus élevées, qui remettent en cause notre connaissance de l'accélération des chocs, ou peut-être les plus rapides ont-ils rapidement échappé au choc, ne nous laissant que les plus lents à observer, " dit Daniel Guberman, à l'Institut de Fisica d'Altes Energies.

"Ces supernovae sont des accélérateurs naturels de particules. Par conséquent, ils sont le laboratoire parfait pour étudier les particules chargées et le plasma dans des conditions qui ne sont pas possibles dans nos laboratoires sur Terre, " dit Daniel Galindo à l'Université de Barcelone. " Comprendre l'origine des rayons cosmiques implique de dévoiler l'origine de notre propre galaxie, " conclut Razmik Mirzoyan, Porte-parole de MAGIC du Max Planck Institute for Physics (MPP) à Munich (Allemagne).

Les télescopes MAGIC sont situés à l'observatoire Roque de los Muchachos, à La Palma (Îles Canaries). LA MAGIE, un système de deux télescopes Cherenkov de 17m de diamètre, est actuellement l'un des trois principaux instruments d'imagerie atmosphérique Cherenkov au monde. Il est conçu pour détecter des photons des dizaines de milliards à des dizaines de milliards de fois plus énergétiques que la lumière visible. MAGIC utilise également une nouvelle technique pour réduire l'effet du clair de lune dans l'appareil photo, permettant des observations pendant les nuits de clair de lune modérées.