La figure de gauche montre que l'expérience Tibet ASgamma a observé les rayons gamma les plus énergétiques au-delà de 100 téraélectrons-volts (TeV) de la nébuleuse du Crabe avec un faible bruit de fond, la croix indique la position du pulsar du crabe. Et la figure de droite montre la nébuleuse du Crabe prise par le télescope Hubble Crédit :NASA
L'expérience Tibet ASgamma, un projet de recherche conjoint Chine-Japon, a découvert les rayons gamma cosmiques les plus énergétiques jamais observés à partir d'une source astrophysique - dans ce cas, la nébuleuse du Crabe. L'expérience a détecté des rayons gamma allant de> 100 Teraélectron volts (TeV) (Fig.1) à environ 450 TeV. Précédemment, l'énergie gamma la plus élevée jamais observée était de 75 TeV par le télescope HEGRA Cherenkov.
Les chercheurs pensent que les rayons gamma les plus énergétiques observés par l'expérience Tibet ASgamma ont été produits par l'interaction entre des électrons de haute énergie et le rayonnement de fond de micro-ondes cosmique, rayonnement résiduel du Big Bang.
La nébuleuse du Crabe est un vestige de supernova célèbre dans la constellation du Taureau. Il a été observé pour la première fois sous la forme d'une explosion de supernova très brillante en 1054 après JC (voir Fig.1). Il a été noté dans les histoires officielles de la dynastie Song dans la Chine ancienne ainsi que dans Meigetsuki, écrit par le poète japonais du XIIe siècle Fujiwara no Teika. A l'ère moderne, la nébuleuse du Crabe a été observée à l'aide de divers types d'ondes électromagnétiques, notamment des ondes radio et optiques, Rayons X et rayons gamma.
L'expérience Tibet ASgamma fonctionne depuis 1990 au Tibet, Chine, à une altitude de 4300 mètres au-dessus du niveau de la mer. La collaboration Chine-Japon a ajouté de nouveaux détecteurs de muons à eau de type Cherenkov sous les détecteurs de rayons cosmiques existants en 2014 (voir Fig.2). Ces détecteurs de muons souterrains suppriment 99,92 % du bruit de fond des rayons cosmiques (voir Fig.3). Par conséquent, 24 candidats de rayons gamma supérieurs à 100 TeV ont été détectés dans la nébuleuse du Crabe avec un faible bruit de fond. L'énergie la plus élevée est estimée à 450 TeV (voir Fig.2).
La figure de gauche montre l'expérience Tibet ASgamma (réseau Tibet-III + détecteur de muons); La figure de droite montre un affichage d'événement de la gerbe d'air observée de type photon de 449 TeV. Crédit :IHEP
Les chercheurs émettent l'hypothèse des étapes suivantes pour générer des rayons gamma de très haute énergie :(1) Dans la nébuleuse, les électrons sont accélérés jusqu'au PeV, c'est à dire., péta (mille trillions) d'électrons-volts quelques centaines d'années après la supernova; (2) les électrons PeV interagissent avec le rayonnement de fond cosmique à micro-ondes (CMBR) remplissant tout l'univers ; (3) Un photon CMBR est poussé jusqu'à 450 TeV par les électrons PeV. Les chercheurs concluent ainsi que la Nébuleuse du Crabe est désormais le plus puissant accélérateur d'électrons naturel découvert à ce jour dans notre galaxie.
Ce travail pionnier ouvre une nouvelle fenêtre à haute énergie pour explorer l'univers extrême. La détection des rayons gamma au-dessus de 100 TeV est une clé pour comprendre l'origine des rayons cosmiques de très haute énergie, qui a été un mystère depuis la découverte des rayons cosmiques en 1912. Avec d'autres observations en utilisant cette nouvelle fenêtre, nous espérons identifier l'origine des rayons cosmiques dans notre galaxie, à savoir, pévatrons, qui accélèrent les rayons cosmiques jusqu'aux énergies PeV.
La collaboration sino-japonaise a placé de nouveaux détecteurs de muons à eau de type Cherenkov sous le réseau de douches aériennes à rayons cosmiques existant en 2014. Ces détecteurs de muons souterrains peuvent supprimer 99,92 % du bruit de fond des rayons cosmiques. Crédit :IHEP
"C'est un grand premier pas en avant, " a déclaré le professeur HUANG Jing, co-porte-parole de l'expérience Tibet ASgamma. "Cela prouve que nos techniques ont bien fonctionné, et les rayons gamma avec des énergies allant jusqu'à quelques centaines de TeV existent réellement. Notre objectif est d'identifier un grand nombre de pevatrons, qui n'ont pas encore été découverts et sont censés produire les rayons cosmiques les plus énergétiques de notre galaxie."
