Les rayons gamma diffus de très haute énergie (points jaunes) sont répartis le long de la Voie lactée. Le contour de couleur d'arrière-plan montre la distribution de l'hydrogène atomique dans les coordonnées galactiques. La zone grisée indique ce qui se trouve en dehors du champ de vision. Crédit :HEASARC / LAMBDA / NASA / GFSC
Un énorme complexe de télescopes au Tibet a capturé la première preuve de rayons gamma de très haute énergie se propageant à travers la Voie lactée. Les résultats offrent la preuve que les accélérateurs étoilés non détectés produisent des rayons cosmiques, qui flottent autour de notre galaxie depuis des millions d'années. La recherche doit être publiée dans la revue Lettres d'examen physique le lundi, 5 avril.
"Nous avons trouvé 23 rayons gamma cosmiques de très haute énergie le long de la Voie lactée, " dit Kazumasa Kawata, co-auteur de l'Université de Tokyo. "L'énergie la plus élevée d'entre elles équivaut à un record du monde :près d'un pétaélectron-volt."
C'est trois ordres de grandeur de plus que n'importe quel rayon gamma connu induit par les rayons cosmiques - ou n'importe quelle particule que les humains ont accélérée dans des laboratoires de pointe sur Terre.
Depuis 1990, des dizaines de chercheurs de Chine et du Japon ont recherché les insaisissables rayons gamma cosmiques de haute énergie. La collaboration Tibet ASγ a fait sa découverte en utilisant près de 70, 000 mètres carrés de réseaux au sol et de détecteurs de muons souterrains sur le plateau tibétain, assis plus de 14, 000 pieds au-dessus du niveau de la mer.
"Les scientifiques pensent que les rayons gamma de haute énergie peuvent être produits par l'interaction nucléaire entre les rayons cosmiques de haute énergie s'échappant des sources galactiques les plus puissantes et le gaz interstellaire de la Voie lactée, " dit Huang Jing, un coauteur de l'Institut de physique des hautes énergies, Académie chinoise des sciences.
Chen Ding des Observatoires astronomiques nationaux, Académie chinoise des sciences, un autre coauteur, ajoutée, "La détection des rayons gamma diffus au-dessus de 100 téraélectrons-volts est une clé pour comprendre l'origine des rayons cosmiques de très haute énergie, qui a été un mystère depuis leur découverte en 1912."
Des expériences avec des ballons ont d'abord identifié les rayons cosmiques, révélant qu'ils étaient une source clé de rayonnement sur Terre. Les rayons cosmiques sont des particules hautement énergétiques, principalement des protons, qui voyagent dans l'espace. Des millions de ces particules traversent votre corps chaque jour. (Ils sont considérés comme inoffensifs.)
Mais d'où viennent les rayons cosmiques ?
"Nous vivons avec des muons à rayons cosmiques, bien que nous ne soyons généralement pas sensibles à eux, " dit Kawata. " N'est-ce pas un fantasme de penser où et comment ces rayons cosmiques sont produits et accélérés, voyager jusqu'à la Terre ?"
Une théorie populaire soutient que les accélérateurs connus sous le nom de "PeVatrons" crachent des rayons cosmiques à des énergies allant jusqu'à un pétaélectron-volt (PeV). Les PeVatrons possibles incluent les explosions de supernova, régions de formation d'étoiles, et le trou noir supermassif au centre de notre galaxie.
Jusque là, personne n'a détecté de tels accélérateurs. Si les PeVatrons existent, leurs rayons cosmiques devraient laisser des traînées de rayons gamma brillants éparpillés à travers la galaxie. La nouvelle étude rapporte la première preuve de cette brume hautement énergétique.
"Ces rayons gamma ne renvoyaient pas aux sources de rayons gamma à haute énergie les plus puissantes connues, mais étalé le long de la Voie lactée, " dit Masato Takita, un co-auteur et collègue de Kawata. "Notre découverte confirme la preuve de l'existence des PeVatrons."
Le réseau de douches aériennes Tibet situé à 4300 m d'altitude au Tibet, Chine. Crédit : Institut de physique des hautes énergies
Les chercheurs veulent maintenant déterminer si les PeVatrons probables sont actifs ou morts.
"De PeVatrons morts, qui sont éteints comme les dinosaures, nous ne pouvons voir que l'empreinte - les rayons cosmiques qu'ils ont produits sur quelques millions d'années, répartis sur le disque galactique, " dit Takita.
"Mais si nous pouvons localiser réel, PeVatrons actifs, nous pouvons étudier beaucoup plus de questions, " a-t-il dit. " Quel type d'étoile émet nos rayons gamma inférieurs au PeV et les rayons cosmiques associés ? Comment une étoile peut-elle accélérer les rayons cosmiques jusqu'à des énergies PeV ? Comment les rayons se propagent-ils à l'intérieur de notre disque galactique ?"
D'autres orientations futures incluent la recherche d'empreintes PeVatron dans l'hémisphère sud et la confirmation des résultats des rayons gamma à l'aide de détecteurs de neutrinos en Antarctique et au-delà.
La recherche pourrait également aider à la quête de la matière noire. Des détecteurs souterrains ont permis aux chercheurs de supprimer le bruit de fond des rayons cosmiques, révélant le genre de pur, rayons gamma diffus censés émaner de la matière noire.
« Nous pouvons réduire le fond des rayons cosmiques d'un facteur d'un million. Ensuite, nous voyons un ciel de rayons gamma de haute pureté, " dit Takita.
La réalisation expérimentale rapproche considérablement les physiciens de la découverte de l'endroit où naissent les rayons cosmiques.
"Ce travail pionnier ouvre une nouvelle fenêtre pour l'exploration de l'univers extrême, " a déclaré Huang. " Les preuves d'observation marquent une étape importante vers la révélation des origines des rayons cosmiques, qui ont intrigué l'humanité pendant plus d'un siècle."
