Dossiers historiques de la guest star en 1054. Crédit :Institute of High Energy Physics
Le Grand Observatoire des Douches Aériennes en Haute Altitude (LHAASO), l'une des principales installations nationales d'infrastructure scientifique et technologique de la Chine, a mesuré avec précision la luminosité sur 3,5 ordres de grandeur de la bougie standard en astronomie à haute énergie, calibrant ainsi une nouvelle norme pour les sources de rayons gamma à ultra-haute énergie (UHE). La bougie standard est la fameuse Nébuleuse du Crabe, qui a évolué à partir de "l'étoile invitée" enregistrée par les astronomes impériaux de la dynastie Song en Chine.
Le LHAASO a également découvert un photon d'une énergie de 1,1 PeV (1 PeV =un quadrillion d'électronvolts), indiquant la présence d'un accélérateur d'électrons extrêmement puissant - environ un dixième de la taille du système solaire - situé dans la région centrale de la nébuleuse du Crabe. L'accélérateur peut dynamiser les électrons jusqu'à un niveau 20, 000 fois plus que ce que le Grand collisionneur électron-positon (LEP) du CERN peut jamais réaliser, se rapprochant ainsi de la limite théorique absolue posée par l'électrodynamique classique et la magnétohydrodynamique idéale.
Les résultats seront publiés dans Science le 8 juillet. La Collaboration Internationale LHAASO, qui est dirigé par l'Institut de physique des hautes énergies de l'Académie chinoise des sciences, terminé cette étude.
La nébuleuse du Crabe est 6, 500 années-lumière de la Terre. Il est né lors d'une brillante explosion de supernova en 1054 après JC. C'est le premier vestige de supernova identifié par l'astronomie moderne avec un enregistrement historique clair. La nébuleuse abrite un pulsar énergétique d'une période de 30 millisecondes. La magnétosphère à rotation rapide du pulsar entraîne un vent puissant composé de paires électron-positon se déplaçant presque à la vitesse de la lumière. Les électrons/positons dans le vent du pulsar accélèrent encore à des énergies plus élevées une fois que le vent rencontre le milieu ambiant. La nébuleuse est produite par le rayonnement des électrons/positons accélérés.
La nébuleuse du Crabe est l'une des rares sources qui a été mesurée dans toutes les bandes d'énergie, c'est à dire., radio, infrarouge, optique, ultra-violet, Rayons X et rayons gamma. Son spectre a été largement étudié pendant des décennies par de nombreux observateurs. En tant que source de haute énergie lumineuse et stable, la nébuleuse du Crabe est considérée comme la bougie standard pour de nombreuses bandes d'énergie différentes. En cette capacité, il sert de référence pour la mesure d'autres sources.
LHAASO a mesuré le spectre de la nébuleuse du Crabe à l'extrémité la plus énergétique, couvrant la large gamme 0,0005-1,1 PeV. Il a confirmé les mesures des dernières décennies. Il a également réalisé une mesure précise dans la bande UHE (0,3-1,1 PeV) pour la première fois, calibrer ainsi la luminosité de la bougie standard sur une plage d'énergie sans précédent.
Parmi les 12 sources gamma UHE découvertes précédemment par LHAASO, la nébuleuse du Crabe a été identifiée comme l'une des deux sources capables d'émettre des photons PeV, et est la seule source avec une contrepartie astrophysique définie. Le photon mesuré de 1,1 PeV fournit une preuve directe de l'accélération des électrons de 2,3 PeV dans la source. Une telle énergie est d'environ 20, 000 fois l'énergie maximale réalisable du plus puissant accélérateur d'électrons artificiel, le LEP, qui est le prédécesseur du LHC. Étant donné que les électrons de haute énergie subissent une forte perte d'énergie dans un champ magnétique, l'accélérateur de la nébuleuse du Crabe doit fonctionner à un rendement incroyablement élevé pour compenser l'énorme perte d'énergie. Selon la mesure LHAASO, son efficacité d'accélération peut atteindre 15% de la limite supérieure théorique, surpassant ainsi celle de l'onde de choc de la supernova d'un facteur 1, 000. Cela pose des défis au paradigme standard de l'accélération des électrons en astrophysique des hautes énergies. Une analyse et une discussion approfondies de ce sujet sont détaillées dans le présent document dans Science .
LHAASO est une importante infrastructure nationale scientifique et technologique axée sur l'observation et la recherche des rayons cosmiques. Il est situé au 4, 410 mètres au-dessus du niveau de la mer sur le mont Haizi dans le comté de Daocheng, Province du Sichuan et couvre une superficie d'environ 1,36 km 2 . Il est composé de 5, 195 détecteurs de particules électromagnétiques et 1, 188 détecteurs de muons situés dans le réseau complexe du kilomètre carré, un 78, 000 m 2 réseau de détecteurs d'eau Cherenkov, et 18 télescopes Cherenkov à grand champ de vision. En utilisant ces quatre techniques, LHAASO sera capable de mesurer les gerbes d'air générées par les rayons cosmiques ou les rayons gamma de manière omnidirectionnelle avec plusieurs variables simultanément.
Informations de base sur les particules incidentes, comme la direction d'arrivée, type et énergie, peut être mesurée à travers la reconstruction des douches. La découverte récemment publiée démontre que LHAASO est capable de recouper les mesures à l'aide de plusieurs techniques de détection, assurant ainsi des résultats fiables et précis. LHAASO sera achevé ce mois-ci et mis en service. Avec une attente de détection de 1-2 photons avec des énergies d'environ 1 PeV de la nébuleuse du Crabe chaque année, le puzzle de l'accélérateur cosmique d'électrons PeV sera résolu dans les années à venir.
