Le Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) a découvert une structure géante de bulles de rayons gamma à ultra haute énergie dans la région de formation des étoiles du Cygnus, ce qui est la première fois que l'origine de rayons cosmiques d'énergie supérieure à 10 péta- L'électronvolt (PeV) a été découvert. Cette réalisation a été publiée sous la forme d'un article de couverture dans le Science Bulletin. le 26 février.

La recherche a été réalisée par la collaboration LHAASO dirigée par le professeur Cao Zhen en tant que porte-parole de l'Institut de physique des hautes énergies de l'Académie chinoise des sciences. Le Dr Gao Chuandong, le Dr Li Cong, le professeur Liu Ruoyu et le professeur Yang Ruizhi sont les auteurs co-correspondants de l'article.

Les rayons cosmiques sont des particules chargées provenant de l’espace, principalement composées de protons. L’origine des rayons cosmiques est l’une des questions les plus importantes de l’astrophysique moderne. Les mesures des rayons cosmiques au cours des dernières décennies ont révélé une rupture autour de 1 PeV dans le spectre énergétique (c'est-à-dire la distribution de l'abondance des rayons cosmiques en fonction de l'énergie des particules), appelée le « genou » du spectre énergétique des rayons cosmiques en raison à sa forme ressemblant à une articulation du genou.

Les scientifiques pensent que les rayons cosmiques dont l'énergie est inférieure à celle du « genou » proviennent d'objets astrophysiques situés dans la Voie lactée, et l'existence du « genou » indique également que la limite d'énergie pour accélérer les protons de la plupart des sources de rayons cosmiques de la Voie lactée. se situe autour de quelques PeV. Cependant, l'origine des rayons cosmiques dans la région du « genou » reste un mystère non résolu et l'un des sujets les plus intrigants de la recherche sur les rayons cosmiques ces dernières années.

Le LHAASO a découvert une structure géante de bulles de rayons gamma à ultra haute énergie dans la région de formation des étoiles du Cygne, avec plusieurs photons dépassant 1 PeV à l'intérieur de la structure, l'énergie la plus élevée atteignant 2,5 PeV, indiquant la présence d'un super accélérateur de rayons cosmiques. à l'intérieur de la bulle, qui accélère en continu les particules de rayons cosmiques à haute énergie avec des énergies allant jusqu'à 20 PeV et les injecte dans l'espace interstellaire.

Ces rayons cosmiques à haute énergie entrent en collision avec le gaz interstellaire et produisent des rayons gamma. L’intensité de ces photons gamma est clairement corrélée à la répartition du gaz environnant, et l’amas d’étoiles massif (l’association OB, Cygnus OB2) situé près du centre de la bulle est le candidat le plus prometteur pour le super accélérateur de rayons cosmiques. Cygnus OB2 est composé de nombreuses étoiles jeunes, chaudes et massives dont la température de surface dépasse environ 35 000 °C (étoiles de type O) et 15 000 °C (étoiles de type B).

La luminosité de rayonnement de ces étoiles est des centaines, voire des millions de fois supérieure à celle du soleil, et l'énorme pression de rayonnement emporte le matériau de surface des étoiles, formant des vents stellaires dynamiques avec des vitesses allant jusqu'à des milliers de kilomètres par seconde. La collision des vents stellaires avec le milieu interstellaire environnant et la violente collision entre les vents stellaires ont créé des sites idéaux pour une accélération efficace des particules.

Il s’agit du premier super accélérateur de rayons cosmiques identifié à ce jour. Avec l'augmentation du temps d'observation, LHAASO devrait détecter davantage de super accélérateurs de rayons cosmiques et, espérons-le, résoudre le mystère de l'origine des rayons cosmiques dans la Voie Lactée.

L'observation du LHAASO a également indiqué que le super accélérateur de rayons cosmiques à l'intérieur de la bulle augmente considérablement la densité des rayons cosmiques dans l'espace interstellaire environnant, dépassant de loin le niveau moyen des rayons cosmiques dans la Voie Lactée. L'extension spatiale de l'excès de densité dépasse même la plage de bulles observée, fournissant une explication possible de l'excès d'émission diffuse de rayons gamma du plan galactique précédemment détecté par LHAASO.

Le professeur Elena Amato, astrophysicienne de l'Institut national italien d'astrophysique (INAF), a souligné l'impact de cette découverte sur l'origine des rayons cosmiques en général. Elle a également commenté que cette découverte « a non seulement un impact sur notre compréhension de l'émission diffuse, mais a également des conséquences très pertinentes sur notre description du transport des rayons cosmiques (CR) dans la galaxie. »

LHAASO est une infrastructure scientifique et technologique clé axée sur la recherche sur les rayons cosmiques, située à 4 410 mètres d'altitude sur le mont Haizi, dans le comté de Daocheng, province du Sichuan, en Chine. Il s'agit d'un réseau composite composé d'un réseau au sol d'un kilomètre carré de 5 216 détecteurs de particules électromagnétiques et de 1 188 détecteurs de muons, d'un réseau de détecteurs Cherenkov à eau de 78 000 mètres carrés et de 18 télescopes Cherenkov grand angle.

LHAASO a été achevé en juillet 2021 et a ensuite commencé une exploitation stable et de haute qualité. Il s’agit de l’appareil de détection de rayons gamma à ultra haute énergie le plus sensible au monde. L'installation est exploitée par l'Institut de physique des hautes énergies et adopte un modèle de coopération internationale universelle pour parvenir à un partage ouvert des plates-formes d'installation et des données d'observation. Actuellement, 32 instituts de recherche en astrophysique nationaux et étrangers sont devenus membres de la collaboration internationale du LHAASO, avec environ 280 membres.

Plus d'informations : Collaboration LHAASO, Une bulle de rayons gamma à ultra haute énergie alimentée par un super PeVatron, Science Bulletin (2023). DOI :10.1016/j.scib.2023.12.040

Fourni par l'Académie chinoise des sciences