Analyse des données d'un Lightning Mapper et d'un petit Un détecteur de rayonnement portable a fait la lumière de manière inattendue sur ce à quoi pourrait ressembler un sursaut de rayons gamma provenant de la foudre, en observant les neutrons générés par le sol par de très grandes gerbes de rayons cosmiques. Les travaux ont eu lieu à l'observatoire des rayons cosmiques de High Altitude Water Cherenkov (HAWC) au Mexique.

"C'était une découverte accidentelle, " a déclaré Greg Bowers, un scientifique du Laboratoire national de Los Alamos et auteur principal de l'étude publiée dans Lettres de recherche géophysique . "Nous avons mis en place ce système pour étudier les flashs de rayons gamma terrestres - ou les sursauts de rayons gamma de la foudre - qui sont généralement si brillants que vous pouvez les voir depuis l'espace. L'idée était que HAWC serait sensible aux sursauts de rayons gamma, nous avons donc installé un mappeur de foudre pour capturer l'anatomie du développement de la foudre et identifier les processus de foudre qui les produisent. »

L'équipe, dont Xuan-Min Shao et Brenda Dingus également de Los Alamos, utilisé un petit, détecteur de particules tenu dans la main, s'attendant à ce qu'un flash de rayons gamma terrestre génère un signal de rayons gamma clair dans le détecteur de petites particules.

"Notre système a fonctionné pendant près de deux ans, et nous avons vu beaucoup d'éclairs, " dit Bowers. Mais pendant ces tempêtes, ils n'ont rien observé qui ressemblait à des éclairs de rayons gamma terrestres. "Nous faisions, cependant, voir de grandes rafales de taux de comptage pendant l'effacement, jours de beau temps, ce qui nous a fait nous gratter la tête."

Les données HAWC recueillies pendant ces périodes ont montré que, dans tous les cas, le vaste réseau qui comprend HAWC avait été submergé par des averses de rayons cosmiques extrêmement importantes, si importantes que les chercheurs de Los Alamos n'ont pas pu estimer leur taille.

Le collaborateur de l'UC Santa Cruz, David Smith, a découvert que ces sursauts de beau temps avaient déjà été observés par des scientifiques en Russie, qui les appelait " sursauts neutroniques, " et a déterminé qu'ils étaient le résultat de la production de neutrons dans le sol autour du point d'impact des noyaux de gerbe de rayons cosmiques.

Les travaux antérieurs qui simulaient ces événements n'avaient considéré que les hadrons - un type de particule subatomique - au cœur des gerbes. En plus des hadrons et autres particules, Les noyaux de douche à rayons cosmiques contiennent également beaucoup de rayons gamma.

Pour ce travail, William Blaine, aussi de Los Alamos, simulées de grandes averses de rayons cosmiques, et comprenait à la fois des hadrons et des rayons gamma. "Nous avons pu faire correspondre nos observations avec les simulations, " a déclaré Bowers. "Nous avons découvert que les rayons gamma produisent le même type de sursaut de neutrons que les hadrons."

Cette étude suggère que tout phénomène naturel qui produit un faisceau de rayons gamma pointé vers le sol (comme les éclairs de rayons gamma terrestres descendants), pourrait produire une signature similaire de " sursaut de neutrons ". Ceci est important pour les futurs efforts de modélisation d'observations flash de rayons gamma terrestres.

"Cela nous dit que vous ne pouvez pas simplement modéliser les rayons gamma frappant votre détecteur, vous devrez également tenir compte du sursaut de neutrons qui se produit à proximité, " dit Bowers.

L'observatoire HAWC comprend un ensemble de réservoirs remplis d'eau sur les flancs du volcan Sierra Negra à Puebla, Mexique, où l'atmosphère mince offre de meilleures conditions pour l'observation des rayons gamma. Lorsque les rayons gamma frappent des molécules dans l'atmosphère, ils produisent des pluies de particules énergétiques. Lorsque certaines de ces particules frappent l'eau à l'intérieur des réservoirs du détecteur HAWC, ils produisent des éclairs de lumière appelés rayonnement Cherenkov. En étudiant ces flashs Cherenkov, les chercheurs reconstituent les sources des averses pour en savoir plus sur les particules qui les ont provoquées.