Supernovas : Les collisionneurs de particules ultimes de l’univers
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PARIS – 9 mai 2024 –
Qui sont responsables des rayons cosmiques les plus énergétiques ? La réponse, selon une nouvelle étude, pourrait bien être les supernovas. Quoi ? Des explosions stellaires massives, capables d’accélérer des particules à des vitesses incroyables. Où ? Dans l’univers, plus précisément dans des coquilles de gaz denses. Quand ? Suite à des conditions spécifiques précédant l’explosion. Pourquoi ? Pour expliquer l’origine des rayons cosmiques de haute énergie. Cette découverte passionnante soulève de nouvelles questions, mais promet également de percer les mystères de l’univers.
Supernovas : Les collisionneurs de particules ultimes de l’univers
Les supernovas, ces explosions stellaires cataclysmiques, pourraient bien être les accélérateurs de particules les plus puissants de l’univers. Une nouvelle étude révèle cependant une condition essentielle : elles doivent interagir avec une quantité massive de gaz avant d’exploser.
Les rayons cosmiques : Des messagers de l’espace lointain
Depuis près d’un siècle, les astronomes détectent des particules de haute énergie provenant des confins de l’univers. Ces rayons cosmiques
, composés principalement de protons et, occasionnellement, de noyaux d’éléments plus lourds, bombardent constamment notre planète.
- La plupart sont déviés par le champ magnétique terrestre ou absorbés dans la haute atmosphère.
- Certains parviennent jusqu’à la surface, frappant nos corps environ une fois par seconde.
Ces rayons cosmiques couvrent un large éventail d’énergies, les plus puissants atteignant un peta-électronvolt (PeV), soit un quadrillion d’électronvolts. C’est jusqu’à mille fois plus puissant que les énergies de collision du Grand collisionneur de hadrons (LHC), le plus puissant collisionneur d’atomes au monde.
Supernovas : Les suspects habituels
Les astronomes soupçonnent depuis longtemps que les morts explosives d’étoiles massives pourraient être responsables de ces rayons cosmiques extrêmement puissants. après tout, les supernovas ont tous les ingrédients nécessaires : une détonation avec plus qu’assez d’énergie, un déluge de particules élémentaires et des champs magnétiques capables de les entraîner dans une frénésie avant de les libérer dans le cosmos.
le saviez-vous ? Une supernova peut libérer en quelques semaines autant d’énergie que le soleil en 10 milliards d’années !
Cependant, les observations de restes de supernovas proches, tels que Tycho et Cassiopeia A, n’ont pas répondu aux attentes. Les rayons cosmiques provenant de ces sources sont beaucoup plus faibles que prévu.
la solution : Une coquille de gaz dense
Dans un article accepté pour publication dans la revue Astronomy & Astrophysics, des chercheurs ont relancé l’hypothèse de la supernova. Ils ont découvert que, dans des cas particuliers, les restes de supernovas sont effectivement capables de devenir des pevatrons
, c’est-à-dire des explosions capables de générer des rayons cosmiques PeV.
L’équipe a constaté qu’avant de devenir une supernova, une étoile doit perdre une quantité importante de masse, au moins l’équivalent de deux soleils. Ce phénomène est assez courant, car des vents puissants peuvent chasser les couches externes de l’atmosphère d’une étoile avant l’explosion principale.Mais surtout, cette matière ne doit pas se disperser trop largement. Elle doit rester dense,compacte et proche de l’étoile.
Conseil pratique : Imaginez une étoile qui se débarrasse de son enveloppe externe comme un serpent qui mue. Cette enveloppe, au lieu de se disperser, reste concentrée autour de l’étoile.
Ensuite, lorsque la supernova se produit enfin, l’onde de choc de l’étoile en explosion percute cette coquille de matière. Et alors, tout l’enfer se déchaîne.
L’accélération des particules
Alors que le choc traverse la coquille environnante, les champs magnétiques atteignent des énergies incroyablement puissantes. Ces champs magnétiques prennent toutes les particules subatomiques aléatoires (les débris dans la coquille) et les accélèrent, les faisant rebondir d’avant en arrière au sein de l’onde de choc. À chaque rebond, la particule gagne plus d’énergie. elle acquiert suffisamment d’énergie pour quitter complètement le chaos et se répandre dans l’univers.
cependant, en quelques mois, le système perd de la puissance à mesure que l’onde de choc ralentit. Il produit toujours d’abondants rayons cosmiques, mais pas au-dessus du seuil PeV.
Ce scénario explique pourquoi nous n’avons pas directement observé de PeVatrons actifs. Même si une supernova se produit dans la Voie lactée tous les quelques années, aucune n’a été suffisamment proche à l’époque moderne pour que nous puissions observer la courte fenêtre pendant laquelle elles peuvent accélérer les rayons cosmiques à ces énergies extrêmes. Il faut donc être patient.
Question pour les lecteurs : Si vous pouviez observer une supernova de près,quel aspect vous fascinerait le plus ?
FAQ sur les supernovas et les rayons cosmiques
- qu’est-ce qu’un rayon cosmique ? Un rayon cosmique est une particule de haute énergie qui se déplace dans l’espace à une vitesse proche de celle de la lumière.
- Qu’est-ce qu’un PeVatron ? Un PeVatron est une source cosmique capable d’accélérer des particules jusqu’à des énergies de l’ordre du peta-électronvolt (PeV).
- Pourquoi les supernovas sont-elles importantes ? Les supernovas jouent un rôle crucial dans la distribution des éléments lourds dans l’univers et pourraient être à l’origine des rayons cosmiques les plus énergétiques.
- Combien de temps dure la phase PeVatron d’une supernova ? Seulement quelques mois.
