Mystère dans le Cosmos : Le réseau de télescopes détecte une particule extraterrestre d'énergie ultra-élevée sans source évidente.

Illustration de l'artiste du rayonnement cosmique extrêmement énergétique observé par un réseau de détecteurs de surface de l'expérience Telescope Array, appelé "particule Amaterasu". Crédit : Université métropolitaine d'Osaka / L-INSIGHT, Université de Kyoto / Ryuunosuke Takeshige

Une détection révolutionnaire d'un rayonnement cosmique extrêmement énergétique par l'expérience Telescope Array soulève des questions sur sa source, car elle indique un vide cosmique, remettant en question les théories actuelles sur les origines des rayons cosmiques et sur la physique des hautes énergies.

Les chercheurs impliqués dans l'expérience Telescope Array ont annoncé la détection d'un rayonnement cosmique extraordinairement énergétique. Cette particule, qui provient au-delà de notre galaxie, possède un niveau d'énergie étonnant de plus de 240 exa-électrons-volts (EeV). Malgré cette découverte remarquable, sa source exacte reste évasive, car sa direction d'arrivée ne pointe vers aucune entité astronomique connue.

Les rayons cosmiques sont des particules chargées subatomiques provenant de l'espace, les rayons cosmiques ultra-énergétiques (UHECR) étant un type rare et exceptionnellement puissant. Ces UHECR possèdent des énergies supérieures à 1 EeV, soit environ un million de fois plus élevées que l'énergie atteinte par les accélérateurs de particules fabriqués par l'homme. On pense qu'ils proviennent des phénomènes les plus énergétiques de l'Univers, tels que ceux impliquant des trous noirs, des sursauts gamma et des noyaux galactiques actifs. Leurs mécanismes exacts de physique et d'accélération ne sont cependant pas encore totalement compris. La nature peu fréquente de ces rayons cosmiques très énergétiques - estimée à moins d'une particule par siècle par kilomètre carré - rend leur détection rare, nécessitant des instruments avec de vastes surfaces de collecte.

Illustration de l'artiste de l'astronomie des rayons cosmiques ultra-énergétiques pour clarifier les phénomènes extrêmement énergétiques par rapport à un rayon cosmique plus faible qui est affecté par des champs électromagnétiques. Crédit : Université métropolitaine d'Osaka / Université de Kyoto / Ryuunosuke Takeshige

L'expérience Telescope Array (TA), un réseau de détecteurs de surface à grande échelle dans l'Utah avec une zone de détection effective de 700 kilomètres carrés, a réussi à détecter un UHECR avec une énergie révolutionnaire d'environ 244 EeV le 27 mai 2021.

Étant donné la très haute énergie de la particule, les chercheurs notent qu'elle ne devrait subir que des déviations relativement mineures par les champs magnétiques en avant-plan, et donc, sa direction d'arrivée devrait être plus étroitement corrélée à sa source. Cependant, les résultats montrent que sa direction d'arrivée ne montre aucune galaxie source évidente, ni aucun autre objet astronomique connu qui pourrait être une source potentielle d'UHECR.

Au lieu de cela, sa direction d'arrivée pointe vers le vide de la structure à grande échelle de l'Univers - une région où très peu de galaxies résident. Les scientifiques suggèrent que cela pourrait indiquer une déviation magnétique beaucoup plus importante que celle prédite par les modèles de champ magnétique galactique, une source non identifiée dans le voisinage extragalactique local, ou une compréhension incomplète de la physique des particules à haute énergie associée.