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L'observatoire Pierre Auger remonte aux sources des rayons cosmiques d'énergie extrême.
8 november 2007
MALARGÜE, Argentine. Les chercheurs de la collaboration Pierre Auger ont
annoncé aujourd’hui (le 8 novembre) que les noyaux
actifs de galaxies sont probablement à l’origine des
rayons cosmiques d’énergie extrême qui bombardent
la terre. Auprès de l’Observatoire Pierre Auger en
Argentine, le plus grand détecteur de rayons cosmiques du
monde, un groupe de chercheurs de 17 pays a découvert que les
directions d’arrivée de ces rayons cosmiques ne sont pas
distribuées de façon uniforme dans le ciel. Les
résultats d’Auger montrent que l’origine de ces
particules mystérieuses coïncide avec la position des
galaxies proches qui ont un noyau actif dans leur centre. Ces
résultats, point de départ d’une nouvelle
astronomie seront publiés dans le journal Science du 9
novembre.
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Image de la galaxy Centaure A prise par le télescope Cerro Tololo. Deux rayons cosmiques de trés haute énergie pointant vers son noyau actif ont été mesuré par Auger. Crédit : National Optical Astronomy Observatories
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La plupart des galaxies ont un trou noir super massif (plusieurs millions de fois la masse du soleil) en leur centre, qui dévore la matière alentour en quantités gigantesques. Au centre de certaines galaxies il y a un noyau exêmement brillant : on parle alors d'une galaxie à noyau actif (AGN en anglais pour Active Galactic
Nuclei). Ces objets sont les sources de lumière les plus puissantes de l'Univers. Dans certains cas,
l'effondrement vers le trou noir central des gazs, de la poussière et des étoiles de la galxie hôte
s'accompagne d'émisions spectaculaires de matière sous forme de jets de milliards de kilomètres de longueur. Les rayons cosmiques pourraient être le produit de collisions dans ces jets monumentaux...
Néanmoins le processus qui permettrait
d’accélérer des particules jusqu’à
des énergies qui dépassent 100 millions de fois les
énergies atteintes par les accélérateurs de
particules terrestres reste toujours un mystère.
« Nous avons fait un grand pas en avant dans l’élucidation du
mystère de la nature et de l’origine des rayons
cosmiques d’ultra-haute énergie »
indique le prix Nobel de Physique James Cronin de l’Université
de Chicago, qui est à l’origine avec Alan Watson de
l’Université de Leeds et Murat Boratav de l’IN2P3/CNRS
et de l’Université de Pierre et Marie Curie, de
l’Observatoire Pierre Auger. « C’est une
découverte fondamentale, dans quelques années, nos
données permettront d’identifier les sources exactes de
ces rayons cosmiques et de dire comment ces sources pourront
accélérer ces particules. » ajoute-t-il.
Les rayons cosmiques sont des protons ou des noyaux atomiques qui
traversent notre univers à une vitesse proche de celle de la
lumière. En 1938, Pierre Auger et ses collaborateurs ont
montré pour la première fois que lorsque ces rayons
entrent en collision avec la haute atmosphère de notre
planète, ils créent une cascade de particules
secondaires, appelée gerbe atmosphérique, qui peut
s’étendre sur de grandes zones lorsqu’ elle arrive
au sol.
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L'observatoire Pierre Auger. En haut une des 4 stations de fluorescence, en bas un des 1600 déteteurs de particules.
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L’Observatoire Pierre Auger détecte ces gerbes atmosphériques, à
l’aide d’un réseau de 1600 détecteurs de
particules répartis sur une surface de 3000 km2.
Vingt-quatre télescopes captent en même temps la lumière
de fluorescence produite par la gerbe lors de son passage dans
l’atmosphère. L’association de détecteurs
de particules et de fluorescence permet une étude optimale et
très précise de ces gerbes qui peuvent s’étaler
sur plus de 40 km2.
Les rayons cosmiques de basse énergie sont abondants et
proviennent de toutes les directions, pour la plupart de notre propre
galaxie, la Voie Lactée. Jusqu’à aujourd’hui
la seule source de rayons cosmiques connue avec certitude est le
soleil. Les rayons cosmiques provenant d’autres sources
possibles, telle que l’explosion des étoiles, sont
déviés lors de leur voyage vers la terre de sorte qu’il
est très difficile de déterminer leur origine. En
revanche, les rayons cosmiques d’ultra hautes énergies
sont peu déviés et peuvent pointer vers leur source.
Alors que l’Observatoire a détecté plus d’un
million de rayons cosmiques, seuls 81 d’entre eux ont une
énergie supérieure à 4x1019 (un 4
suivit de 19 zéros) électrons-Volts, ou 40 EeV, seuil à
partir duquel la direction d’arrivée pointe vers la
source. Ce nombre est cependant le plus grand nombre de rayons
cosmiques d’ultra haute énergie jamais détecté
à ce jour. En effet à ces énergies, le flux de
rayons cosmiques est très faible, environ un par km2
et par siècle.
Les rayons cosmiques d’énergie supérieure à
environ 60 EeV perdent leur énergie dans des collisions avec
le fond cosmique micro-onde et le rayonnement fossile du Big Bang qui
remplissent tout l’univers. Ainsi pour atteindre la terre avec
une énergie supérieure, les rayons cosmiques ne doivent
pas faire un voyage trop long jusqu’à nous. Les
chercheurs de la collaboration Auger ont découvert que les 27
événements avec une énergie supérieure à
60 EeV ne proviennent pas de façon égale de toutes les
directions du ciel et que la plupart d’entre eux pointent vers
les positions des AGN les plus proches, à moins de quelques
centaines de millions d’années de lumière de
nous.
Représentation de la sphère céleste en coordonnées galactiques (projection Aitoff) montrant les directions d'arrivée des 27 rayons cosmiques les plus énergétiques détectés par Auger. Les énergies sont supérieures à 57 X 1018 eV. les directions d'arrivée sont représentées par des cercles de rayon 3,1° et la position de 472 AGNs situées à moins de 75 megaparsecs par des * rouges. La région bleue correspond à la zone d'observation d'Auger et la zone plus foncée indique une exposition plus grande. Le plan supergalactique est indiqué par une courbe en pointillé. Ce plan correspond à une zone dans laquelle il y a une concentration de galaxies proches.
« Ce résultat ouvre une nouvelle fenêtre sur l’univers
proche et démarre l’astronomie des rayons cosmiques »
dit Alan Watson, porte-parole de la collaboration Pierre Auger. «
En accumulant de plus en plus de données nous pouvons étudier
les galaxies individuelles de façon détaillée
avec une méthode complètement nouvelle. Comme nous
l’avions anticipé, notre observatoire est en train de
produire une nouvelle image de l’univers basée sur des
rayons cosmiques à la place de lumière. »
L’astronomie des rayons cosmiques est un défi car les rayons cosmiques de
basse énergie ne donnent pas d’information sur la
position de leur source et ceux d’énergie extrême
sont très rares. Leur étude nécessite un
observatoire gigantesque. L’Observatoire Auger, avec ses 3000
km2, permet d’enregistrer environ 60 événements
par an au delà de 60 EeV. La construction d’un deuxième
observatoire dans l’hémisphère nord est
indispensable pour compléter ces études, d’autant
qu’il existe d’avantage d’AGN dans cette partie du
ciel.
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Timbre de 0,75 peso émis en l'honneur de l'Observatoire Pierre Auger.
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Le site sud de l’Observatoire Pierre Auger a été
construit par plus de 370 chercheurs et ingénieurs de 17 pays.
C’est une collaboration véritablement internationale où
aucun pays ne contribue plus de 25% des coûts de construction
pour un total de 54 millions de dollars. Les noms des agences de
financement ainsi que les noms de laboratoires participants sont
donnés ici .
Le début de la construction du site sud de l’Observatoire a
eu lieu le 17 mars, 1999, dans la province de Mendoza, en Argentine.
Après une période d’installation et de tests des
détecteurs, la prise de données a démarré en janvier 2004.
« L’Argentine est ravie d’être le pays
hôte de cette aventure scientifique unique », dit
Alberto Etchegoyen, du Laboratoire Tandar à Buenos Aires et
porte parole de l’Observatoire Sud. Il ajoute : « et
maintenant si on regarde en arrière et que l’on mesure
tous nos efforts, on a un sentiment de gratitude et de respect envers
tous les membres de la collaboration qui se sont souciées de
tous les détails et nous ont conduit à l’annonce
d’aujourd’hui. »
Le nom de L’observatoire est un hommage à Pierre Auger
(1899-1993) chercheur Français qui a été le
premier à observer les gerbes atmosphériques produites
par l’interaction des rayons cosmiques avec l’atmosphère
terrestre.
Embargo jusqu’au 8 novembre 2007, 20h heure de Paris.
Pour obtenir une copie de l’article contacter Science Magazine
+1-202-326-6440 ou scipak@aaas.org
Contacts :
Antoine Letessier-Selvon, Laboratoire de Physique Nucléaire et des Hautes Energies, IN2P3/CRNS,
Universités Pierre et Marie Curie et Denis Diderot, 75252 Paris Cedex 05
Antoine.letessier-Selvon@in2p3.fr, 01 44 27 73 31
TiinaSuomijärvi, Institut de Physique Nucléaire, IN2P3/CNRS,
Université de Paris Sud – Orsay, 91406 Orsay,
tiina@ipno.in2p3.fr,01 69 15 79 43
Des photos sont disponibles sur : http://www.auger.org/media
Informations complémentaires :
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