Généralités

L'étude du Rayonnement Cosmique Galactique (RCG) a pour objectif la compréhension des rayonnements non-thermiques mesurés dans la Galaxie (par exemple par des expériences comme AMS-02 et CREAM).

Historiquement, le rayonnement cosmique a été découvert par Victor F. Hess en 1912. Nous savons aujourd'hui que le RCG est constitué en grande majorité de protons, puis d'hélium, et plus généralement de tous les noyaux jusqu'à l'Uranium (bien que l'abondance de ce dernier soit un milliard de fois plus faible que celle de l'hydrogène). La figure de gauche illustre le spectre en énergie et la figure de droite les abondances des éléments observés.


Dans le rayonnement cosmique, se trouvent aussi des électrons, positrons, anti-protons... bref, toutes les particules accélérées par des sources galactiques. On trouve finalement des gammas (et neutrinos) créés par l'interaction i) des protons du RCG avec le gaz du milieu interstellaire et ii) des électrons dans les champs de radiation de la Galaxie. Pour en savoir plus...

 

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Thématiques scientifiques

La discipline présente un volet astrophysique standard, et un volet physique des particules (les astro-particules en quelque sorte). Dans le volet astrophysique, les questions sont les suivantes :

  • quelles sont les sources du rayonnement cosmique ?  (supernovae dans la Galaxie via le mécanisme d'accélération diffusif par onde de choc) ;
  • comment expliquer les abondances du rayonnement cosmique ? (nucléosynthèse interstellaire, fragmentation des noyaux lors des interactions sur le gaz du milieu interstellaire...) ;
  • comment sont transportées les particules chargées dans la Galaxie ? (diffusion et confinement dans les champs magnétiques turbulents et réguliers) ;
  • et bien d'autres comme l'anisotropie, les émissions diffuses...

Dans le volet "astroparticules", une des questions principale est la suivante : peut-on espérer découvrir de la nouvelle physique dans le rayonnement cosmique ? Par exemple, nous savons que notre Galaxie contient beaucoup de matière noire. Si les particules de matière noire s'annihilent (ce qui arrive par exemple dans des modèles super-symétriques), elles produisent des positrons, anti-protons, gammas, qui vont s'ajouter à la production standard (i.e. celle issue de processus astrophysiques connus). Trouver la matière noire nécessite la maitrise des 'fonds' astrophysiques et de leurs incertitudes.

 

Activités du groupe

Les efforts des dernières années dans cette thématique ont porté sur la modélisation de l'ensemble des composantes du rayonnement cosmique. En effet, due à la complexité des fonds astrophysiques, pour espérer mettre en évidence la matière noire dans le rayonnement cosmique en l'absence de signature claire, des études multi-longeurs d'onde et multi-messagers sont nécessaires. Le groupe a développé le code de propagation USINE, le code GreAT (Grenoble Analysis Toolkit) reposant sur une implémentation de la méthode MCMC (Monte Carlo à chaines de Markov MCMC) pour reconstruire les fonctions de densité de probabilité de paramètres à contraindre. Le code CLUMPY, quant à lui, se concentre sur les signaux gammas issus de l'annihilation ou décroissance de la matière noire dans les structures (galaxies naines sphéroîdes, composante lisse et sous-structure dans la Galaxie, amas de galaxies...).