Les trous noirs pourraient expliquer le mystère des rayons cosmiques vieux de 60 ans
Des scientifiques de l'Université norvégienne de science et de technologie proposent que les vents des trous noirs supermassifs pourraient accélérer les rayons cosmiques d'ultra-haute énergie, résolvant un puzzle remontant à 1962. Ces particules, principalement des noyaux atomiques, atteignent des énergies allant jusqu'à 10^20 volts-électron. L'hypothèse suggère que ces vents, se déplaçant à la moitié de la vitesse de la lumière, projettent des particules à travers le cosmos.
Les rayons cosmiques d'ultra-haute énergie intriguent les physiciens depuis leur détection en 1962. Contrairement aux rayons cosmiques typiques, qui sont des noyaux atomiques accélérés dans des environnements extrêmes comme les supernovas ou les étoiles à neutrons, ces particules rares transportent bien plus d'énergie, avec des sources inconnues jusqu'à présent.
Une équipe de l'Université norvégienne de science et de technologie (NTNU) propose une nouvelle explication dans une étude publiée dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. L'auteur principal, Domenik Ehlert, doctorant au Département de physique de la NTNU, accompagné de la professeure associée Foteini Oikonomou et du postdoctorant Enrico Peretti de l'Université Paris Cité, se concentre sur l'astrophysique des particules.
"Nous soupçonnons que ce rayonnement à haute énergie est créé par des vents provenant de trous noirs supermassifs," a déclaré Oikonomou.
Les trous noirs supermassifs actifs, contrairement à l'inactif Sagittario A* au centre de la Voie lactée, consomment de la matière équivalente à plusieurs soleils par an. Une fraction de ce matériau forme des flux de sortie à jusqu'à la moitié de la vitesse de la lumière, connus depuis environ une décennie pour influencer la formation des galaxies en dispersant le gaz et en stoppant la naissance des étoiles.
"Une petite portion de la matière peut être repoussée par la force du trou noir avant d'être attirée. En conséquence, environ la moitié de ces trous noirs supermassifs créent des vents qui se déplacent à travers l'univers à jusqu'à la moitié de la vitesse de la lumière," a expliqué Peretti.
Les chercheurs proposent que ces vents accélèrent des protons ou des noyaux atomiques à 10^20 volts-électron — approximativement l'énergie d'une balle de tennis servie par Serena Williams à 200 km/h, ou un milliard de fois celle des particules dans le Grand collisionneur de hadrons.
"Il est possible que ces vents puissants accélèrent les particules qui créent le rayonnement d'ultra-haute énergie," a dit Ehlert.
Bien que des idées précédentes pointaient vers des sursauts de rayons gamma, des galaxies en burst stellaire ou des flux de plasma, aucune n'a fourni de preuves concluantes. Le modèle NTNU s'aligne avec la composition chimique des particules dans une plage d'énergie spécifique et pourrait être testé via des expériences de neutrinos.
"Notre réponse est plus un prudent 'peut-être'," a noté Oikonomou. "Nous trouvons que les conditions liées à ces vents s'alignent particulièrement bien avec l'accélération des particules. Mais nous ne pouvons toujours pas prouver qu'il s'agit spécifiquement de ces vents."
Ces rayons ne présentent aucune menace sur Terre en raison de leur destruction atmosphérique, mais soulignent les risques de rayonnement pour les voyages spatiaux, bien que le rayonnement solaire de basse énergie soit la principale préoccupation pour les astronautes.