Des chercheurs du CERN ont généré des 'boules de feu' de plasma pour simuler les jets de blazars distants, éclairant le mystère des rayons gamma manquants. L'expérience suggère que des champs magnétiques intergalactiques anciens, plutôt que des instabilités de plasma, pourraient expliquer le phénomène. Publiée dans PNAS le 3 novembre, les résultats mettent en lumière des vestiges potentiels de l'Univers primitif.
Une équipe internationale dirigée par l'Université d'Oxford a utilisé l'accélérateur Super Proton Synchrotron du CERN à Genève pour produire des 'boules de feu' de plasma, imitant le comportement des jets de particules des blazars. Les blazars sont des galaxies actives alimentées par des trous noirs supermassifs qui émettent des jets étroits de particules et de rayonnement à une vitesse proche de celle de la lumière, y compris des rayons gamma jusqu'à plusieurs téraélectronvolts (TeV). Ces rayons gamma de haute énergie voyagent dans l'espace intergalactique et interagissent avec la lumière de fond des étoiles, créant des cascades de paires électron-positron. Ces paires sont censées entrer en collision avec le fond diffus cosmologique en micro-ondes, produisant des rayons gamma de moindre énergie autour de 10^9 eV (GeV), mais le satellite Fermi de la NASA n'a pas détecté ce signal.
Deux théories principales ont été proposées pour cette discrepancy : des champs magnétiques intergalactiques faibles déviant les paires loin de la Terre, ou des instabilités dans le plasma intergalactique mince drainant l'énergie du faisceau. Pour tester cela, les chercheurs ont utilisé l'installation High-Radiation to Materials (HiRadMat) du CERN, envoyant des faisceaux de paires électron-positron à travers un plasma d'un mètre de long pour reproduire des conditions cosmiques.
Les résultats, publiés le 3 novembre dans PNAS, ont montré que le faisceau est resté étroitement focalisé avec un minimum de perturbation ou d'activité magnétique, indiquant que les instabilités de plasma sont insuffisantes pour expliquer les rayons gamma manquants. Cela soutient la présence de champs magnétiques primordiaux des premiers instants de l'Univers, impliquant possiblement une physique au-delà du Modèle standard.
Le chercheur principal, le professeur Gianluca Gregori de l'Université d'Oxford, a déclaré : « Notre étude démontre comment les expériences en laboratoire peuvent combler l'écart entre théorie et observation, améliorant notre compréhension des objets astrophysiques à partir de télescopes satellitaires et au sol. » Le co-investigateur, le professeur Bob Bingham de la STFC Central Laser Facility et de l'Université de Strathclyde, a ajouté : « Ces expériences montrent comment l'astrophysique en laboratoire peut tester les théories de l'Univers à haute énergie. » Le professeur Subir Sarkar d'Oxford a noté : « C'était très amusant de participer à une expérience innovante comme celle-ci qui ajoute une dimension nouvelle à la recherche de pointe menée au CERN. »
La collaboration incluait des institutions telles que la STFC Central Laser Facility, l'Université de Rochester, le Lawrence Livermore National Laboratory et le Max Planck Institute for Nuclear Physics. Des observatoires futurs comme le Cherenkov Telescope Array pourraient fournir des insights supplémentaires sur ces champs magnétiques.