Les astrophysiciens de la Michigan State University ont progressé dans l'élucidation d'un mystère vieux d'un siècle sur les origines des rayons cosmiques galactiques. Leurs études récentes ont identifié une nébuleuse de vent de pulsar comme source potentielle derrière un signal de l'observatoire chinois LHAASO. Les résultats, présentés à la réunion de l'American Astronomical Society, offrent de nouvelles perspectives sur ces particules de haute énergie.
Les rayons cosmiques, particules de haute énergie voyageant à une vitesse proche de celle de la lumière, ont été découverts pour la première fois en 1912, mais leurs origines précises au sein de la Voie lactée intriguent les scientifiques depuis lors. Ces particules proviennent probablement d'environnements cosmiques extrêmes, tels que des trous noirs, des régions de formation d'étoiles ou des vestiges d'étoiles explosées, qui peuvent également produire des neutrinos.
Shuo Zhang, professeure assistante de physique et d'astronomie à la Michigan State University, a dirigé deux études apportant de nouveaux indices. Dans la première, le chercheur postdoctoral Stephen DiKerby a analysé une source d'énergie élevée mystérieuse détectée par le Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) en utilisant des données du télescope spatial XMM-Newton. Il l'a identifiée comme une nébuleuse de vent de pulsar, une région en expansion énergisée par un pulsar et remplie de particules comme des électrons et des protons. Cela la classe parmi les rares PeVatrons connus — accélérateurs naturels capables d'augmenter les particules à des énergies de péta-électronvolt, surpassant de loin les installations humaines.
« Les rayons cosmiques sont beaucoup plus pertinents pour la vie sur Terre que vous ne le pensez », a déclaré Zhang. « Environ 100 billions de neutrinos cosmiques provenant de sources très lointaines comme des trous noirs traversent votre corps chaque seconde. Ne voulez-vous pas savoir d'où ils viennent ? »
La seconde étude a impliqué les étudiants de premier cycle Ella Were, Amiri Walker et Shaan Karim, qui ont utilisé le télescope à rayons X Swift de la NASA pour examiner d'autres sources LHAASO. Ils ont établi des limites supérieures sur les émissions de rayons X, ce qui pourrait orienter les recherches futures.
Ces résultats ont été partagés lors de la 246e réunion de l'American Astronomical Society à Anchorage, en Alaska. À l'avenir, l'équipe de Zhang prévoit d'intégrer les données de l'IceCube Neutrino Observatory avec des observations aux rayons X et gamma pour explorer pourquoi certaines sources produisent des neutrinos et d'autres non.
« En identifiant et classant les sources de rayons cosmiques, notre effort pourrait fournir un catalogue complet de sources de rayons cosmiques avec classification », a déclaré Zhang. « Cela pourrait servir de legs aux observatoires de neutrinos futurs et aux télescopes traditionnels pour des études plus approfondies sur les mécanismes d'accélération des particules. »
« Ce travail appellera à une collaboration entre physiciens des particules et astronomes », a-t-elle ajouté. « C'est un projet idéal pour le groupe de physique des hautes énergies de la MSU. »
La recherche, détaillée dans The Astrophysical Journal (DOI : 10.3847/1538-4357/adb7e0), est financée par des subventions d'observation de la NASA et une subvention d'analyse IceCube de la National Science Foundation. Comprendre les PeVatrons pourrait éclairer la formation des galaxies et la matière noire.