Astrophysique Ces particules cosmiques extragalactiques

Le rayonnement cosmique à très haute énergie vient d’au-delà de notre Galaxie. Une collaboration internationale l’a démontré tout récemment, après dix ans de mesures avec l’immense observatoire Pierre-Auger, installé en Argentine.

Les scientifiques en étaient persuadés. Mais c’est la première fois qu’ils parviennent à le démontrer : contrairement aux rayons cosmiques de basse énergie qui arrivent du Soleil et de notre Galaxie, les particules à haute énergie qui arrosent la Terre sont d’origine extragalactique. La collaboration internationale PierreAuger, qui regroupe plus de 400 chercheurs de dixhuit pays, a annoncé, le 22 septembre dans Science (1), le résultat des observations de l’observatoire éponyme, installé sur les contreforts de la cordillère des Andes argentine. Pas moins de 30 000 événements – autant de rayons cosmiques qui sont parvenus aux portes de l’atmosphère – ont été étudiés : leur origine pointe bien au-delà de la Voie lactée. « On pense qu’ils pourraient provenir de galaxies situées jusqu’à une distance de 100 millions d’années-lumière , explique Olivier Deligny, de l’Institut de physique nucléaire d’Orsay, le principal auteur des travaux publiés dans Science. Mais on ne peut pas expliquer comment ces particules ont pu être accélérées à ce point. » Les mystérieux accélérateurs de particules du cosmos sont en effet un million de fois plus puissants que les machines construites par les humains, comme le grand collisionneur de hadrons de Genève (LHC). Reste à savoir où ils se cachent. « Le rayonnement cosmique est un flux de particules chargées, rappelle Antoine LetessierSelvon, du laboratoire de physique nucléaire et de hautes énergies de Paris, coauteur de l’étude. Ce sont pour beaucoup des protons, mais il y a aussi toutes sortes de noyaux d’atomes, légers ou lourds. » Leur énergie peut atteindre, voire dépasser, 1020 électron-volts – soit 100 exaélectrons-volts (EeV ) –, l’équivalent de l’énergie cinétique d’une bille d’enfant projetée à près de 300 km/h mais concentrée dans des particules dont la masse est au moins 100 milliards de milliards de fois plus petite ! En 1938, le Français Pierre Auger avait décrit le point d’orgue terrestre de ces particules, ouvrant la porte à leur mesure : lors de collisions avec les molécules de l’atmosphère, elles disparaissent au cours d’une série de processus nucléaires qui façonnent une véritable cascade d’autres particules. L’intensité de cette gerbe culmine à une altitude qui dépend de l’énergie initiale de la particule. C’est pour cela que les astrophysiciens ont choisi un