Pourquoi les noyaux lourds des rayons cosmiques augmentent de manière inattendue avec l'énergie ✛ ✎ ✦

Original: "To the interpretation of the upturn observed by ATIC in heavy nuclei to iron ratios"
arXiv:1303.6102 · 2013-03-25 · arXiv non-exclusive · analyse indépendante · 1 min
Un modèle de galaxie fermée avec des bulles locales explique la montée mystérieuse du rapport des noyaux lourds au fer dans les données ATIC.

Le ballon ATIC s'est élevé au-dessus de l'Antarctique et a capturé des particules plus anciennes que la Terre elle-même. Parmi elles, des noyaux atomiques du soufre au chrome, et plus leur énergie est élevée, plus leur proportion par rapport au fer est grande. Le modèle standard du « tonneau percé » prédisait l'inverse : les noyaux lourds devraient se dissoudre comme du sel dans l'eau. Mais les données augmentaient obstinément.

Les rayons cosmiques sont des particules chargées de haute énergie provenant de l'espace. Les noyaux secondaires naissent lors des collisions des noyaux primaires avec le gaz interstellaire.

Les auteurs sont revenus à une idée oubliée de 1977 : la galaxie n'est pas un « tonneau percé », mais une pièce fermée avec des bulles. À l'intérieur de chaque bulle, des sources, comme des lampes dans des bulles de savon. Le Soleil se trouve dans l'une d'elles, et nous voyons non seulement la lumière de notre propre lampe, mais aussi les reflets de celles des autres, qui ont filtré à travers les parois. Le modèle avec une fraction de flux volumique de 20 % a reproduit la montée : d'abord le rapport diminue, comme prévu, puis il augmente — c'est la lumière des autres bulles qui entre en jeu.

La bulle locale dans laquelle se trouve le Soleil est une région réelle de gaz chaud et raréfié d'environ 100 parsecs, créée par des explosions de supernovae. Si le modèle CG+B est correct, nous vivons littéralement dans un « chaudron » où les rayons cosmiques sont brassés.

\frac{I_{\Sigma S}}{I_{Fe}} = \sum_{i=1}^{k} \frac{\kappa_{N_i,Fe}}{\kappa_{N_i}^{esc}(\epsilon) + \kappa_{N_i}}
Somme sur tous les noyaux secondaires Ni des rapports de la longueur de parcours partielle de formation à partir du fer à la somme des inverses des longueurs de fuite et d'interaction nucléaire.
Q_{bulk}(\epsilon) = \frac{\kappa^{esc}(\epsilon)}{\kappa^{esc}(\epsilon) + \kappa} Q(\epsilon)
Le spectre des particules qui quittent la bulle et forment le flux volumique est égal au spectre de la source initiale multiplié par la probabilité de fuite avant interaction.
\frac{I_{N_i}(\epsilon)}{I_{Fe}(\epsilon)} = \frac{\kappa_{N_i,Fe}}{\kappa_{N_i}^{esc}(\epsilon) + \kappa_{N_i}} + K \frac{\kappa_{N_i,Fe}}{\kappa_{N_i}} \frac{\kappa_{Fe}^{esc}(\epsilon)}{\kappa_{Fe}} \frac{1 + K \frac{\kappa_{Fe}^{esc}(\epsilon)}{\kappa_{Fe}}}{1 + K \frac{\kappa_{Fe}^{esc}(\epsilon)}{\kappa_{Fe}}}
Le rapport total est la somme de la composante locale (premier terme) et de la contribution du flux volumique (deuxième terme), où K est la fraction de flux volumique.
Scientifiques
Bernhard RiemannJoseph WeberKarl SchwarzschildKip ThorneRainer WeissAlbert Einstein
Notions
noyau atomique noyau galactique actif indice spectral taux de réaction fer masse du proton masse du neutron deutéron pic peau de neutrons noyau de plomb structure nucléaire réacteur nucléaire taux d'accrétion centre galactique spectroscopie protonique indice spectral scalaire raie du fer