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Les restes de supernova se sont révélés capables d'accélérer des protons à des énergies des millions de fois supérieures à celles du Grand collisionneur de hadrons.
Chaque seconde, nous sommes traversés par des projectiles invisibles venus des profondeurs du cosmos. Ce sont les rayons cosmiques — des noyaux atomiques propulsés à des vitesses presque indiscernables de la vitesse de la lumière. Leur énergie dépasse de centaines de millions de fois celle accessible à nos accélérateurs les plus puissants. D'où vient cette force monstrueuse ? Pendant longtemps, les soupçons se sont portés sur les ondes de choc provoquées par les explosions de supernovae — ces feux d'artifice géants qui marquent la fin de vie des étoiles massives. Mais il était impossible de surprendre un tel accélérateur en plein travail, à la limite de ses capacités.
Aujourd'hui, le voile se lève. L'observatoire chinois LHAASO, déployé haut dans les montagnes comme un immense filet à lumière, a enregistré un rayonnement gamma extrêmement puissant provenant de deux restes de supernova — G150.3+4.5 et γ-Cygni. Ces objets ne sont plus jeunes : ils ont des dizaines de milliers d'années, et leur onde de choc a ralenti. Mais c'est précisément maintenant, comme s'ils expiraient leur puissance accumulée, qu'ils éjectent des particules d'une énergie allant jusqu'à plusieurs pétaélectronvolts. C'est mille fois plus que ce que peut produire le Grand collisionneur de hadrons. Les rayons gamma que voit LHAASO ne sont pas l'émission directe des particules accélérées, mais l'écho de leurs collisions avec les nuages de gaz interstellaire — hydrogène et poussières.
Le pétaélectronvolt (PeV) est l'énergie d'un moustique en vol, concentrée dans un seul noyau atomique. Un tel proton transporte autant de mouvement qu'une balle de tennis servie par un professionnel.
L'indice clé est la forme de l'émission. Le télescope voit deux, parfois trois composantes distinctes : l'une, plus diffuse, brille à des énergies modérées ; l'autre, compacte, aux énergies les plus élevées. Or cette source compacte coïncide avec la position de nuages moléculaires denses. De plus, à l'intérieur des restes eux-mêmes, il n'y a pas de pulsars puissants (étoiles à neutrons en rotation avec un vent) qui auraient pu fausser le tableau. Cela signifie que ce sont bien des protons, accélérés par l'onde de choc de la supernova, qui percutent les nuages. C'est la première indication directe que de vieux restes de supernova sont encore capables de fonctionner comme des accélérateurs à des énergies de l'ordre du pétaélectronvolt, éclairant les nébuleuses environnantes comme un projecteur.
Étonnamment, le pic d'accélération ne se produit pas au moment de l'explosion, mais à la fin de la phase d'expansion libre — lorsque l'enveloppe de l'étoile, en se dilatant, pousse devant elle le gaz interstellaire comme un bulldozer, créant des conditions idéales pour que les particules surfent sur l'onde de choc.
Le reste de supernova G150.3+4.5 est si grand dans le ciel qu'il occupe une surface 50 fois plus grande que la pleine Lune, mais on ne peut le voir qu'en rayons gamma.
Dans le roman « Fondation » d'Isaac Asimov, les rayons cosmiques sont utilisés comme source d'énergie pour une civilisation galactique — personne ne savait alors que leurs véritables sources pouvaient être si proches.
