Dans un orchestre, chaque musicien joue sa partition, mais à un moment donné, tous les instruments s'arrêtent sur une même note. C'est à peu près ce que font les rayons cosmiques — ces particules qui nous parviennent depuis des étoiles lointaines. Récemment, l'observatoire LHAASO en Chine a remarqué une chose étrange : autour d'une énergie d'environ 4 PeV (c'est comme si un moustique atteignait l'énergie d'un camion en marche), les protons et les noyaux d'hélium, comme s'ils s'étaient concertés, changent brusquement de rythme. Leurs flux faiblissent à la même « rigidité » — une mesure de la résistance d'une particule au champ magnétique.
Longtemps, on a pensé que les principaux « chefs d'orchestre » étaient les explosions de supernovae et les vents puissants des étoiles massives individuelles. Mais lorsque les scientifiques ont essayé de reproduire la mélodie sur ordinateur, il s'est avéré que les solos des étoiles ne convenaient pas. Chaque étoile, telle une soliste capricieuse, impose son propre rythme — ses protons et son hélium « cassent » sur des notes différentes. Or, il faut un unisson. La solution a été trouvée dans le comportement collectif des amas stellaires. Là où naissent des centaines et des milliers d'étoiles, leurs vents se fondent en un flux puissant unique. Ce « chœur » commun mélange les particules d'étoiles d'âges et de masses différents, et finalement les protons et l'hélium obtiennent la même rigidité de coude.
C'est ainsi qu'est né un nouveau modèle, semblable à une symphonie en trois mouvements. Dans la gamme GeV-TeV (les énergies que nous voyons dans les instruments de tous les jours), les rémanents de supernovae jouent en solo. Dans la gamme TeV, les vents des étoiles individuelles entrent en jeu. Et à l'approche du « genou » — ce fameux coude autour du PeV —, la partie principale est menée par les vents collectifs des amas. Ce modèle n'explique pas seulement ce que nous avons déjà vu, il prédit aussi la suite. Par exemple, le carbone et l'oxygène (des noyaux un peu plus lourds que l'hélium) devraient présenter le même durcissement du spectre vers 0,5 PV que l'hélium. En revanche, le magnésium, un élément plus lourd, ne répétera pas ce tour dans la gamme des dizaines de TeV.
Pour vérifier ces prédictions, LHAASO elle-même et le détecteur spatial DAMPE pourront être utilisés. Si les données concordent, nous obtiendrons non seulement une belle théorie, mais une véritable carte de la manière dont les « orchestres » stellaires dirigent les particules les plus énergétiques de l'Univers. Et alors, on comprendra mieux où se cachent ces mystérieux accélérateurs — les PeVatrons — qui propulsent des particules à des énergies un million de fois supérieures à celles du Grand collisionneur de hadrons. En attendant, nous écoutons cette musique des sphères et apprenons à distinguer la partition de chaque instrument.
L'énergie de 4 PeV, à laquelle le spectre se brise, est à peu près égale à l'énergie d'une balle de tennis en vol, mais comprimée dans un seul noyau atomique.
Dans le roman d'Isaac Asimov « Les Dieux eux-mêmes », les extraterrestres exploitent la différence entre les lois physiques pour produire de l'énergie, un peu comme les astrophysiciens « capturent » des particules provenant d'amas d'étoiles lointains pour comprendre la structure de la Galaxie.